核电厂M10-BFML型热交换器的缺陷分析及改进措施

严巍峰

（江苏核电有限公司，江苏 连云港 222042）

核电厂M10-BFML型热交换器的缺陷分析及改进措施

严巍峰

（江苏核电有限公司，江苏 连云港 222042）

田湾核电站真空泵轴封冷却系统使用的M10-BFML型板式热交换器，在机组运行期间曾出现了不同类型的缺陷，包括框架板的腐蚀，换热板裂纹、穿孔等，严重影响换热器的正常稳定运行。为了查找原因、研究对策就显得至关重要。经过认真分析每种缺陷产生的原因，针对性地采取了相应的改进措施，使各种缺陷得以消除。该板式热交换器运行正常，此次缺陷的成功处理也为今后的维修工作提供了宝贵的经验。

板式热交换器；缺陷；分析

1　换热器简介

田湾核电站真空泵轴封冷却系统使用的热交换器是Alfa Lava 公司生产的M10-BFML型板式热交换器，每台真空泵轴封冷却系统配置一台该板式热交换器，一个机组3台，两个机组共6台，设备编码为1/2MAJ33/34/35AC001。换热板片材质为Titanium Grade 1，厚度0.4 mm，每台热交换器有84张换热板，海水侧设计压力0.5 MPa，流量54.5 m3/h，除盐水侧设计流量26.4 m3/h，每台换热器换热面积19.7 m3。设备现场布置见图1。

图1　板式热交换器Fig.1　Plate heater exchanger

2　换热器缺陷描述

1） 2007年6月至8月，由于现场海水中杂质较多，海水温度随着气温变化越来越高，最高达到32 ℃，该板式热交换器陆续出现问题，几乎每隔3天就会出现温差超标，换热效率下降的缺陷。由于在原设计中板式热交换器海水侧管道没有加装反冲洗过滤器以及反冲洗管路，所以海水中的杂物就会很容易进入板式热交换器的海水通道并堵塞通道，而现场检修主要是进行海水通道的清洗或者拆除整台换热器进行解体清洗每张换热板。随着气温降低海水温度降低后换热器清洗的频率也逐步降低，但是换热器泄漏的缺陷开始频繁出现，其中1号机组换热器泄漏比较严重，外漏和内漏都不同程度出现，外漏造成换热器周围地面积水，内漏造成换热板的除盐水侧结一层垢，而且内漏的海水进入碳钢材质的真空泵壳体内，进而造成泵壳体内部的腐蚀；2号机组的缺陷主要是换热器外漏，原因是2号机组该板式热交换器框架板的通道口没有安装防止海水腐蚀框架板的橡胶衬环，所以长时间运行后碳钢材质的框架板海水侧通道口逐渐被腐蚀，进而造成此处的泄漏（见图2）。

图2　框架板腐蚀严重Fig.2　Frame plate serious corrosion

2） 在现场清洗换热器海水通道时由于通道尺寸较小，而且管道法兰和换热器法兰距离非常小，只好使用钢丝刷清理内部的杂物。运行一段时间后出现换热板泄漏，解体后发现换热板海水通道边缘有穿孔或缺口，为避免钢丝刷清洁海水通道内杂物时造成的换热板机械损伤缺陷，随后规定清理海水侧通道改用铜丝刷或尼龙刷。

3） 为了该板式热交换器的安全运行采购了一批换热板备件，当现场换热板出现泄漏时就用备件进行替换。但是换热器在更换为新采购的换热板运行不到1个月又出现换热板泄漏缺陷，解体后发现新采购的换热板备件边缘处长距离裂纹（见图3）。

4） 在解体换热器检查换热板时发现，旧换热板上靠近角孔位置出现细纹裂纹。

图3　新板片边缘裂纹Fig.3　Crack at the edge of the new heat plate

5） 解体清洗换热板时发现部分换热板海水通道边缘处磨损较严重。

3　原因分析

针对出现的缺陷，逐一对此进行了分析并选择性地把部分缺陷换热板外委送检，以分析验证并确定后续的处理措施。主要的缺陷原因分析如下：

1） 旧板片上靠近角孔位置细微裂纹的产生是由于0.4 mm钛板片经过几次拆装后极易产生变形，重新安装后换热板之间搭接不实，在两侧流体长时间变化作用力（变载荷）作用下产生的疲劳损伤（见图4）。

图4　微小裂纹及磨损Fig.4　The tiny crack and wear

2） 2号机组经常出现的旧板片O形槽处密封垫容易鼓出，是由于老板片此处的密封槽出现变形，而且现场工作人员对换热板片压紧不均匀造成密封槽无法很好地限位O形密封圈，进而造成密封圈鼓出并在随后的运行中出现泄漏缺陷。

3） 新旧板片出现的磨蚀情况，原因主要是海水侧夹带的硬质外来物（例如贝壳、海蛎子等）对板片进口通道及分配区产生的冲击磨损，同时不排除最初清理海水通道内的杂物使用钢丝刷对换热板的损坏，之后规定禁止使用钢丝刷进行板式热交换器海水通道的清理。

4） 新板片直长段长裂纹的产生是由于换热器在解体后回装时新旧板片混装，而旧板已稍微变形，如此组装的结果使得换热板间搭接更加不实（裂纹板片背后的搭接点越靠近裂纹处越模糊甚至不可见，由此可判断换热板之间搭接不实），使得此局部位置处于变化作用力的直接作用下，导致板片短时间裂开。

5） 该板式热交换器是真空泵本身配套附属设备，是真空泵厂家委托Alfa Lava厂家设计生产，以至于现场1号、2号机组的该板式热交换器也有所差别，例如2号机组的该板式热交换器框架板4个流体通道就没有框架板防腐蚀的橡胶衬环，而1号机组是配套的；所以2号机组的3台换热器是在出现泄漏缺陷，并解体换热器时才发现与1号机组的该换热器配置有区别，缺少防腐蚀的橡胶衬环，以至于在采购的防腐蚀橡胶衬环到货前又出现了几次框架板流体通道腐蚀造成换热器泄漏的缺陷。

6） 原设计该换热器框架板本身偏薄，厚度仅为20 mm，所以在出现流体通道腐蚀后现场进行临时打磨补焊处理后造成框架板局部变形，后来该板式热交换器在解体后回装紧固时换热器出现扭曲变形，虽然按照设备检修程序进行了水压试验并且合格，但是由于该水压试验是静态试验，所以设备运行后在流体的连续动态作用下曾出现个别密封胶条逐步从密封槽挤出进而换热器外漏的缺陷。

7） 按照厂家提供的板式热交换器设计参数，海水侧的压力为0.5 MPa，海水侧流量为54.5 m3/h，但是实际现场测量［2］、检查后发现海水侧流量最大达到226 m3/h，海水侧的压力在现场海水管压力表显示为0.6～0.64 MPa，除盐水侧的压力为0.15 MPa，所以海水侧超设计值大流量的冲刷以及换热板两侧达0.45～0.49 MPa的压差造成只有0.4 mm厚的换热板多次出现缺口、穿孔等缺陷。

8） 在解体清洗换热板时发现部分换热板海水侧通道边缘处磨损较严重（见图5），经分析认为主要原因是工作人员在紧固换热板片时由于不均匀或者紧固力矩不到位，造成换热板间接触不牢靠，进而在换热板两侧流体的连续动态冲刷中造成换热板不断振动摩擦，长时间的磨损就会造成换热板局部位置磨损进而穿孔泄漏。

图5　换热板磨损Fig.5　The wear of the heat plate

4　缺陷处理及改进措施

1） 在出现换热板泄漏缺陷后及时进行原因分析，并使用备件更换了缺陷换热板，在2号机组出现密封胶条泄漏时及时联系换热器厂家技术人员，在得到许可的情况下适当增大换热板间的紧固力矩。

2） 对框架板流体通道由于设计缺陷没有配套防腐蚀的橡胶衬环而造成腐蚀的情况，及时进行打磨补焊并且临时涂抹防腐涂料处理，而且及时提出橡胶衬环、换热板、框架板等备件的采购需求。

3） 在由于换热器框架板多次补焊变形造成换热板紧固时扭曲变形的情况下，临时采取在框架板间增加金属条尽量减少换热板的紧固变形方法。

4） 为了及时分析确定换热板的缺陷原因，一方面联系换热器厂家人员到现场进行检查分析［1］，同时把具有代表性的缺陷换热板分别送往权威检测中心进行分析化验。

5） 该换热器已经连续运行多年，并且多次进行解体清洗，换热板的密封胶条弹性下降、换热板表面简单的水流清洗已经不能满足运行要求，所以规定定期把该板式换热器返回厂家进行换热板的查漏、定型、清洗、更换密封条等工作。

6） 为了从根本上解决进入换热器海水通道中的杂物，减少该板式热交换器的解体清洗频率，避免多次拆装造成换热板的变形以及密封质量下降，提出技改在进入该板式换热器海水通道上增加自动反冲洗过滤器，阻止海水中的异物进入换热器内，同时在系统中增加反冲洗管道。

7） 由于该板式换热器原设计的0.4 mm钛板本身机械强度低易变形，实际工作环境中板片两侧压差为0.45～0.49 MPa，且两侧流体压力存在波动（轻微但持续），海水侧异物较多需要拆开清洗等等以上条件使得换热板很容易受到机械损伤（变形，裂纹）。经过分析讨论以及根据设计院以及板式热交换器厂家的建议，把换热板厚度从0.4 mm提高到0.5 mm，并且在现场介质流量无法降低的实际情况下适当增加板片数量（同时考虑现场安装位置），降低流速达到保护换热板的作用，目前已经对整台换热器进行更换，包括前后框架板从原设计的19 mm增厚至40 mm，整台换热板数量从84张增加至90张，紧固螺栓从M16加粗至M24等，经过替代后该板式换热器截至目前运行良好。

8） 对所有工作人员进行技能培训，避免新旧换热板片/胶垫混装，严格保证压紧尺寸。

5　总结

真空泵轴封冷却系统板式热交换器的安全运行是保证凝汽器真空度的重要因素，虽然该换热器出现了不同类型的缺陷，但是经过认真分析缺陷原因，并及时采取纠正行动，较好地保证了设备的安全运行，同时也对以后的维修工作提供了宝贵的经验。

［1］ 阿法拉伐.田湾核电站M10B型板式换热器缺陷研究报告［R］. 2008.（Alfa Laval Lund AB， Failure Investigation of M10B-plates in Ti at Tianwan NPP［R］. 2008. ）

［2］ 魏建军.MAJ板式换热器流量现场测量报告［R］. 2008. （WEI Jian-jun. Report for the Flow Measurement of Plate Heat Exchanger MAJ［R］. 2008.）

The Plate Heat Exchanger Defect Analysis and Improvement Measures

YAN Wei-feng
（Jiangsu Nuclear Power Corporation， Lianyungang， Jiangsu Prov. 222042， China）

M10-BFML type plate heat exchangers used in vacuum pump shaft seal cooling system have different types of defects during plant operation in Tianwan nuclear power plant，including the frame plate corrosion， heat exchange plate crack， and perforation. It seriously affected the normal and stable operation of the heat exchanger. To find the causes， it is very important to study the countermeasures. After careful analysis of the causes of each type of defect， corresponding improvement measures are taken. Now all kinds of defects have been eliminated， and the plate heat exchangers are in normal operation. The succession of the defects solution has provided valuable experience for future maintenance work.

plate heat exchanger； defects analysis

TM623 Article character：A Article ID：1674-1617（2016）03-0237-04

TM623

A

1674-1617（2016）03-0237-04

2016-04-18

严巍峰（1976—），男，陕西人，高级工程师，学士，从事核电厂维修管理工作。