(廣西防城港核電有限公司 廣西 防城港 538001)

引言

CPR1000型核電機(jī)組中，設(shè)備冷卻水系統(tǒng)(Component Cooling，簡稱RRI)板式換熱器的作用是將RRI系統(tǒng)從核島中收集的熱量傳遞給重要廠用水系統(tǒng)(Essential Service Water，簡稱SEC，其為海水)，并由SEC系統(tǒng)將加熱過的海水排入大海，是CPR1000核電廠最終熱阱。RRI/SEC熱交換器傳熱能力的驗(yàn)證是定期試驗(yàn)必須檢驗(yàn)的安全準(zhǔn)則之一。西南某核電廠RRI板式換熱器在執(zhí)行RRI/SEC熱交換器效率試驗(yàn)時部分試驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)冷熱側(cè)熱負(fù)荷偏差大于國標(biāo)《GB/T 27698.3-2011》要求的±5%。

本文通過對此問題的現(xiàn)場分析研究，解決問題后，梳理出遇到此問題后的處理思路，為同類型換熱器的類似問題提供處理建議，以便縮小同類型問題的分析處理時間。

一、背景

(一)事件背景

對于板式熱交換器，國標(biāo)明確要求，其冷熱側(cè)熱負(fù)荷相對誤差不大于±5%時方可進(jìn)行試驗(yàn)。

而某核電在執(zhí)行RRI/SEC熱交換器效率試驗(yàn)時，部分試驗(yàn)出現(xiàn)了冷熱側(cè)熱負(fù)荷偏差大于5%的情況。

具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：

表1 熱負(fù)荷偏差統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

(二)RRI/SEC熱交換器試驗(yàn)原理

試驗(yàn)原理如圖1所示。

圖1 換熱器工作原理示意圖

其中

Te：RRI側(cè)進(jìn)口溫度(RRI001YT或RRI002YT)

Ts：RRI側(cè)出口溫度(RRI003/005YT平均值或RRI004/006YT平均值)

te：SEC側(cè)進(jìn)口溫度(SEC001MT或SEC002MT)

tS：SEC側(cè)出口溫度(SEC003/005YT平均值或SEC004/006YT平均值)

W1：熱側(cè)熱負(fù)荷W1=[QRRI×CP.RRI(Te-Ts)]÷3.6(QRRI測點(diǎn)為RRI001/002MD)

W2：冷側(cè)熱負(fù)荷W2=[QSEC×CP.SEC(ts-te)]÷3.6(QSEC測點(diǎn)為SEC001/002MD)

CPRRI：RRI水比熱：4180J/kg·℃

CPSEC：SEC水(海水)比熱：4020J/kg·℃

實(shí)現(xiàn)方式如下：

圖2 RRI/SEC熱交換器效率試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)方式

相應(yīng)試驗(yàn)的驗(yàn)收安全準(zhǔn)則為：

在試驗(yàn)條件下，計(jì)算得到的傳熱能力KS值必須大于或等于理論傳熱能力(試驗(yàn)條件下)，即：KS≥6.4MW/℃；換熱器SEC側(cè)壓降ΔPc<3.55bar。

(三)問題分析與解決方案

根據(jù)RRI/SEC熱交換器效率試驗(yàn)原理及實(shí)現(xiàn)方式，專業(yè)由簡到難逐步排查原因相關(guān)排查情況如下。

表2 排查項(xiàng)目與排查情況

現(xiàn)分別對排查異常情況進(jìn)行說明。

1.測溫套筒內(nèi)窺鏡檢查

原測溫套筒材質(zhì)為304不銹鋼，其作用是傳遞熱量并為測量儀表提供一個良好的測量環(huán)境。專業(yè)現(xiàn)場檢查SEC側(cè)溫度探頭時發(fā)現(xiàn)溫度探頭上有銹跡，且有一定的結(jié)晶，探頭取出后套管有空氣吸入現(xiàn)象(現(xiàn)場管道虹吸現(xiàn)象)，故專業(yè)初步懷疑溫度套管泄漏，這使得原先非接觸式測量可能變?yōu)橹苯咏佑|介質(zhì)的測量方式，導(dǎo)致其測量結(jié)果產(chǎn)生一定偏差。采用小直徑探頭內(nèi)窺鏡檢查測溫套筒內(nèi)部，發(fā)現(xiàn)部分套筒內(nèi)部存在不同程度銹蝕。

在確認(rèn)SEC(海水側(cè))溫度套筒泄漏后，電廠決策對原套筒進(jìn)行拆除更換。更換為抵抗海水腐蝕性能更好的哈C合金，消除海水溫度泄漏對溫度測量的影響。

2.在線流量、溫度儀表準(zhǔn)確性檢查

海水流量測量儀表SEC001/002MD采用固定式超聲波體積流量計(jì)，經(jīng)過與便攜式超聲波流量計(jì)比對，其偏差較小，在設(shè)計(jì)精度要求范圍內(nèi)。RRI除鹽水流量測量儀表RRI001/002MD為孔板加差壓變送器，經(jīng)對現(xiàn)場引壓管線及差壓變送器進(jìn)行檢查校驗(yàn)，確認(rèn)RRI流量測量無明顯異常。

海水入口溫度SEC001/002MT精度為A級，四線制接線，誤差需滿足±|0.15+0.002t|。專業(yè)對該儀表執(zhí)行絕緣連續(xù)性檢查、通道檢查，其結(jié)果如表3所示，其絕緣與連續(xù)性符合程序要求。

表3 SECMT絕緣連續(xù)性檢查

計(jì)量檢定規(guī)程JJG229-2010《工業(yè)鉑銅熱電阻檢定規(guī)程》規(guī)定，PT100工業(yè)鉑電阻只需對其在0℃、100℃進(jìn)行檢定，若其與標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻的偏差滿足A級鉑電阻驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，則可判定該傳感器精度合格。遂對其儀表檢定證書進(jìn)行了核查，核查結(jié)果其0℃、100℃符合A級要求。

表7 SEC001/002MT檢定證書

但根據(jù)此西南海域海水水文條件，海水入口溫度常工作溫度范圍為20-40℃，為驗(yàn)證SEC001/002MT探頭在常用工作范圍內(nèi)是否符合A級要求，對其進(jìn)行了加點(diǎn)計(jì)量檢定。檢定需求中除0、100℃兩個檢定點(diǎn)外，新增20、40、60℃，其檢定數(shù)據(jù)如下：

圖9 SEC001/002MT分段檢定證書

SEC001MT傳感器在40、60℃檢定點(diǎn)數(shù)據(jù)超差，0、20、100℃檢定點(diǎn)數(shù)據(jù)均較為接近誤差限值，SEC002MT傳感器在20、40℃點(diǎn)數(shù)據(jù)超差，其它檢定點(diǎn)數(shù)據(jù)也接近誤差上限值。

發(fā)現(xiàn)SEC001/002MT探頭檢定超差后，現(xiàn)場更換為兩根合格的、偏差更小的PT100探頭，回裝后重新試驗(yàn)， 兩列RRI/SEC熱負(fù)荷偏差分別由12%下降至4%左右和9%下降至4%左右。

三、根本原因及處理方案

現(xiàn)場排查工作主要從測量儀表和系統(tǒng)設(shè)備偏差兩個方面進(jìn)行。前期長時間排查盡管發(fā)現(xiàn)了諸如變送器參數(shù)被修改、YT傳感器檢定超差、KME計(jì)算參數(shù)設(shè)置錯誤等異常問題，但在異常問題處理完后，并未從根本上解決RRI/SEC冷熱側(cè)熱負(fù)荷偏差大的問題。

(一)根本原因及促成因素

SEC MT傳感器進(jìn)行檢定時，增加了部分檢定溫度點(diǎn)，檢定數(shù)據(jù)表明在工作溫度范圍內(nèi)(20-40℃)傳感器測量值相較標(biāo)準(zhǔn)值偏高或超出A級鉑電阻允許的最大誤差，這將使得SEC入口溫度值相較實(shí)際溫度值偏低，即SEC側(cè)溫差減小，SEC側(cè)熱量值將偏小，換熱器RRI、SEC熱負(fù)荷偏差增大。海水進(jìn)口溫度測量傳感器SEC001/002MT在運(yùn)行工況溫度范圍內(nèi)偏差過大，測量系統(tǒng)未對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的修正是導(dǎo)致RRI/SEC換熱器冷熱側(cè)熱負(fù)荷偏差過大的根本原因。

另外，在問題發(fā)現(xiàn)之初， RRI/SEC B列熱負(fù)荷偏差高達(dá)32.7%，排查過程中發(fā)現(xiàn)RRI002YT、SEC006YT檢定數(shù)據(jù)超標(biāo)，儀表精度不合格。通過更換不合格儀表，熱負(fù)荷偏差有了較大幅度下降，但仍超國標(biāo)要求的△Wm≤±5%的限值?，F(xiàn)場儀表精度不滿足試驗(yàn)要求是導(dǎo)致現(xiàn)場熱負(fù)荷偏差超限的重要促成因素。

(二)處理方案

針對換熱器SEC側(cè)海水入口溫度傳感器測量偏差過大或檢定超差的問題，專業(yè)通過更換符合A級精度等級且偏差較小的傳感器備件解決了RRI/SEC換熱器效率試驗(yàn)熱負(fù)荷偏差大問題。若無合適PT100探頭更換，可參照計(jì)量檢定證書使用KME系統(tǒng)PT100傳感器校正功能減少SEC MT的測量偏差，從而保證測量準(zhǔn)確(參見表4)。

表4 探頭校正表

五、總結(jié)

經(jīng)過對西南某核電廠RRI/SEC板式熱交換器冷熱側(cè)熱負(fù)荷偏差問題的處理與分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)其熱負(fù)荷偏差超過國標(biāo)要求的±5%時，應(yīng)優(yōu)先檢查現(xiàn)場各溫度測點(diǎn)儀表測量是否準(zhǔn)確。對于PT100探頭，檢定規(guī)范雖僅規(guī)定對0℃、100℃進(jìn)行檢定，但仍可能在運(yùn)行工況溫度范圍內(nèi)超過檢定規(guī)范要求的情況，故檢定建議在各探頭常用溫度區(qū)間內(nèi)加點(diǎn)，確保常用溫度范圍測準(zhǔn)確。同時按照計(jì)量檢定結(jié)果，對溫度探頭數(shù)據(jù)進(jìn)行線性校正，也能使得測量更加準(zhǔn)確，從而解決板式換熱器冷熱側(cè)熱負(fù)荷偏差問題。