方家山9REA001BA 含氧量超标原因分析及处理

顾为柏

(中核核电运行管理有限公司维修二处,浙江 嘉兴314000)

1 概述

补给水箱(9REA001BA)是贮存除盐除氧水,供方家山两套机组使用,与化学和容积控制系统(RCV)配套以控制、补偿反应堆冷却剂系统(RCP)的硼酸浓度、泄漏,并补偿由于瞬态冷却引起的反应堆冷却剂体积收缩。根据技术规格书要求,补给水箱(9REA001BA)内的水氧含量运行限值为100ppb(ppb 即ug/L),一般期望值为50ppb,方家山补给水箱自运行以来,氧含量一直存在偏高趋势,产生的直接后果是补给水箱换水(一台设备近300T 除盐除氧水),然而换水的作用并不能保证氧含量合格,造成巨大浪费,影响电站的安全稳定、经济运行。

方家山补给水箱(9REA001BA)从安装运行至今已有近4 年时间。

2 9REA001BA含氧量超标的原因分析

首先,我们针对9REA001BA 可能造成含氧量超标影响的相关部件、设备接口进行了保鲜膜包裹并经化学分析部门核实排除来水含氧量高的可能,重点对罐体及浮顶本身进行排查、分析。

原始的密封胶条:材质为丁苯橡胶。

表1

单独从材质的性能来看,丁苯橡胶满足使用的要求。但是由于设计的螺栓紧固力不足,导致现场想使其达到密封,比较困难。

2.1 压板连接螺栓松脱及存在缝隙。薄膜套与浮顶及箱体的连接通过压板对穿的螺栓连接(螺栓一边为一字头,一边为六角螺母型,见图1),以往出现补给水箱(9REA001BA)含氧量超标的情况,在对压板及螺栓进行检查时都曾发现有压板压不紧及螺栓松脱的现象,且螺栓一字端在紧固时由于空间位置及螺栓特性容易造成紧固力矩不够的情况发生,从而使补给水箱(9REA001BA)在充水、补水时压板连接螺栓松脱及产生缝隙,使含氧量超标。

图1

在压板与薄膜套之间增加了一层自密封胶带,自密封胶带特点为粘性强度、抗拉强度高,不易固化,弹性好、性能佳,用以补偿由于螺栓松脱造成薄膜套与浮顶及箱体间产生的缝隙,为控制含氧量增加一道屏障。

2.2 罐体及浮顶盖的焊缝存在缺陷。补给水箱(9REA001BA)箱体及浮顶盖板由一定弧度的不锈钢板拼焊而成(执行标准JB/T4735-1997＜钢制焊接常压容器＞),设备建造完成后对每条焊缝进行探伤检验(检验标准JB/T4730-2005,Ⅲ级合格)。

设备运行期间一直处于不断的充排水,导致对箱体的压力不断变化,随着时间的推移势必会对焊缝产生影响,形成焊接薄弱区域的疲劳现象,最终造成轻微的缺陷而导致泄漏及含氧量的升高。

2.3 薄膜套(胶囊)破损。补给水箱(9REA001BA)箱体与浮顶通过薄膜套相连接,薄膜套一端固定在浮顶上,另一端朝上固定在箱体内壁上,将补给水箱分为内外两腔(见图2)。

图2 内外腔室

薄膜套材质为苯乙烯,具有质量稳定、耐磨性能、耐老化性能、硬度、刚性、撕裂强度和定伸强度大的特点。在设备进行补水及充水时,浮顶与薄膜套一同上下移动。随着高使用频率的上下移动及使用年限的增加,加剧薄膜套的损坏可能性,包含以下几种原因:(1)箱体内有空气,在薄膜套与水箱侧壁之间可能形成气穴,导致排水时薄膜套在浮顶的侧面发生折叠,摩擦和局部被卡住而损坏薄膜套；(2)背压水过少,导致薄膜套变形,使部分薄膜套与浮顶间的环形空隙缩小而损坏薄膜套；(3)背压水过多,导致薄膜套变形及损坏；(4)有异物落入薄膜套与箱体的环形间隙中,在运行时导致割伤薄膜套而损坏；(5)薄膜套自然老化形成的裂纹、破损。

薄膜套在运行过程中受到浮顶向上的拉伸力、背压水的压力以及可能的摩擦力,对薄膜套产生不可恢复的裂纹、破损,从而导致外部的空气及背压水与箱体内部的水进行相溶,导致含氧量超标。

2.4 真空释放口进气。补给水箱(9REA001BA)在运行阶段进行充水或大流量补水时,浮顶与胶囊上升或下降,同时产生压降差,需要通过浮顶上部的真空释放口(见图3,真空释放口直通大气)进行平衡,避免胶囊及浮顶损坏,在平衡压降差时外部的空气有可能通过真空释放口进入箱体内部,从而造成含氧量超标。

图3 真空释放口g

2.5 背压水水位。由于空气温度及湿度的影响,导致背压水蒸发,背压水缺少将导致:(1)作用在浮顶薄膜套上的背压水压力减小,以至于残留在水箱体上薄膜和浮顶之间的气体无法通过浮顶排气口排出；(2)水箱水位达到位于底部位置处浮顶水位时,背压水的重量不足以将较多的气体排出。

以上两种现象都存在气体残留在箱体内的状况,导致的结果是残留的气体与后补充的含氧量合格的除盐水相溶,最终导致含氧量超标。

3 应对措施

针对以上原因分析采取相应的检查、解决措施。

3.1 针对压板连接螺栓松脱及存在缝隙的情况进行处理

3.1.1 消除相邻压板间间隙。原相邻压板之间无任何交集,作用形式较为单一,一旦压板螺栓松脱导致压板与薄膜套间产生泄露,其它压板无法在对薄膜套紧固力上相互约束,造成压板松脱几率大大增加,也容易造成一旦含氧量超标,需要对所有压板螺栓进行检查紧固,形成人员、工期上的浪费,且处理后的持续效果时间也较为短暂。

对照现场压板的弧度、螺栓孔的位置,重新制作压板,且将相邻压板两端配合处做成搭扣式,使相邻压板间都起到相互制约的作用,使原先单块压板连接成一个“整体”,即使一块压板松脱,但由于相邻压板的作用力,短时间内不会造成薄膜套处产生缝隙。

3.1.2 紧固螺栓改为内六角螺栓。针对一字头螺栓特性,紧固过程中一字头的受力中心容易拧开而无法用力,使紧固力矩较小,将一字螺栓改为内六角螺栓,内六角螺栓需要专用的工具去紧固和松开,相对而言工具和内六角的间隙较小,使得其内六角的角度不会被破坏,六边形在有效内径的情况下,受力最为均匀,可以承受更大的扭矩,从而使得压板、薄膜套、自密封胶带可以更均匀的紧固。

3.2 浮顶、真空释放口、罐体、薄膜套、背压水检查

3.2.1 浮顶密封性检。将补给水箱(9REA001BA)充水,浮顶隔膜接头高于箱体接头(7m), 浮顶隔膜接头露出水面。将加工的三通、阀门、压力表连接组装,并确认密封性合格。从浮顶真空释放口进气,对隔膜充气(充气压力5mbar),在此压力下稳定10min,观察压力表的情况,并在此时对浮顶压板连接处、浮顶焊缝、浮顶排气阀及连接管路焊缝进行检漏。确认无泄漏,则继续充至浮顶打压压力11mbar,在此压力下稳定30min,继续对浮顶压板连接处、浮顶焊缝、浮顶排气阀及连接管路焊缝进行检漏。

检查过程中,发现有一块压板连接处存在泄漏现象,且漏点较大,对泄漏部位进行紧固,无实际效果。最后将压板拆卸,根据浮顶弧度进行适量修磨,回装后无泄漏现象。说明压板存在变形,与浮顶不能完全贴合,即使加大螺栓紧固力矩,但不能改变泄漏状况。

3.2.2 真空释放口进气量检测。在9REA001BA水位排至4.5m过程中,使用专用堵头将真空释放口g堵塞并保证密封,将堵头中引出的软管插入盛水的量杯中,在补给水箱(9REA001BA)快速补水(60m3/h)时观察、记录软管中水柱变化。实验结果证明即使9REA001BA在快速补水时,真空释放口g所产生的虹吸几乎可以忽略不计,也就证明在设备快速补水时真空释放口g对含氧量无影响。

3.2.3 罐体密封性检查。将连接好的三通组件连接至9REA001BA箱体排气口上q,对隔膜充气,充气压力为10mbar,在此压力下稳定10min,观察压力表的情况,并在此时对箱体压板连接处、箱体焊缝、箱体排气阀及连接管路焊缝进行检漏。确认无泄漏,则继续充至罐体压力为24mbar,在此压力下稳定30min,继续对箱体压板连接处、箱体焊缝、箱体排气阀及连接管路焊缝进行检漏。

3.2.4 薄膜套、背压水水位检查。将9REA001BA排水至浮顶置于底部挡块上(补水箱底部往上200mm)。

(1)将三通组件连接至9REA001BA 箱体排气口上q,对隔膜充气,充气压力为10mbar,在此压力下稳定10min,观察压力表的情况,并在此时对薄膜套进行喷涂检漏液检漏(特别关注存在裂纹部位)。实验结果显示,虽薄膜套部分区域存在肉眼可见裂纹,但在对薄膜套充气打压检漏时并未发现泄漏现象,推断裂纹只存在于与空气接触的表面,并未贯穿。(2)对照浮顶上标记,检查背压水位,确定背压水在合格范围内(421mm±5mm)。

4 结论

补给水箱(9REA001BA)的重要性不言而喻,运行期间的含氧量超标问题给电站带来了非常大的影响。今后继续对补给水箱的含氧量进行跟踪,同时建立相应的检修记录数据库,包括检查范围、备件更换等,以便日后更好的分析并提供针对性的解决措施。此次的检查、纠正措施的实施有效的消除含氧量超标的问题,保证电站的安全稳定、经济运行。