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核電廠硼加熱係統備用伴熱纜異常投運原因分析

來源:www.kimmosasi.net作者:吳林飛,陳鐵華發表時間:2018-03-23 13:53:23

 摘 要:介紹了秦二廠3/4#機組硼加熱係統的作用,並對主控室長期存在的硼加熱係統相關報警原因進行分析,結合理論設計核對了現場伴熱纜的選型情況;依據現場設備布置情況而製定了相應的解決方案,而且通過試驗和長期跟蹤較好地解決了8RRB301AA因設計布置等原因造成的故障,為其他同類故障的處理指明了方向。

 
1硼加熱係統工作原理及設計控製原則簡介
1.1硼加熱係統工作原理
        硼加熱係統(RRB)用來對硼溶液流過的管道、閥門和泵進行伴熱,以維持流體循環,防止硼酸結晶。硼加熱係統是具有正常和備用兩個回路的冗餘係統;正常回路連續運行,備用回路僅在正常回路出現故障時投入運行,以維持所要求的工藝流體溫度。正常回路和備用回路間是實體分隔的,每個加熱回路都裝有兩個熱電偶,一個送到正常控製回路,另一個送到備用控製回路。
 
1.2設計控製原則
        在正常運行工況下,硼加熱係統始終投入運行,硼酸管線利用伴熱回路進行加熱。硼加熱係統控製櫃內的溫控模塊控製伴熱纜的啟停,當管道表麵溫度達到高整定值時,溫控器切斷電源,伴熱纜停運;當管道溫度降低到低整定值時,溫控器接通電源,加熱元件通電運行。
 
2硼加熱係統運行現狀及故障簡介
        按照設計要求,當硼加熱係統的備用伴熱纜應急切入時,主控室會觸發相應的報警。目前,主控室存在的因備用應急切入導致的報警包括3RRB998AA、3RRB450AA、4RRB998AA、4RRB450AA、8RRB301AA。正常情況下,當現場設備進行特定操作,導致部分含硼管道溫度低於備用伴熱纜啟動定值時,對應的硼加熱係統報警會短時觸發,操縱員可通過現場操作記錄明確報警原因,並實施相應的幹預措施。
 
        部分備用伴熱纜由於非運行操作的原因而導致長期處於備用投入的狀態,多個“應急切入”信號疊加,主控室報警觸發頻繁,影響操縱員的分析判斷。其中,8RRB301AA表現出的現象較為典型,故障原因涵蓋麵廣,對於分析硼加熱係統備用伴熱纜應急切入的問題具有代表性,故下麵將針對8RRB301AA產生的原因進行分析,並提出相應的處理措施。根據邏輯圖分析確認8RRB301AA報警的原因為備用回路8RRB801-803AR、8RRB201AR應急切入。
 
3伴熱纜備用回路投入的原因分析
        按照安裝技術說明要求,結合現場實際工況,對投運的相關備用伴熱纜進行逐一檢查和分析。
 
3.1伴熱纜設計不符合現場要求
        由於現場管道布置的複雜性,管道安裝包含了保溫層、管卡扣件、導熱膠泥、不鏽鋼網板,因此在故障原因不明的情況下直接拆除保溫進行檢查的工作量較大。為避免檢查工作的重複進行,先測量投運的備用伴熱纜直阻、對地絕緣,並進行現場校驗,結果均顯示合格;然後在不拆保溫的情況下對問題伴熱纜的設計進行核算,以確定是否因為選型不合適而導致備用伴熱纜不定期投運。
 
3.2特定運行工況導致的備用投入
        對於8RRB834RS(8TEU020PO加熱排水管),8TEU020PO用於將濃縮液送至TES001BA,因為濃縮液硼濃度大於40000ppm,為了防止濃縮液泵產生硼結晶,通過電加熱器002RE引入機械密封急冷水量(0.06m3/h),引漏水通過排水管排走;而該管道上的伴熱纜便通過監測管道溫度來跟蹤機械密封水溫度,以確保不因溫度過低而造成機封處產生硼結晶。現場檢查發現該路加熱器未投運,而後投運後溫度恢複到60℃以上,備用回路退出運行。
 
3.3參數設定與設計不符
        對於8RRB830RS(管號8TEP076),現場檢查時發現該管道由於房間布置的緣故,其保溫層被踩踏導致保溫厚度不均勻,同時定期性檢修工作需拆裝保溫,使得管道與保溫棉有很大的孔洞間隙,導致保溫安裝工藝不能滿足規範要求;溫度探頭未貼緊管道壁,不能實時監測實際溫度;在重新更換保溫,調整探頭位置後溫度仍無法達到伴熱纜停運值。而後儀控檢查發現管道伴熱纜啟停溫度定值設定錯誤,正常啟停溫度應為37℃啟,42℃停,而現場設定值為55~60℃,此伴熱纜功率約為14W/m,無法加熱到55℃以上,因此導致現場備用伴熱纜長期投運。現場重新修正定值(37℃啟,42℃停)後觀察伴熱纜加熱情況,熱電偶探測溫度為45℃,備用回路退出運行。
 
3.4現場環境與設計條件存在差異
        對於8RRB831RS(管號8TEU314),正常運行情況下備用回路不投入,此取樣管道8TEU314與密閉的取樣箱8TEU002ED相連。該取樣箱設置排風管道,並有獨立的排風風機以保證取樣箱內的負壓環境,防止取樣時放射性氣溶膠釋放至廠房。根據操作文件,取樣時需先啟動該排風機,但取樣箱內空氣流速加快導致箱內溫度下降,從而加大了取樣管邊界的散熱功率,導致取樣管上的備用回路投入運行,並在取樣結束後恢複管道溫度,備用回路退出運行。檢查發現8TEP005FI與8TEP314VB之間管道貫穿牆體,管道穿牆部分有空隙,空氣對流劇烈。於是初步認為劇烈的空氣對流是影響伴熱效果的主要因素。而後對此空隙進行密封處理,但該伴熱纜(8RRB806RS)所在管道溫度未見明顯升高,備用回路仍然是長期投運。檢查現場房間管線發現,005FI房間內設置了DVN送排風管道,在該房間內形成較大的空氣對流。由於核電廠的特殊性,部分設備涉及到放射性問題,因此這類管道房間都會設置通風管道,以防止放射性氣溶膠在房間內聚集。按照伴熱纜設計原則,伴熱纜的工作環境不考慮風速的影響。為了確定通風條件對伴熱纜所在管道溫度的影響,對比了該房間通風投入和關閉兩種工況下的相關參數。對比結果顯示通風關閉期間,TEP512管道的溫度明顯上升,備用回路退出運行;而通風恢複後,該管道溫度下降至35℃左右,備用回路持續投入。由此可知,此類伴熱纜功率核算時,應考慮房間通風對伴熱效果的影響,適當提高加熱功率,以補償空氣對流所產生的熱量損失。在確定了風速的影響因素後,決定對該段伴熱纜進行功率提升以補償風速影響造成的散熱損失。伴熱纜型號為2XA08,電壓等級為24V,下一級電壓為46V,L0為3.7m,Rmin為4.5Ω/m,則單位長度最大加熱功率為:
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        經計算,最大單位加熱功率不大於75W/m,滿足設計要求。由此可知,通過提升電壓,溫度提升至40℃左右,備用回路退出運行。
 
3.5現場安裝不規範
        為了保證硼加熱係統相關設備能實現設計功能,伴熱纜和熱電偶的安裝必須滿足一定的規範要求。現場檢查後發現,安裝不規範導致備用應急切入的原因為安裝位置不合理而無法探測實際溫度、保溫棉被踩踏導致厚度減少而無法達到保溫效果及熱電偶探頭裸露。
 
3.5.1熱電偶布置不合理
        8RRB201RS(管號8REA001)投入原因分析:在8REA005BA製硼罐向8REA硼酸罐傳輸時,按照典操製硼,要求溫度加熱至約為40℃,傳硼時流入8REA001管道內的硼酸使管道溫度迅速下降,並達低整定值,使得主用/備用回路均投運,開始加熱管道。傳硼結束後,伴熱纜加熱溫度始終未達到停運值57℃,8REA005BA在正常運行情況下屬於空罐狀態,導致REA001管道一端長時間有熱量喪失。而在拆開保溫後發現熱電偶探頭安裝在8REA180VB和8REA005BA之間,但RRB設備安裝技術說明書中明確規定了熱電偶應安置於直管段中間位置,不要安置於支架或閥門附近(測點位置離閥門的焊點或法蘭的距離一般不能小於100mm)。根據規定將此熱電偶移動到180VB和181VB之間,恢複保溫後觀察,溫度恢複到57℃以上,備用回路退出運行。
 
        8RRB206RS與8RRB207RS溫差大及投入原因分析:8RRB206RS與8RRB207RS在型號和功率等都相同的前提下溫度相差了近20℃,且8RRB207RS因007MTL監測溫度稍低於停運值57℃而長期投運。打開2根管道保溫後,發現8RRB206RS的熱電偶探頭安裝位置靠近正常回路伴熱纜,導致測溫探頭所測溫度為伴熱纜本身加熱溫度,而不是實際管道溫度;而8RRB207RS的熱電偶探頭安裝在了編織網外,導致探頭未能緊貼管道壁監測實際溫度,根據安裝技術說明鐵絲網要在熱電偶和伴熱纜安裝固定後再進行敷設包圍。通過重新敷設回裝保溫後,2根伴熱纜均退出運行,溫度也恢複到60℃左右。
 
3.5.2保溫棉厚度偏薄
        8RRB203RS(管號8REA005)投入原因分析:在檢查和規範了熱電偶及伴熱纜安裝後,發現溫度仍稍低於備用回路的停運溫度。其主要原因為8REA005管道是8REA001管道的分支,其一端從8REA005BA與8REA180VB之間管段引出,導致一端為冷源,散熱量較大,加上定期性檢修工作需要拆裝保溫,使管道與保溫棉有很大的孔洞間隙,造成保溫安裝工藝上不能滿足規範要求,更關鍵的是管道保溫棉厚度未達要求的40mm。理論上,解決該問題的方法可從提高伴熱纜功率或減小散熱功率來考慮。根據設備資料可知,伴熱纜加熱功率應限製在75W/m以下,以避免伴熱纜功率超過限值而導致設備使用壽命大幅縮短;而減小散熱功率的方案相對易於實現,增加保溫棉的厚度能相應減少散熱損失。方案實施後,經過一段時間的跟蹤觀察,發現溫度持續穩定在60℃左右,備用回路退出運行。
 
3.5.3熱電偶探頭裸露
        8RRB836RS(管號8TEU950)投入原因分析:拆開此管段保溫層發現8RRB836RS備用回路投入的主要原因是探頭安裝不合理,裸露於編織網外部;溫度探頭感溫部分沒有貼緊管壁,離管壁距離大,而且沒有按照規範要求塗鋪導熱膠泥;管線保溫層以前多次拆裝處理過,導致管線幹癟,保溫棉壓實使得與管道未能緊密貼合而產生間隙,隔熱效果大幅降低。在按規範要求重新布置安裝探頭,敷設導熱膠泥,更換保溫層後,備用回路退出運行。
 
4結語
        本文針對硼加熱係統備用回路應急切入展開了分析,結合現場實際工況確定了備用回路應急切入的原因。通過研究發現,導致硼加熱係統備用伴熱纜應急切入的原因主要是伴熱纜設計不符合現場要求、特定運行工況導致的備用投入、參數設置與設計要求不符、現場環境與設計條件存在差異及安裝方式不規範。

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