论文部分内容阅读
摘 要：RRI/SEC板式热交换器是秦山第二核电厂（简称秦二厂）核岛辅助系统中的重要设备，主要由维修、防腐、化学、性能和运行多个专业负责管理该设备的预防性维修、防腐检查、性能监测，该设备在运行中存在冲蚀、腐蚀、振动、垫片失效等多种失效模式。该文详细介绍了RRI/SEC板式热交换器的各种失效模式，提供了板式热交换器器故障排除指导，对秦二厂RRI/SEC板式热交换器的监管方式进行了介绍，并对管理方面的不足提出了合理建议。
关键词：板式热交换器 失效模式 监管
中图分类号：TL353 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）04（a）-0199-01
秦二厂设备冷却水系统（RRI）的功能是：冷却各种核岛热交换器；经过RRI板式热交换器将热负荷传递至安全厂用水系统（SEC）冷却的海水；同时在核岛热交换器和海水之形成一道安全屏障，防止放射性流体不可控制地释放到海水中。
1 板式热交换器的主要失效模式
1.1 冲蚀
RRI板式热交换器板片材料为工业纯钛，材料本身耐磨性较好，但鉴于秦山地区杭州湾海水泥沙含量大的特性，钛板冲蚀失效是RRI板式热交换器非常典型的一种失效模式。虽然板间流速及入口流量均没有超过设计值，但钛板的波纹设计及单边型流向，使得钛板容易出现局部流速较高现象，加之海水泥沙含量高的特点，导致上述流速过高区域出现冲蚀减薄严重甚至穿孔。
1.2 腐蚀
核电厂对二回路水化学控制十分严格，对诸如Cl-、SO42-等有害离子均有严格限制，并尽量提高pH值至9.6甚至更高，且工业纯钛材料本身耐蚀性能较高，即使冷侧介质为海水，换热板的腐蚀问题也较少。RRI系统换热器关注较多的是进出口管道的腐蚀问题，尤其是海水侧。
1.3 振动
振动并不是板式热交换主要的失效模式，但过量的振动还是会引起一些问题，如热交换器振动过大，导致垫片失效而引起外漏等。
1.4 垫片失效
板式热交换器中，板外围垫片及贯穿孔周边的垫片形成板间密封。压力脉冲、割伤、碎片、裂缝、错误装配及非设计条件运行，都可能会导致垫片泄漏。这些泄漏可以随着时间而发展，严重的泄漏可使传热性能下降。
1.5 积污
板式热交换器闭式冷却水侧主要积污方式为析出，析出结晶在水-水热交换器中是最常见的一种结垢类型。水中的盐类在温水中的溶解度比冷水中低，因此冷却过程中水被加热，这些溶解盐会在一定范围内的表面析出结晶。对于海水侧主要是泥沙和海生物附着问题，可以由定期反冲洗对其进行清理。
2 RRI热交换器的管理方式
目前RRI/SEC板式热交换器的典型预防性维护活动有：内部目视检查、清洗、在线运行监测。
2.1 内部目视检查
对于板片和管嘴进、出口周围的冲蚀或振动诱导裂缝的识别，内部目视检查是非常有效的。目视检查还可以识别板片的剥落、腐蚀、生物膜和流体受阻、堵塞现象。垫片失效或螺栓失效引起的外部泄漏，也应进行目视检查。
2.2 清洗结垢
高压水冲洗：使用高压喷水器，用来消除大量污垢，小心并确保垫片不被损坏，使用高压喷水器应避免直接喷洒在垫片上。软布擦洗：用软布和水擦洗能完全地除去微小结垢，然后重新安装。
2.3 在线运行监测
在线运行监测时应明确压降或压力峰值、热量传递的变化。通过监测板式换热器压降可提供结垢的判据，还能提供板片周围主要流体受阻或堵塞的判据。在压差连续监测中，能发现由螺栓或垫片失效造成的外部泄漏。在线运行监测可以分成水化学监测、热性能监督两个部分来进行。
（1）水化学监测。
为防止RRI系统板式热交换器设备内部部件发生腐蚀破坏，保证金属完整性，电厂运行化学技术规范对设备冷却水（RRI）系统的pH值、磷酸盐、亚硝酸盐等化学参数进行监测。
（2）热性能监督。
性能监测应包括以下任务，周期为1周：监测换热器冷、热介质进出口温度；监测换热器冷、热介质流量；监测换热器SEC侧压降；监测换热器热交换系数。
3 维护措施
为减少纠正活动范围，尽量减少破坏组件的机会，并减少异物的入侵，提供了板式热交换器故障排除指导。以扰动可能性由小到大为序，列出如下故障排除行动。
（1）压差增大。可能的原因：过程侧或服务侧板片堵塞；过程侧或服务侧板片结垢；流量增加。维护措施：评估温度变化趋势；评估压差趋势；检查流量是否异常；检查阀门管线；验证是否常规压力指示；检查泵的出口流量和压力。
（2）压差减小。可能的原因：内部旁边流出现；垫片失效；板片有裂纹和孔洞；系统流量减小。维护措施：评估温度变化趋势；评价压差变化趋势；通道出口执行温度记录；检查流量的异常；检查阀门管线；验证是否常规压力指示；检查泵的出口流量和压力；打开热交换器并检查。
（3）水化学变化。可能的原因：一块或多块板上有裂缝或孔洞；垫片失效；流体的水化学有变化；沉积物的溶解释放。维护措施：检查过程流体的化学变化；检查服务流体的化学变化；取出外加流体样品；评估其他潜在的泄漏路径；检查系统的运行状况变化；调整流体的化学成分。
（4）冷却水出口温度升高。可能的原因：入口温度相应变化；冷却水流量减小；过程流体流量增加；过程侧或服务侧的板片结垢；维修时引入异物而引起的堵塞。维护措施：冲洗换热器管；检查冷却水的温度和流量；评估温度的变化趋势；评估压差的变化趋势；检查流量的异常；检查阀门管线；检查泵的出口流量和压力。
（5）封闭系统内的补给率增加。可能的原因：板片泄漏；垫片泄漏。维护措施：检查水化学；检查系统运行状况的变化；如果换热器仍可用，换一个换热器并监测补偿率；如果换热器仍可用，对其执行泄漏检查试验；打开换热器，并检查有无泄漏。
（6）换热器外部泄漏。可能的原因：垫片失效；维修后的错误组装；板片有裂纹和孔洞。维护措施：目视检查，以评估泄漏的位置和严重程度。
作为核电厂重要换热设备，RRI板式热交换器有冲蚀、腐蚀、振动、积污等多种失效模式，同时由多个专业负责该设备的预防性维修、防腐检查、性能监测等。首先各专业管理彼此间缺乏有效的配合和资源共享平台，缺乏对现有数据的综合分析和比较。其次缺乏对换热性能长期监督。为加强对RRI板式热交换器的监管，需要各专业之间的有效配合和资源共享，并将性能监测数据汇总以便于长期监督。这样既有利于后续工作的开展也便于RRI板式热交换器可靠性分析。
参考文献
[1] 赵晓文.板式换热器的研究现状及进展[J].冶金能源，2011（1）：52-55.
[2] 钱颂文.换热器设计手册[M].北京：化学工业出版社，2002：19-24.
关键词：板式热交换器 失效模式 监管
中图分类号：TL353 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）04（a）-0199-01
秦二厂设备冷却水系统（RRI）的功能是：冷却各种核岛热交换器；经过RRI板式热交换器将热负荷传递至安全厂用水系统（SEC）冷却的海水；同时在核岛热交换器和海水之形成一道安全屏障，防止放射性流体不可控制地释放到海水中。
1 板式热交换器的主要失效模式
1.1 冲蚀
RRI板式热交换器板片材料为工业纯钛，材料本身耐磨性较好，但鉴于秦山地区杭州湾海水泥沙含量大的特性，钛板冲蚀失效是RRI板式热交换器非常典型的一种失效模式。虽然板间流速及入口流量均没有超过设计值，但钛板的波纹设计及单边型流向，使得钛板容易出现局部流速较高现象，加之海水泥沙含量高的特点，导致上述流速过高区域出现冲蚀减薄严重甚至穿孔。
1.2 腐蚀
核电厂对二回路水化学控制十分严格，对诸如Cl-、SO42-等有害离子均有严格限制，并尽量提高pH值至9.6甚至更高，且工业纯钛材料本身耐蚀性能较高，即使冷侧介质为海水，换热板的腐蚀问题也较少。RRI系统换热器关注较多的是进出口管道的腐蚀问题，尤其是海水侧。
1.3 振动
振动并不是板式热交换主要的失效模式，但过量的振动还是会引起一些问题，如热交换器振动过大，导致垫片失效而引起外漏等。
1.4 垫片失效
板式热交换器中，板外围垫片及贯穿孔周边的垫片形成板间密封。压力脉冲、割伤、碎片、裂缝、错误装配及非设计条件运行，都可能会导致垫片泄漏。这些泄漏可以随着时间而发展，严重的泄漏可使传热性能下降。
1.5 积污
板式热交换器闭式冷却水侧主要积污方式为析出，析出结晶在水-水热交换器中是最常见的一种结垢类型。水中的盐类在温水中的溶解度比冷水中低，因此冷却过程中水被加热，这些溶解盐会在一定范围内的表面析出结晶。对于海水侧主要是泥沙和海生物附着问题，可以由定期反冲洗对其进行清理。
2 RRI热交换器的管理方式
目前RRI/SEC板式热交换器的典型预防性维护活动有：内部目视检查、清洗、在线运行监测。
2.1 内部目视检查
对于板片和管嘴进、出口周围的冲蚀或振动诱导裂缝的识别，内部目视检查是非常有效的。目视检查还可以识别板片的剥落、腐蚀、生物膜和流体受阻、堵塞现象。垫片失效或螺栓失效引起的外部泄漏，也应进行目视检查。
2.2 清洗结垢
高压水冲洗：使用高压喷水器，用来消除大量污垢，小心并确保垫片不被损坏，使用高压喷水器应避免直接喷洒在垫片上。软布擦洗：用软布和水擦洗能完全地除去微小结垢，然后重新安装。
2.3 在线运行监测
在线运行监测时应明确压降或压力峰值、热量传递的变化。通过监测板式换热器压降可提供结垢的判据，还能提供板片周围主要流体受阻或堵塞的判据。在压差连续监测中，能发现由螺栓或垫片失效造成的外部泄漏。在线运行监测可以分成水化学监测、热性能监督两个部分来进行。
（1）水化学监测。
为防止RRI系统板式热交换器设备内部部件发生腐蚀破坏，保证金属完整性，电厂运行化学技术规范对设备冷却水（RRI）系统的pH值、磷酸盐、亚硝酸盐等化学参数进行监测。
（2）热性能监督。
性能监测应包括以下任务，周期为1周：监测换热器冷、热介质进出口温度；监测换热器冷、热介质流量；监测换热器SEC侧压降；监测换热器热交换系数。
3 维护措施
为减少纠正活动范围，尽量减少破坏组件的机会，并减少异物的入侵，提供了板式热交换器故障排除指导。以扰动可能性由小到大为序，列出如下故障排除行动。
（1）压差增大。可能的原因：过程侧或服务侧板片堵塞；过程侧或服务侧板片结垢；流量增加。维护措施：评估温度变化趋势；评估压差趋势；检查流量是否异常；检查阀门管线；验证是否常规压力指示；检查泵的出口流量和压力。
（2）压差减小。可能的原因：内部旁边流出现；垫片失效；板片有裂纹和孔洞；系统流量减小。维护措施：评估温度变化趋势；评价压差变化趋势；通道出口执行温度记录；检查流量的异常；检查阀门管线；验证是否常规压力指示；检查泵的出口流量和压力；打开热交换器并检查。
（3）水化学变化。可能的原因：一块或多块板上有裂缝或孔洞；垫片失效；流体的水化学有变化；沉积物的溶解释放。维护措施：检查过程流体的化学变化；检查服务流体的化学变化；取出外加流体样品；评估其他潜在的泄漏路径；检查系统的运行状况变化；调整流体的化学成分。
（4）冷却水出口温度升高。可能的原因：入口温度相应变化；冷却水流量减小；过程流体流量增加；过程侧或服务侧的板片结垢；维修时引入异物而引起的堵塞。维护措施：冲洗换热器管；检查冷却水的温度和流量；评估温度的变化趋势；评估压差的变化趋势；检查流量的异常；检查阀门管线；检查泵的出口流量和压力。
（5）封闭系统内的补给率增加。可能的原因：板片泄漏；垫片泄漏。维护措施：检查水化学；检查系统运行状况的变化；如果换热器仍可用，换一个换热器并监测补偿率；如果换热器仍可用，对其执行泄漏检查试验；打开换热器，并检查有无泄漏。
（6）换热器外部泄漏。可能的原因：垫片失效；维修后的错误组装；板片有裂纹和孔洞。维护措施：目视检查，以评估泄漏的位置和严重程度。
作为核电厂重要换热设备，RRI板式热交换器有冲蚀、腐蚀、振动、积污等多种失效模式，同时由多个专业负责该设备的预防性维修、防腐检查、性能监测等。首先各专业管理彼此间缺乏有效的配合和资源共享平台，缺乏对现有数据的综合分析和比较。其次缺乏对换热性能长期监督。为加强对RRI板式热交换器的监管，需要各专业之间的有效配合和资源共享，并将性能监测数据汇总以便于长期监督。这样既有利于后续工作的开展也便于RRI板式热交换器可靠性分析。
参考文献
[1] 赵晓文.板式换热器的研究现状及进展[J].冶金能源，2011（1）：52-55.
[2] 钱颂文.换热器设计手册[M].北京：化学工业出版社，2002：19-24.