秦山二核MSR二级再热器人孔泄漏原因分析及处理

代巍巍等

摘要：汽水分离再热器（MSR）是核电站常规岛中的重要设备，主要用于对高压缸排出的循环蒸汽进行分离去湿和再热。文章结合秦山第二核电厂的现场情况，论述了汽水分离再热器二级人孔泄漏的原因分析及处理方案。

关键词：MSR；汽水分离再热器；二级再热器；人孔泄漏；核电站常规岛；高压缸 文献标识码：A

中图分类号：TK223 文章编号：1009-2374（2015）22-0075-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.22.037

1 汽水分离再热器（MSR）介绍

汽水分离再热器是压水堆核电厂的重要设备，每台汽轮机设有两台，它们被水平放置于汽机房运转层上。主要用于把汽轮机高压缸排出的循环蒸汽进行分离去湿和再热。

2 设备缺陷

2013年9月9日，秦山二核1号机组汽水分离再热器1GSS210ZZ出现二级再热器人孔蒸汽泄漏缺陷。工作人员对人孔螺栓进行紧固后漏汽量减小，但仍有飘汽现象无法完全消除，最终实施带压堵漏才彻底消除了漏汽

缺陷。

3 缺陷原因分析及验证

3.1 设备工况及历史缺陷情况

汽水分离再热器二级再热器法兰形式为凹凸面法兰（MF型），同时设计压力P=8.273MPa，设计温度t=316℃，运行压力P=6.004MPa，运行温度t=275.6℃。

旧型号密封垫为MPR包覆垫，结构采用内金属薄板包裹填充膨胀石墨，上下粘贴膨胀石墨的复合形式，垫片内圈焊接金属定位环。

对1/2号机组4台汽水分离再热器人孔泄漏的历史情况进行统计发现，运行期间泄漏缺陷有4次，由于运行期间汽水分离再热器难以隔离，并且高温高压蒸汽泄漏处理属于高风险作业，故需要找出泄漏的根本原因并彻底消除安全隐患。

3.2 原因分析

汽水分离再热器缺陷人孔蒸汽泄漏量呈喷射状，均匀紧固螺栓后泄漏蒸汽由喷射状减小为轻微飘汽，最后实施带压堵漏彻底消除缺陷。针对此种情况，有以下三个方面的原因：

3.2.1 安装问题。现场实际安装时，有多方面因素可能导致垫片密封失效：安装时垫片与法兰中心偏离过大，压缩不均匀；安装期间垫片或法兰的密封面上有异物，造成压缩过程中有漏道产生。

3.2.2 设备问题。汽水分离再热器二级人孔法兰密封面为凹凸面，怀疑凹面或凸面深度偏差大，在密封垫厚度均匀的情况下，对密封垫的压缩不均匀，从而造成泄漏，或者密封面有贯穿性损伤，也同样会出现

泄漏。

3.2.3 备件问题。垫片制造质量不过关或者技术性能不达标，设备在高温高压工况下长期运行，膨胀石墨应力松懈，压力、温度有轻微波动时，垫片的回弹量不足以补偿由于波动导致的密封面间隙增大，从而出现泄漏。

3.3 原因分析验证

根据三个方面的原因分析，进一步进行了讨论排查及验证。

3.3.1 如果安装出现问题，在设备刚投入运行，压力、温度达到运行工况后就会出现泄漏，不会运行数月后才出现缺陷，故排除此原因。

3.3.2 针对设备法兰密封面可能出现的问题，大修设备停运期间，工作人员对人孔法兰密封面进行了测量和验证，未发现有凹凸面深度偏差大的情况，同时也未发现密封面有贯穿性损伤，故也可排除此原因。

3.3.3 根据对安装问题和设备问题的核实确认，备件问题应是造成汽水分离再热器二级再热器人孔泄漏的主要原因。

根据分析结果，对旧型号MPR垫片进行了压缩回弹性能试验及泄漏率检测。验证结果显示，旧型号垫片压缩率为50.378%，回弹率为5.448%，泄漏率为3.50E-05，而旧型号MPR垫片生产厂家给出的产品说明中，压缩率为22%～40%，回弹率为17%，对比可见，旧型号垫片压缩率偏高，而回弹率则偏小，由此确认备件原因是造成人孔泄漏的根本原因。

4 垫片换型设计

4.1 换型垫片的选用

根据设备运行的温度、压力以及类似设备的密封垫片选型和运行情况，考虑更换为回弹性能更好的金属石墨缠绕垫，同时对换型垫片进行重新设计和试验验证。

金属石墨缠绕垫是半金属密封垫中回弹性能最佳的垫片，由V形薄钢带与填充料（石墨）交替缠绕而成，垫片接触的法兰密封面表面精度要求不高，特别适用于负荷不均匀，易出现应力松弛，温度与压力周期性变化和有冲击力或震动的工况。金属石墨缠绕垫性能指标中最大泄漏率≤1.0×10-5Pa·m3/s，压缩率18%～30%，回弹率≥15%。

二级再热器人孔密封面为凹凸面，故换型垫片采用内环形式，以避免垫片被压溃散落至容器内部成为

异物。

根据国家标准GB/T 4622规定，对汽水分离再热器二级再热器人孔密封垫片进行了重新设计和试验，换型后垫片技术参数为：材质316L+石墨，型号规格φ584×554×532×4.5×3.05mm，内环型，材料选用满足以下要求：（1）柔性石墨：高纯度的柔性石墨，符合《核级柔性石墨板技术条件（Q/TS-GR-08）》；（2）不锈钢板：牌号316L，满足RCC-M M3307及M200要求；（3）不锈钢带：牌号316L，满足GB/T 4239规定。

4.2 换型垫片试验验证

为进一步确认换型垫片技术性能指标满足要求，对换型垫片的压缩回弹率、泄漏率进行了试验验证，试验采用改变加力载荷，压紧应力以70MPa→45MPa→70MPa的变化方式分三步检测泄漏情况。

第一次压紧应力70MPa试验：

压缩率29.539%，回弹率17.207%，泄漏率5.90E-08。

第二次压紧应力45MPa试验：

压缩率19.851%，回弹率25.865%，泄漏率1.50E-07。

第三次压紧应力70MPa试验：

压缩率12.40%，回弹率45.43%，泄漏率9.20E-08。

在三次改变加力载荷的情况下，换型垫片的压缩回弹率和泄漏率仍然满足要求，同时换型后垫片尺寸发生了变化，根据螺栓大小、数量，垫片有效密封面积以及设备运行的温度、压力等参数重新计算紧固力矩为980N·M。

5 结语

经过两次大修，两个机组四台汽水分离再热器密封垫片均由MPR包覆垫更换为内环型金属石墨缠绕垫，设备投运至今未再出现泄漏缺陷。通过对汽水分离再热器二级再热器人孔泄漏缺陷的分析验证，使用金属石墨缠绕垫替换了MPR包覆垫，避免了运行期间蒸汽泄漏导致的高风险消缺作业，消除了机组安全隐患，大大提高了机组运行的安全性和稳定性。

参考文献

[1] 美国西屋公司.汽水分离再热器安装运行维修手册[S].

[2] 核电秦山联营有限公司.汽水分离再热器系统手册[S].

[3] 中国国家标准化管理委员会.缠绕式垫片（GB/T 4622.1-2009） [S].

[4] 宁波天生密封件有限公司.汽水分离再热器二级人孔垫片设计方案[S].

[5] 核电秦山联营有限公司.1GSS110/210ZZ、2GSS110/210ZZ检修完工报告[R].

作者简介：代巍巍（1986-），男，河南开封人，中核核电运行管理有限公司工程师，研究方向：核电厂容器、换热器及指套管。

（责任编辑：秦逊玉）