在役核电厂稳压器电加热器更换技术的工艺改进与应用

闫永巍，郑孝纲

(中广核核电运营有限公司，广东深圳518124)

1 引言

稳压器是压水堆核电站的关键设备之一,主要起维持系统压力的作用。目前,多数压水堆核电站稳定运行的系统压力在1 5.4MPa左右,一旦偏离设计压力就可能导致严重的事故。目前，核电厂稳压器电加热器的寿命普遍要低于反应堆的设计寿命，这意味着在反应堆运行的寿期内，会出现稳压器电加热器故障的问题，必然会对故障电加热器进行更换检修[1]。本文简要介绍近期电加热器故障的案例，列举出目前加热器更换的检修工艺及不足，提出了工艺改进措施，顺利完成在役核电厂电加热器的更换工作，希望有一定的借鉴意义。

2 电加热器故障案例分析

2.1 近期典型电加热器故障案例

2012年5月，美国Fort Calhoun核电站1#机组稳压器26#电加热器套管破裂，造成反应堆冷却剂系统（RCS）压力边界损失。按照规定，电厂向核管会上报了该事故。分析表明该电加热器套管破裂根本原因是由于加热器护套在制造过程中在其外表面产生较高残余拉应力。

2017年1月，中广核某核电厂小修检查发现63#加热器及2#备用加热器绝缘均为0.2MΩ，不满足程序要求 (程序标准：＞50MΩ)。小修期间对63#加热器，使用备用电加热器4#替代。经指挥部讨论决策，2018年3月在大修期间对2#和63#电加热器按原设备制造方案进行更换(EOMM推荐方案)，即原焊接接头形式不发生改变。

2.2 电加热器故障的原因分析

稳压器电加热器的故障主要集中在加热器套管、焊缝和电气故障等，其故障的主要原因和处理措施见表1。因此，电加热器的更换和重新焊接套管是解决电加热器故障的重要手段，选择最合适的更换工艺是解决加热器多种模式失效的关键。

3 电加热器常用更换工艺概述及不足

3.1 电加热器常用更换工艺概述

根据RESM标准内容，更换电加热器工艺过程如下：①开工见证件的焊接及无损检测；②拆除防火保护装置和房间门；③搭设R488房间内脚手架和SAS；④拆除故障加热器的电缆和散热片；⑤切割故障加热器及旧加热器处理；⑥套管坡口加工及无损检测；⑦交班见证件的焊接及无损检测；⑧停运EBA/EVC/EVR系统、停运一回路开口点的SAS风机；⑨新加热器的安装、焊接；⑩焊缝的无损检测、新加热器的绝缘测量；散热片的回装、现场恢复；完工见证件的焊接及无损检测。

表1 稳压器电加热器故障主要原因和处理措施

3.2 常用更换工艺的不足

经过电加热器现场更换的实际验证，常用的更换工艺仍存在集体剂量过高、备件消耗量大、备件质量问题导致返工等问题，大致需改进之处如下：

①现场环境剂量率约1mSv/h，由于稳压器射线探伤、拆除散热片、切割故障加热器和焊接所要求的脚手架平台高度均不同，会出现服务人员多次调整脚手架高度的情况，首次现场更换时脚手架调整达10次，极大地增加了服务人员集体剂量。

②中广核某基地的大修中，由于电加热器备件的焊缝质量存在缺陷，导致焊后的无损检测不合格，被迫重新进行该根加热器的更换工作，在工期、成本和集体剂量方面造成了较大的损失。

③由于开工见证件和完工见证件焊接时，需要的套管备件数量较多，且套管的采购周期长、采购成本高，套管备件数量不足是目前面临的主要困难。

④在套管备件紧张的情况下，部分开工见证件或完工见证件焊接无法正常进行，那么在不违反规范的前提下，满足法规要求前提下，取消开工见证件或完工见证件的焊接，在减少套管使用量方面成效显著。

4 电加热器更换工艺的改进及分析

针对常用更换工艺中的不足之处，检修人员总结前期反馈，经过多次专题讨论和技术分析，进行了相应工艺改进，降低了人员集体剂量，提高了备件利用率，降低了成本，现场效果良好。

4.1 脚手架调整次数过多的改进

经过优化，稳压器在役检查工作与散热片的拆除工作共用1个脚手架平台；该平台的高度为：距离电加热器尾部约为1.5m，方便拆除散热片和在役检查的进行。

切割故障加热器和焊接工作共用1个脚手架平台，该平台的高度为：距离加热器焊缝约为1.7m，且在故障加热器的正下方加一块高约30cm的跳板。这样即能解决两项工作平台高度需求不一致的问题，又可减少调整次数，满足现场工作。最后，搭设脚手架平台过程中要求相关专业工作负责人务必现场验证，减少沟通失效导致的重复性工作。

通过上述三点的改进，在大修实施过程中，服务人员仅需调整一次脚手架，相比于最初的调整约10次，极大地降低了服务人员集体剂量。

4.2 加热器备件无损检测的优化

在某次大修中对25#电加热器进行更换，新加热器安装焊接后，射线检查发现，评片中电加热元件S3焊缝存在异常显示，S3焊缝是在电加热元件生产厂家完成焊接，且该S3焊缝属于一回路压力边界；经讨论决策实施重新更换25#电加热器。该次返工，增加人员集体剂量增加约3mSv.人，重做交班见证件增加了套管备件的使用量，以及增加了人力的投入。

在现场开工前增加一道工序：对电加热器的备件进行渗透检查和射线探伤。从源头上避免由于加热器备件本身的焊缝缺陷，造成返工等不必要的损失。

4.3 提高套管备件的利用率

由于套管的成本较高、采购周期长，且每次开工和完工见证件的套管需求量大(开工见证件需8根套管、交班见证件需2根套管，完工见证件需8根套管)，因此可以从备件重复利用的角度优化工艺。根据程序要求，焊接后的四对开工见证件，有两对做射线检测，有两对做理化试验，由于焊缝的热影响区仅为5mm左右，且射线检测对见证件无任何破坏。

因此有两对开工见证件的套管可以重复利用，仅通过切割工具、坡口工具将焊缝附近的热影响区切除并加工坡口即可。同理，有两对完工见证件套管可以重复利用，有一对交班见证件套管可重复利用。综上所述，通过该工艺的优化，套管备件的重复利用率为56%。

4.4 合理降低见证件的焊接频率

根据RSEM规范_1997版(2005修订版)中S7821条款，“对于属于使用同一工艺评定的对接环焊缝数量少于三个部件的维修操作，如果无损检验能保证焊缝的质量，除非营运单位特别要求的情况下，则不需焊接见证件，但是不管哪个现场，每10条焊缝每年至少焊接1个见证件[1]。”

因此在获得业主方允许的前提下，当焊缝数量少于三个，可以免做开工或完工见证件，可从根源上减少套管备件的使用量。

5 电加热器更换新工艺的现场应用

经过优化的更换工艺，通过大修中现场更换两根加热器的验证，效果良好，不仅项目的费用远低于国外公司的报价，而且更换后的电加热器射线探伤、绝缘检查一次性合格，未出现任何安全、质量和FME事件，获得大修指挥部的通报表扬。使用优化后的工艺进行电加热器更换，不仅为公司节约了大量的经费,更重要的是提高了电站的安全性能。