核电站冷源板式换热器冷热侧热负荷偏差高问题分析与处理

(广西防城港核电有限公司 广西 防城港 538001)

引言

CPR1000型核电机组中，设备冷却水系统(Component Cooling，简称RRI)板式换热器的作用是将RRI系统从核岛中收集的热量传递给重要厂用水系统(Essential Service Water，简称SEC，其为海水)，并由SEC系统将加热过的海水排入大海，是CPR1000核电厂最终热阱。RRI/SEC热交换器传热能力的验证是定期试验必须检验的安全准则之一。西南某核电厂RRI板式换热器在执行RRI/SEC热交换器效率试验时部分试验结果出现冷热侧热负荷偏差大于国标《GB/T 27698.3-2011》要求的±5%。

本文通过对此问题的现场分析研究，解决问题后，梳理出遇到此问题后的处理思路，为同类型换热器的类似问题提供处理建议，以便缩小同类型问题的分析处理时间。

一、背景

(一)事件背景

对于板式热交换器，国标明确要求，其冷热侧热负荷相对误差不大于±5%时方可进行试验。

而某核电在执行RRI/SEC热交换器效率试验时，部分试验出现了冷热侧热负荷偏差大于5%的情况。

具体试验数据如下：

表1 热负荷偏差统计数据

(二)RRI/SEC热交换器试验原理

试验原理如图1所示。

图1 换热器工作原理示意图

其中

Te：RRI侧进口温度(RRI001YT或RRI002YT)

Ts：RRI侧出口温度(RRI003/005YT平均值或RRI004/006YT平均值)

te：SEC侧进口温度(SEC001MT或SEC002MT)

tS：SEC侧出口温度(SEC003/005YT平均值或SEC004/006YT平均值)

W1：热侧热负荷W1=[QRRI×CP.RRI(Te-Ts)]÷3.6(QRRI测点为RRI001/002MD)

W2：冷侧热负荷W2=[QSEC×CP.SEC(ts-te)]÷3.6(QSEC测点为SEC001/002MD)

CPRRI：RRI水比热：4180J/kg·℃

CPSEC：SEC水(海水)比热：4020J/kg·℃

实现方式如下：

图2 RRI/SEC热交换器效率试验实现方式

相应试验的验收安全准则为：

在试验条件下，计算得到的传热能力KS值必须大于或等于理论传热能力(试验条件下)，即：KS≥6.4MW/℃；换热器SEC侧压降ΔPc<3.55bar。

(三)问题分析与解决方案

根据RRI/SEC热交换器效率试验原理及实现方式，专业由简到难逐步排查原因相关排查情况如下。

表2 排查项目与排查情况

现分别对排查异常情况进行说明。

1.测温套筒内窥镜检查

原测温套筒材质为304不锈钢，其作用是传递热量并为测量仪表提供一个良好的测量环境。专业现场检查SEC侧温度探头时发现温度探头上有锈迹，且有一定的结晶，探头取出后套管有空气吸入现象(现场管道虹吸现象)，故专业初步怀疑温度套管泄漏，这使得原先非接触式测量可能变为直接接触介质的测量方式，导致其测量结果产生一定偏差。采用小直径探头内窥镜检查测温套筒内部，发现部分套筒内部存在不同程度锈蚀。

在确认SEC(海水侧)温度套筒泄漏后，电厂决策对原套筒进行拆除更换。更换为抵抗海水腐蚀性能更好的哈C合金，消除海水温度泄漏对温度测量的影响。

2.在线流量、温度仪表准确性检查

海水流量测量仪表SEC001/002MD采用固定式超声波体积流量计，经过与便携式超声波流量计比对，其偏差较小，在设计精度要求范围内。RRI除盐水流量测量仪表RRI001/002MD为孔板加差压变送器，经对现场引压管线及差压变送器进行检查校验，确认RRI流量测量无明显异常。

海水入口温度SEC001/002MT精度为A级，四线制接线，误差需满足±|0.15+0.002t|。专业对该仪表执行绝缘连续性检查、通道检查，其结果如表3所示，其绝缘与连续性符合程序要求。

表3 SECMT绝缘连续性检查

计量检定规程JJG229-2010《工业铂铜热电阻检定规程》规定，PT100工业铂电阻只需对其在0℃、100℃进行检定，若其与标准铂电阻的偏差满足A级铂电阻验收标准，则可判定该传感器精度合格。遂对其仪表检定证书进行了核查，核查结果其0℃、100℃符合A级要求。

表7 SEC001/002MT检定证书

但根据此西南海域海水水文条件，海水入口温度常工作温度范围为20-40℃，为验证SEC001/002MT探头在常用工作范围内是否符合A级要求，对其进行了加点计量检定。检定需求中除0、100℃两个检定点外，新增20、40、60℃，其检定数据如下：

图9 SEC001/002MT分段检定证书

SEC001MT传感器在40、60℃检定点数据超差，0、20、100℃检定点数据均较为接近误差限值，SEC002MT传感器在20、40℃点数据超差，其它检定点数据也接近误差上限值。

发现SEC001/002MT探头检定超差后，现场更换为两根合格的、偏差更小的PT100探头，回装后重新试验， 两列RRI/SEC热负荷偏差分别由12%下降至4%左右和9%下降至4%左右。

三、根本原因及处理方案

现场排查工作主要从测量仪表和系统设备偏差两个方面进行。前期长时间排查尽管发现了诸如变送器参数被修改、YT传感器检定超差、KME计算参数设置错误等异常问题，但在异常问题处理完后，并未从根本上解决RRI/SEC冷热侧热负荷偏差大的问题。

(一)根本原因及促成因素

SEC MT传感器进行检定时，增加了部分检定温度点，检定数据表明在工作温度范围内(20-40℃)传感器测量值相较标准值偏高或超出A级铂电阻允许的最大误差，这将使得SEC入口温度值相较实际温度值偏低，即SEC侧温差减小，SEC侧热量值将偏小，换热器RRI、SEC热负荷偏差增大。海水进口温度测量传感器SEC001/002MT在运行工况温度范围内偏差过大，测量系统未对测量数据进行必要的修正是导致RRI/SEC换热器冷热侧热负荷偏差过大的根本原因。

另外，在问题发现之初， RRI/SEC B列热负荷偏差高达32.7%，排查过程中发现RRI002YT、SEC006YT检定数据超标，仪表精度不合格。通过更换不合格仪表，热负荷偏差有了较大幅度下降，但仍超国标要求的△Wm≤±5%的限值。现场仪表精度不满足试验要求是导致现场热负荷偏差超限的重要促成因素。

(二)处理方案

针对换热器SEC侧海水入口温度传感器测量偏差过大或检定超差的问题，专业通过更换符合A级精度等级且偏差较小的传感器备件解决了RRI/SEC换热器效率试验热负荷偏差大问题。若无合适PT100探头更换，可参照计量检定证书使用KME系统PT100传感器校正功能减少SEC MT的测量偏差，从而保证测量准确(参见表4)。

表4 探头校正表

五、总结

经过对西南某核电厂RRI/SEC板式热交换器冷热侧热负荷偏差问题的处理与分析发现，当其热负荷偏差超过国标要求的±5%时，应优先检查现场各温度测点仪表测量是否准确。对于PT100探头，检定规范虽仅规定对0℃、100℃进行检定，但仍可能在运行工况温度范围内超过检定规范要求的情况，故检定建议在各探头常用温度区间内加点，确保常用温度范围测准确。同时按照计量检定结果，对温度探头数据进行线性校正，也能使得测量更加准确，从而解决板式换热器冷热侧热负荷偏差问题。