分析核电站蒸汽发生器排污扩容箱人孔泄漏原因

邹建

中核检修有限公司深圳分公司 广东深圳 518120

核电站蒸汽发生器排污扩容箱人孔泄露与多种因素有关，有很多原因会影响人孔法兰的密封性能，据调查，有81%的排污扩容箱人孔泄露情况都是法兰螺栓不够紧固导致的，本文对某核电泄露情况进行分析，发现密封材料的不恰当也会导致排污扩容箱人孔发生泄漏，为防止泄露问题的发生，需要在核电站的日常检修工作中加强对排污扩容箱法兰各个部件性能的检查。

1 核电站蒸汽发生器排污扩容箱的结构功能和参数设计

对某核电站蒸汽发生器排污扩容箱人孔泄露事件进行分析，可知人孔密封法兰的泄露出现在排污扩容箱底座第三层的90℃和180℃处，该核电站蒸汽发生器排污扩容箱的高度为4.3m，体积为3.5m2。核电站蒸汽发生器会通过定期和连续的排污管线形成水和蒸汽的混合物，排污扩容箱的作用就是使混合物中的水和蒸汽分隔开。排污扩容箱中液位的常规要求是0.3-0.4m，如果排污扩容箱的液位比0.62m高，就要对其进行保护。排污扩容箱人孔法兰使用的型材是20号钢，人孔法兰螺栓使用的型材是35号碳素结构钢，人孔密封垫片使用的是3mm厚的自制垫片，该垫片板材的材料是芳纶碳纤维。

2 核电站蒸汽发生器排污扩容箱人孔泄露的原因分析

2.1 法兰结构和螺栓强度因素

根据化工行业的规范要求，法兰盖式密封结构可以在公称直径为15-600mm的范围内使用，核电站蒸汽发生器排污扩容箱的人孔法兰直径是536mm，符合密封结构的使用规定，如果人孔法兰直径不符合规定就容易发生泄露问题。对人孔法兰螺栓强度进行分析，应当先对法兰螺栓的强度进行校核，检查法兰螺栓是否因为超过强度极限而发生变形并发生泄露。对法兰螺栓强度的校核需要计算内压产生的轴向力，计算螺栓在预紧情况下和工作过程中人孔密封垫片的最小压紧力，计算螺栓的最小荷载力，在计算后能够得出人孔密封的实际力矩值和螺栓的屈服强度值，通常将螺栓屈服强度的0.6倍数值当做判断螺栓强度的安全性标准。该核电厂排污扩容箱的螺栓使用的是M20标准螺栓，所以在计算中不用考虑螺纹的强度。排污扩容箱人孔密封结构使用的是力矩法，能够满足螺栓强度和密封的要求，不会发生泄露。如果螺栓强度达不到螺栓屈服强度的要求，就容易影响人孔的密封性能，进而引发泄露问题[1]。

2.2 螺栓预紧方式因素

核电站蒸汽发生器排污扩容箱人孔螺栓的预紧方式是按照十字交叉的方式进行预紧并按照力矩值进行顺时针紧固，直到螺栓紧固到极限为止。用十字交叉的方法能够保证螺栓的紧固性和人孔的密封性。有学者对人孔螺栓的预紧方式进行分析，使用十字交叉的紧固方式分为5轮对螺栓进行预紧，发现经过5轮预紧的螺栓有着均匀的预紧力，且预紧力都能基本满足螺栓的使用需求，所以使用十字交叉法对螺栓进行预紧能够使排污扩容箱人孔具有很好的密封性，不会发生泄漏。如果使用其他方法对螺栓进行紧固则容易无法达到预紧力的规定要求，导致排污扩容箱人孔因为螺栓的松动而发生泄露。

2.3 密封材料因素

核电站蒸汽发生器排污扩容箱人孔很可能因为密封材料的不合理而发生泄露。排污扩容箱的密封结构材料使用的是芳纶碳纤维板材制作的密封垫片。芳纶板材在不同的温度条件下具有不同的性能，在温度为300℃的环境下，密封垫片的应力松弛数值为34N/mm2，垫片的压缩率在6-12%范围内，回弹率要高于55%。在温度为200℃的环境下，垫片的弹性极限值是50N/mm2。在温度为20℃的环境中，垫片弹性的极限可达到150N/mm2。对排污扩容箱的密封垫片性能进行研究需要通过实验分析，对三种不同厚度的芳纶板材进行压力和温度的试验可以发现，芳纶板材的抗压性会随着温度的升高而变得越来越低，而且板材的抗压性会随着板材厚度的变薄而变得越来越高，在实验中，当温度升高到一定临界值时，板材的抗压性能就会降到最低，使密封垫片无法达到承压要求而造成泄露。核电站排污扩容箱人孔密封垫片使用的是厚度为3mm的芳纶板材，通过实验可以知道，当温度达到180℃时，密封垫片就会因为无法承压而形成泄露，不能保证排污扩容箱的密封性。而核电站排污扩容箱在运行时的温度刚好在179-183℃的范围内，会对密封垫片的抗压性能产生直接影响[2]。

3 核电站蒸汽发生器排污扩容箱人孔泄露的应对措施

通过对某核电站排污扩容箱人孔泄露原因的研究分析，发现该核电站发生泄露的主要原因是人孔密封垫片的问题，因此，可以将厚度为3mm的芳纶板材密封垫片换成厚度同样为3mm的石墨金属加强垫片。对石墨金属加强垫片进行压力和温度实验，发现在500℃的温度条件下，厚度为3mm的石墨金属加强垫片的承压能力非常强，可以承受高于12MPa的压力。在180℃的温度条件下，3mm厚的石墨金属加强垫片能够承受超过14MPa的压力，满足排污扩容器的密封要求，该核电站在更换密封垫片后没有再发生泄露问题[3]。

4 结语

通过对某核电站排污扩容箱的法兰结构、螺栓强度、螺栓预紧方式和密封垫片材料进行分析，发现该核电站发生泄漏的主要原因是自制密封垫片材料的承压力无法在正常工作温度中满足密封要求。在对核电站排污扩容箱人孔泄露进行分析时应综合考虑各方面的因素，只有找到造成泄露的根本原因，才能采取有效的应对措施进行防治。