国产蒸汽发生器堵板性能试验研究

国产蒸汽发生器堵板性能试验研究

田昌润

国电投核电技术服务有限公司，山东 海阳 265100

摘要：本文介绍了国产蒸汽发生器堵板的性能测试试验，通过对国产堵板的装拆性能、密封性能、失效应对性能等进行测试，肯定了国产堵板的优点，也发现了国产堵板的不足。笔者针对不足进行分析并提出了改进建议，希望能为国产堵板后续的改进和推广提供参考。

关键词：核电站 蒸汽发生器  堵板  国产化 试验

Research and test ondomesticsteam generator nozzle dam

Tian Changrun

（Shandong Nuclear Power Plant，265100，Haiyang，Shandong）

Abstract：This article presents tests on localized steam generator nozzle dam about disassembling performance,sealing performance and failure-response performance.Through the tests we confirmed the advantages of localized steam generator nozzle dam,but also found disadvantages at the same time.The author analyzed the disadvantages and put forward improvement suggestions, hoping to provide references for the subsequent improvement and promotion of localized steam generator nozzle dam.

Key words: nuclear power plants；steam generator；nozzle dam；localization；tests

1 引言

蒸汽发生器堵板是核电站必备的检修专用工具，在机组停堆换料期间使用，可以隔离蒸发器下封头与压力容器，使蒸发器传热管涡流检查与燃料更换同期开展，缩短大修工期，同时作为蒸发器与压力容器和主泵间的硬质屏障，防止异物进入一次侧主管道，保障压力容器和主泵的安全。笔者所在电厂使用的堵板采用“啮合＋锁紧板”结构[1]，如下图1所示，相比二代加核电，省去了拆装螺栓的环节，缩短了堵板装拆时间，减少了人员辐射剂量，属于比较先进的堵板技术。但该堵板技术为美国引进，使用中出现了采购费用过高、供货周期长、产品力不稳定等问题，堵板国产化的必要性日益凸显。

目前国内已对该堵板进行了国产研发，但还没有实际应用案例，国产堵板的实用性能尚未得到验证，推广仍然存在困难。笔者从使用者角度对国产堵板进行测试，分析国产堵板优劣点并提出改进建议，为国产堵板的改进推广提供参考。

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图1  蒸汽发生器堵板

2 堵板结构与原理

蒸发器堵板采用充气气囊进行密封，气囊充气后膨胀，气囊密封线与管嘴内壁紧密接触，密封线与管壁之间的摩擦力克服换料水池水压，阻止一回路水流出从而实现密封。进口堵板密封由三段密封组成，第一段是靠近压力容器侧的湿密封，第二段是位于中间的干密封，第三段是最外面靠近蒸汽发生器传热管侧的非能动密封，如下图2所示，每段密封都可以独立实现密封功能。国产气囊与进口气囊结构不同，国产气囊三道密封均采用充气密封结构，多道冗余密封保证密封性能。如下图3所示。

图2 进口堵板密封

图3 国产堵板密封

3 堵板性能测试试验与结果分析

蒸发器堵板性能测试试验是在管嘴堵板试验台架上进行，笔者设计的试验流程为

3.1 堵板拆、装试验

根据堵板规格书要求，管嘴堵板可由单人完成折叠、平铺、安装、拆卸等工作，且拆装时间不大于60s，拆装过程中无卡阻现象。本次试验中，将堵板折叠、平铺10次后，通过模拟现场1:1人孔口径的管口出入，确认能顺利通过该人孔最小处；后将堵板安装于1:1试验台管口，旋转至指定位置后，再将锁紧卡扣与试验台架锁紧；拆卸时，松开锁紧卡扣，再旋转堵板至指定位置后将堵板移除。

经过对国产和进口堵板进行试验，试验结果如下表1所示。

表1 堵板拆、装试验结果

根据实验结果，国产堵板与进口堵板均能在规格书规定时间内完成拆装，但国产气囊速度慢、有卡涩，且折叠平铺较费力，折叠后气囊形变较大。

对于拆装有卡涩的不足，经测量堵板尺寸，结果如下表所示。

由测量结果可以看出，国产堵板外径尺寸明显大于进口堵板，导致堵板与管壁的间隙偏小，堵板在旋转时摩擦管壁，拆装时旋转困难。因此笔者提出了缩小堵板尺寸的建议，被采纳后将堵板直径缩减到652mm，经过再次拆装试验，堵板旋转阻力明显减小，堵板拆装困难的缺陷消除。同时对尺寸缩减后的堵板再次进行密封试验，密封性能不受影响。

对于折叠平铺较费力，折叠后气囊形变较大的不足，经查询试验记录[2]，堵板物理性能如下表所示。

由试验结果可以看出，堵板硬度较软，但弹性较大，同时气囊壁厚较大，是导致堵板折叠平铺较困难的原因。

3.2 临界密封试验

国产堵板安装至试验台架后，湿室密封、干室密封充气压力P01=0.4MPa，干室①密封充气压力P02=0.3MPa，检测室充气压力Pc=0.05MPa，在270KPa水压下（干室①密封为137KPa），检查密封是否存在泄漏情况，如无泄漏，则进行减压操作，如存在泄漏，则进行增压操作，最终确定密封临界值P1，在P1基础上按照制造经验取一安全系数（一般1.2倍）后得出最终充气压力值P。经过试验，试验结果如下表2所示。

表2 临界密封试验结果

根据实验结果，国产气囊与进口气囊P值接近，说明国产与进口堵板密封性能接近，同时国产气囊P1与P之间较大的差值，可以给电厂应用留下较大的容错空间和响应时间。

3.3 正常水压（90KPa）和验证水压（270KPa）密封试验

国产堵板安装至试验台架后，依次对堵板气囊三道密封进行水压试验：

a)整体密封试验：湿室密封、干室密封、干室①密封充气至P值，在90KPa正常水压下保压1小时，堵板整体无泄漏即为合格；

b)单道密封试验：先后对湿室密封、干室密封和干室①密封充气至P值，在90KPa正常水压下保压1小时，单道密封无泄漏为合格。

验证水压试验与正常水压试验流程相同，但是密封水压力为270KPa（干室①密封为137KPa）。经过试验，试验结果如下表3所示。

表3 正常水压和验证水压密封试验

根据实验结果，国产堵板在正常水压和验证水压下，保压60分钟均无渗漏现象，证明了国产堵板良好的密封性能。

3.4 失效密封试验

国产堵板安装至试验台架后，水压充至270KPa，模拟湿室密封突然失效，观察干室密封和干室①密封情况，然后模拟干室密封突然失效，观察干室①密封情况。经过试验，结果如下表4所示。

表4 失效密封试验

结果分析：国产堵板单个密封的失效不影响其他密封的性能，验证了三道密封实现密封的独立性，符合技术规格书要求。

3.5 超压强度试验

国产堵板安装至试验台架后，湿室密封、干室密封充压至0.8MPa，干室①密封充压至0.3MPa，保压一小时，检查三道密封有无永久变形或损坏。经过试验，试验结果如下表5所示。

表5 超压强度试验

根据实验结果，国产堵板承受0.80MPa的超设计压力不发生损坏，证明了国产堵板优异的耐压强度。

3.6 长效密封试验

国产堵板安装至试验台架后，湿室密封、干室密封充气至0.40MPa，干室①密封充气至0.30MPa，在270KPa水压下保持15天，堵板整体无泄漏即为合格。经过试验，试验结果如下表6所示。

表6 长效密封试验

根据实验结果，国产堵板能够在15天甚至更长时间内保持密封性能。

4 堵板性能优劣分析及改进建议

通过堵板性能试验，并查找资料，和国产堵板与进口堵板优劣点总结如下：

对于国产堵板拆装困难的不足，经测量堵板尺寸，结果如下：

由上表可以看出，国产堵板外径尺寸明显大于进口堵板，导致堵板与管壁的间隙偏小，堵板在旋转时摩擦管壁，拆装时旋转困难。因此笔者提出了缩小堵板尺寸的建议，被采纳后将堵板直径缩减到652mm，经过再次拆装试验，堵板旋转阻力明显减小，堵板拆装困难的缺陷消除。同时对尺寸缩减后的堵板再次进行密封试验，密封性能不受影响。

对于国产堵板没有非能动密封的不足，国产堵板在主、辅气源都失效的极端情况下仍然存在泄漏可能，虽然可能性非常小，但后果是不能承受的，建议堵板厂家加强对非能动密封技术的研究，在后续的堵板产品中应用非能动密封。

5 结语

经过多年的研究、开发，国内厂家不断取得技术突破，生产的堵板已经具备了实用性能，虽然仍然存在不足，但随着使用方参与的增多，“研发-试验-实践-反馈-优化”的闭环机制发挥作用，国产堵板各项性能指标将更加均衡完善，国产厂家将生产出质量更优的产品。硬度、强度、密封性能、老化性能、操作便利性、尺寸、重量、气囊厚度

参考文献

[1]卢净，三门核电＃1机组蒸汽发生器堵板技术特点，华电技术

[2]李娜，三代非能动核电厂蒸汽发生器堵板样机研制报告，陕西特种橡胶制品有限公司

第一作者简历：

田昌润（1986-），男，毕业于山东大学热能与动力工程专业，工程师，从事核岛压力容器、热交换器等方面的检修工作。