核电厂凝汽器传热管漏点的定位检查与修复

2022-09-08赵永明蒋申华刘洪群

全面腐蚀控制 2022年8期

黄铠方江赵永明蒋申华查萌刘洪群

（1. 中核核电运行管理有限公司，浙江嘉兴 314300；2. 苏州热工研究院有限公司，江苏苏州 215004）

0 引言

凝汽器是核电厂的重要设备，海水泄漏是凝汽器的严重事故，不但会导致二回路水质恶化，加速设备腐蚀，降低使用寿命[1]，更会导致蒸发器排污的参数劣化，造成机组模式后撤。某核电1号机组凝汽器采用钛-钢复合管板和钛质传热管，钛管与管板通过密封焊胀管连接，单侧12204根，钛管规格为φ25×0.5mm，长度15190mm，冷源海水走管程，蒸汽走壳程，两者通过钛管表面进行热交换[2]。2021年12月中旬，1号机组凝泵出口和蒸发器排污在线钠表数值异常升高，化学取样分析后判断凝汽器发生海水泄漏。泄漏量持续升高，峰值漏量达到24kg/h，严重威胁机组的安全稳定运行。

本文通过实际泄漏案例，结合多年查漏经验，制定了漏点定位和修复进度计划，介绍了选择查漏方法的原因和使用效果，为将来类似事故的响应和处置提供了经验。

1 定位漏点

凝汽器漏点查找方法很多，有“目视法”、“覆膜法”等传统方法，也有涡流检测、氦检漏等无损检测方法，每种方法都有优点和局限性。查漏过程中，要根据漏点发展和机组状态合理选择检漏方法，做到既快速又准确。本文设计了目视检查管板，覆膜定位漏管，涡流检查漏管周边的查漏方案。

1.1 目视检查

目视检查是漏点定位中必不可少的环节，主要检查管板完整性和管口密封焊余高。隔离2水室并打开人孔后，检修人员进入凝汽器执行目视检查，确认管板和密封焊完好。钛是一种活性金属，常温下能与氧生成致密的氧化膜而保持高的稳定性和耐腐蚀性，钝性系数高达2.44，沿海电站使用钛管的凝汽器基本无腐蚀问题[3]。

1.2 覆膜检查

覆膜是宏观上的定性检查方法，优点是操作简单，现象直观，人员无需持有无损检测资格证书。在不停运凝汽器汽侧真空的情况下，覆膜检查是效率最高的查漏方式，可以迅速定位泄漏的钛管[4]。局限性也非常明显，使用前需要满足2个条件：抽真空系统运行，漏点破口较大。即抽真空系统停运状态下，如大修期间，覆膜检查无法使用。此外，若泄漏是由多个小破口分布在不同的钛管引起的，即单根钛管仅有微量泄漏，可能会导致吸入反应太小而无法检出。

维修人员对凝汽器管板进行冲洗后，使用0.01 mm的薄膜覆盖管板，在抽真空系统的作用下，钛管出现吸入反应。采用内窥镜检查该传热管内壁，发现1个直径为2mm的O形贯穿孔，确定该钛管为引起泄漏的原因，如图1所示。

图1 覆膜检查和内窥镜检查

1.3 涡流检查

钛管管内因素和管外因素均有可能导致钛管破损，前者包括海水侧冲刷、撞击等，后者包括蒸汽侧异物撞击、震动等。管内因素的破坏范围仅为该根钛管，管外因素的破坏范围较大，包括该钛管及其附近的钛管。因此发现破损钛管后，必须对其周边管进行检查（以下简称“周边检”），采用的方法主要是涡流检查。涡流检查利用电磁感应原理检测钛管表面缺陷，灵敏度非常高，不但能发现贯穿缺陷，还能发现未贯穿的缺陷，如划伤、减薄、变形等，同时能够准确找出缺陷位置[5]，为后续内窥镜检查提供了便利，很适合进行周边检。涡流检查与内窥镜检查互不干扰，可以同时开始。本次涡流检查的范围为破损管周边2圈钛管，采用薄壁样管和薄壁减薄管进行标定，检测后未发现缺陷，周边钛管状态良好。

2 焊接修复

钛具有很高的活泼性，在高温下与氧、氮、碳、氢等亲和力很强。在300℃以上就开始吸氢，在600℃以上就大量吸氧和氮。氢溶于钛中，不仅导致产生气孔，而且冷却时析出的钛氢化合物能剧烈地降低材料的韧性，在组织应力作用下还会产生裂缝。氧和氮与钛生成的化合物能使焊接接头的硬度提高，塑性严重下降。碳对钛及其合金也有很大影响，高温下碳与钛生成碳化钛也能使焊缝塑性下降，产生裂缝，常温时，碳以间隙形式固溶于钛中，使强度提高、塑性下降。碳超过溶解度时还能生成硬而脆的TiC，呈网状分布，易于引起裂纹。焊接时，工件及焊丝上的油污能使焊缝增碳。基于钛的以上特性，焊接前应当打磨堵头清除油污，焊接过程采用纯氩作为保护气体隔绝空气，并设计加工专用焊接保护拖罩，对焊枪喷嘴不能保护的临近高温区进行保护。焊接完成后应进行外观检验判断焊缝焊接保护是否良好，方法为观察焊缝及热影响区的颜色情况。如果焊接保护良好，焊缝及热影响区应为银白色或金黄色等具有金属光泽的颜色。还需对焊缝及热影响区进行100%液体渗透检测（PT），不得有裂纹、未熔合、气孔等焊接缺陷。

堵管修复时，选用规格为φ1.6mm的TA1纯钛焊材，采用GTAW工艺，氩气纯度≥99.99%，电流控制在（54～77）A范围内，层间温度控制在80℃以下。

3 投运前验证

修复完成后，关闭人孔，保持凝汽器水室封闭，采用氦检漏方法对凝汽器完整性进行验证。氦检漏是一种快速而灵敏的检漏方法，氦气无毒无味，具有除了氢气外最高的运动速度，能够快速穿过钛管上的漏孔，进入氦质谱仪后将引起结果指数级增长。凝汽器水室封闭后，通过下端排污阀向水室内通入氦气，同时氦质谱仪从凝汽器抽真空系统抽气。持续检测1h，氦气浓度一直处于本底水平，表明凝汽器海水侧和蒸汽侧的边界完整，漏点已修复。若氦质谱仪检测到氦气，表明凝汽器边界不完整，一般是因为漏点较小导致覆膜无法检出，应执行钛管涡流全检。如需检测多个水室，因氦气运动速度快，全部检测完成后才能打开人孔进行收尾工作，避免氦气逸散导致厂房内氦气本底升高而影响查漏效果。