核电厂凝汽器事故隐患分析及改进方案

2022.11.30

潘冠旭

中图分类号：TM623 文献标识：A 文章编号：1674- 1145（2020）2- 160- 01

摘要近年来我国社会经济飞速发展，对电能供应有了更高要求，核电厂的电能供应稳定性以及供应安全是确保核电厂稳定生产的基础。基于核电厂中安全风险发生概率较高的凝汽器隐患防止工作展开研究，并以某核电厂凝汽器冷却钛管冲蚀事故展开研究，分析其事故发生原因，并提出对应的工艺优化策略。

关键词核电厂凝汽器事故隐患分析改进方案

一、案例详情

根据研究需求以及研究目的，选择某国营核电厂的2号机组作为研究案例，该电厂2号机组预定容量约为728m w。设备机组与2014年正式投入使用。运行三年后根据电厂设备检测规定进行例行检查，检查中发现凝气器庞杜扩散器下部凝气器冷却管束上部，第一排钛冷却管出现故障，冷却管下部出现了明显冲蚀痕迹，长度约为1m。造成了较大的生产安全风险和隐患。针对该设备钛冷却管冲蚀原因进行了详细分析，分析过程以及结果如下。

二、事故隐患分析

（一）工程应用分析

根据该机组的整体设计结构以及工作原理，该机组通过旁路向凝汽器排放压力约为4.5m pa、温度为240-253℃的蒸汽，总排放规模约为3700吨每小时。该排放标准较为普遍，我国多数核电厂机组均采用该排放标准。但与火力发电厂机组相比，参数规格明显过高，但火力发电厂机组与核电厂机组凝汽器结构十分相似，其蒸汽排放承受程度也相近，这也是造成核电发电厂凝汽器故障率较高的主要原因。我国多数核电厂采用的均为一级减压消能装置，其消能水平无法满足蒸汽能量需求，消能不够充分。根据美国电力研究院的相关计算结果，该核电厂2号机组的衡器能量，需要2.1m以上的扩散器射流的距离，而该机器仅为1.7m。安全距离的缺失导致蒸汽射流超出控制范围，对周边位置造成蒸汽冲击，促使了冲蚀现象的发生。

在钛管的研究中，美国电力研究院对钛管试片进行冲蚀试验研究。研究在实验室环境下，对钛管试片进行加热，并在加热后让钛管试片在空气中自然冷却30分钟。并进行温度替换测试，最终得出结论在400℃下，太偏出现典型的褐黄色氧化膜，并以此做为结论进行推算，旁路运行时存在庞杜阀喷水未开启或延迟开启而造成排放温度大于原设计值254℃[1]。

基于凝汽器的设计结构和工作原理，旁路扩散器进口处于253℃时。其出口的最低温度为220-240℃。温度远高于凝汽器的额定150℃的温度上限。造成冲蚀现象的发生。

三、计算流体力学软件分析

（一）分析模型建立

根据研究需求和研究目的，选择三维模型进行研究，根据该核电厂2号机组旁路扩散器的实际尺寸，通过三维技术软件，建立模型，具体没模型如图1所示。

（二）计算参数选择

计算参数选择对研究结论客观性与正确性有直接影响，基于该机组蒸汽流动的实际情况以及特点，选择sst作为研究模型，计算过程未定比热定常计算，工质为单一物质蒸汽。

（三）计算结果分析

由于小孔前后压比远小于临界压比，旁路扩散器排汽管上喷管出口流动中心汽流最大马赫数为4左右，最大流速1335m /s，旁路扩散器挡汽板处最大静压力0.2MPa[2]。

根据研究结果可以发现，蒸汽在通過小孔后会产生旋涡现象，同时会加大垂直方向上的流动速度。流动速度提升速度率约为60%。速度峰值接近350m /s。对下放凝汽冷却钛管造成蒸汽冲击，伴随高温环境，造成了冲蚀现象。

四、改进方案

（一）旁落扩散器改进

改进方案制定应避免较大范围的设备更换措施，应基于原有设备基础进行改进失控。根据前文的研究结论，采用在现有扩散器基础上，增加隔离板进行改进，并增加一级减压，优化后的旁路扩散器二次减压后喷射后的方向避开冷泉水管，使优化后的旁路扩散器喷射安全距离小于旁路扩散器距离冷却管束1.7m的距离，最终从结构上降低钛管发生冲蚀现象的可能。

（二）凝汽管束改进

更换凝汽器管束顶排钛管为多节组合而成的 0Cr18Ni 不锈钢棒，对应管板孔采用钛盲管短节，与管板连接采用胀焊结构，并以尼龙堵头封堵管口，防止海水从水侧泄漏到汽侧。由于采用了耐高温、耐冲蚀的0Cr18Ni不锈钢棒能有效阻挡其下面钛冷却管被冲蚀。

（三）运行监控

核对旁路系统运行逻辑，确保旁路投入时减温水同步开启，防止旁路误操作及减温水延迟开启现象。同时监控系统也应对设备运行的整体情况进行检测，在预防冲蚀显现发生的同时，也要起到及时发现冲蚀现象的作用，从而最大限度优化核电技术组的工作状态，降低设备运行中故障的发生概率，提高其整体发电水平。

参考文献：

[1]童益华，罗贤龙，李祥奎，陈国军.某核电厂凝汽器安装阶段典型故障及处理措施[J].城市建设理论研究（电子版），2019（01）：7

[2]谷昊.核电厂凝汽器传热管涡流检查结果分析[J].科技视界，2016（09）：267+285.