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核电厂硼加热系统备用伴热缆异常投运原因分析

来源:www.chems4you.com作者:吴林飞,陈铁华发表时间:2018-03-23 13:53:23

 摘 要:介绍了秦二厂3/4#机组硼加热系统的作用,并对主控室长期存在的硼加热系统相关报警原因进行分析,结合理论设计核对了现场伴热缆的选型情况;依据现场设备布置情况而制定了相应的解决方案,而且通过试验和长期跟踪较好地解决了8RRB301AA因设计布置等原因造成的故障,为其他同类故障的处理指明了方向。

 
1硼加热系统工作原理及设计控制原则简介
1.1硼加热系统工作原理
        硼加热系统(RRB)用来对硼溶液流过的管道、阀门和泵进行伴热,以维持流体循环,防止硼酸结晶。硼加热系统是具有正常和备用两个回路的冗余系统;正常回路连续运行,备用回路仅在正常回路出现故障时投入运行,以维持所要求的工艺流体温度。正常回路和备用回路间是实体分隔的,每个加热回路都装有两个热电偶,一个送到正常控制回路,另一个送到备用控制回路。
 
1.2设计控制原则
        在正常运行工况下,硼加热系统始终投入运行,硼酸管线利用伴热回路进行加热。硼加热系统控制柜内的温控模块控制伴热缆的启停,当管道表面温度达到高整定值时,温控器切断电源,伴热缆停运;当管道温度降低到低整定值时,温控器接通电源,加热元件通电运行。
 
2硼加热系统运行现状及故障简介
        按照设计要求,当硼加热系统的备用伴热缆应急切入时,主控室会触发相应的报警。目前,主控室存在的因备用应急切入导致的报警包括3RRB998AA、3RRB450AA、4RRB998AA、4RRB450AA、8RRB301AA。正常情况下,当现场设备进行特定操作,导致部分含硼管道温度低于备用伴热缆启动定值时,对应的硼加热系统报警会短时触发,操纵员可通过现场操作记录明确报警原因,并实施相应的干预措施。
 
        部分备用伴热缆由于非运行操作的原因而导致长期处于备用投入的状态,多个“应急切入”信号叠加,主控室报警触发频繁,影响操纵员的分析判断。其中,8RRB301AA表现出的现象较为典型,故障原因涵盖面广,对于分析硼加热系统备用伴热缆应急切入的问题具有代表性,故下面将针对8RRB301AA产生的原因进行分析,并提出相应的处理措施。根据逻辑图分析确认8RRB301AA报警的原因为备用回路8RRB801-803AR、8RRB201AR应急切入。
 
3伴热缆备用回路投入的原因分析
        按照安装技术说明要求,结合现场实际工况,对投运的相关备用伴热缆进行逐一检查和分析。
 
3.1伴热缆设计不符合现场要求
        由于现场管道布置的复杂性,管道安装包含了保温层、管卡扣件、导热胶泥、不锈钢网板,因此在故障原因不明的情况下直接拆除保温进行检查的工作量较大。为避免检查工作的重复进行,先测量投运的备用伴热缆直阻、对地绝缘,并进行现场校验,结果均显示合格;然后在不拆保温的情况下对问题伴热缆的设计进行核算,以确定是否因为选型不合适而导致备用伴热缆不定期投运。
 
3.2特定运行工况导致的备用投入
        对于8RRB834RS(8TEU020PO加热排水管),8TEU020PO用于将浓缩液送至TES001BA,因为浓缩液硼浓度大于40000ppm,为了防止浓缩液泵产生硼结晶,通过电加热器002RE引入机械密封急冷水量(0.06m3/h),引漏水通过排水管排走;而该管道上的伴热缆便通过监测管道温度来跟踪机械密封水温度,以确保不因温度过低而造成机封处产生硼结晶。现场检查发现该路加热器未投运,而后投运后温度恢复到60℃以上,备用回路退出运行。
 
3.3参数设定与设计不符
        对于8RRB830RS(管号8TEP076),现场检查时发现该管道由于房间布置的缘故,其保温层被踩踏导致保温厚度不均匀,同时定期性检修工作需拆装保温,使得管道与保温棉有很大的孔洞间隙,导致保温安装工艺不能满足规范要求;温度探头未贴紧管道壁,不能实时监测实际温度;在重新更换保温,调整探头位置后温度仍无法达到伴热缆停运值。而后仪控检查发现管道伴热缆启停温度定值设定错误,正常启停温度应为37℃启,42℃停,而现场设定值为55~60℃,此伴热缆功率约为14W/m,无法加热到55℃以上,因此导致现场备用伴热缆长期投运。现场重新修正定值(37℃启,42℃停)后观察伴热缆加热情况,热电偶探测温度为45℃,备用回路退出运行。
 
3.4现场环境与设计条件存在差异
        对于8RRB831RS(管号8TEU314),正常运行情况下备用回路不投入,此取样管道8TEU314与密闭的取样箱8TEU002ED相连。该取样箱设置排风管道,并有独立的排风风机以保证取样箱内的负压环境,防止取样时放射性气溶胶释放至厂房。根据操作文件,取样时需先启动该排风机,但取样箱内空气流速加快导致箱内温度下降,从而加大了取样管边界的散热功率,导致取样管上的备用回路投入运行,并在取样结束后恢复管道温度,备用回路退出运行。检查发现8TEP005FI与8TEP314VB之间管道贯穿墙体,管道穿墙部分有空隙,空气对流剧烈。于是初步认为剧烈的空气对流是影响伴热效果的主要因素。而后对此空隙进行密封处理,但该伴热缆(8RRB806RS)所在管道温度未见明显升高,备用回路仍然是长期投运。检查现场房间管线发现,005FI房间内设置了DVN送排风管道,在该房间内形成较大的空气对流。由于核电厂的特殊性,部分设备涉及到放射性问题,因此这类管道房间都会设置通风管道,以防止放射性气溶胶在房间内聚集。按照伴热缆设计原则,伴热缆的工作环境不考虑风速的影响。为了确定通风条件对伴热缆所在管道温度的影响,对比了该房间通风投入和关闭两种工况下的相关参数。对比结果显示通风关闭期间,TEP512管道的温度明显上升,备用回路退出运行;而通风恢复后,该管道温度下降至35℃左右,备用回路持续投入。由此可知,此类伴热缆功率核算时,应考虑房间通风对伴热效果的影响,适当提高加热功率,以补偿空气对流所产生的热量损失。在确定了风速的影响因素后,决定对该段伴热缆进行功率提升以补偿风速影响造成的散热损失。伴热缆型号为2XA08,电压等级为24V,下一级电压为46V,L0为3.7m,Rmin为4.5Ω/m,则单位长度最大加热功率为:
20180323135433.jpg
        经计算,最大单位加热功率不大于75W/m,满足设计要求。由此可知,通过提升电压,温度提升至40℃左右,备用回路退出运行。
 
3.5现场安装不规范
        为了保证硼加热系统相关设备能实现设计功能,伴热缆和热电偶的安装必须满足一定的规范要求。现场检查后发现,安装不规范导致备用应急切入的原因为安装位置不合理而无法探测实际温度、保温棉被踩踏导致厚度减少而无法达到保温效果及热电偶探头裸露。
 
3.5.1热电偶布置不合理
        8RRB201RS(管号8REA001)投入原因分析:在8REA005BA制硼罐向8REA硼酸罐传输时,按照典操制硼,要求温度加热至约为40℃,传硼时流入8REA001管道内的硼酸使管道温度迅速下降,并达低整定值,使得主用/备用回路均投运,开始加热管道。传硼结束后,伴热缆加热温度始终未达到停运值57℃,8REA005BA在正常运行情况下属于空罐状态,导致REA001管道一端长时间有热量丧失。而在拆开保温后发现热电偶探头安装在8REA180VB和8REA005BA之间,但RRB设备安装技术说明书中明确规定了热电偶应安置于直管段中间位置,不要安置于支架或阀门附近(测点位置离阀门的焊点或法兰的距离一般不能小于100mm)。根据规定将此热电偶移动到180VB和181VB之间,恢复保温后观察,温度恢复到57℃以上,备用回路退出运行。
 
        8RRB206RS与8RRB207RS温差大及投入原因分析:8RRB206RS与8RRB207RS在型号和功率等都相同的前提下温度相差了近20℃,且8RRB207RS因007MTL监测温度稍低于停运值57℃而长期投运。打开2根管道保温后,发现8RRB206RS的热电偶探头安装位置靠近正常回路伴热缆,导致测温探头所测温度为伴热缆本身加热温度,而不是实际管道温度;而8RRB207RS的热电偶探头安装在了编织网外,导致探头未能紧贴管道壁监测实际温度,根据安装技术说明铁丝网要在热电偶和伴热缆安装固定后再进行敷设包围。通过重新敷设回装保温后,2根伴热缆均退出运行,温度也恢复到60℃左右。
 
3.5.2保温棉厚度偏薄
        8RRB203RS(管号8REA005)投入原因分析:在检查和规范了热电偶及伴热缆安装后,发现温度仍稍低于备用回路的停运温度。其主要原因为8REA005管道是8REA001管道的分支,其一端从8REA005BA与8REA180VB之间管段引出,导致一端为冷源,散热量较大,加上定期性检修工作需要拆装保温,使管道与保温棉有很大的孔洞间隙,造成保温安装工艺上不能满足规范要求,更关键的是管道保温棉厚度未达要求的40mm。理论上,解决该问题的方法可从提高伴热缆功率或减小散热功率来考虑。根据设备资料可知,伴热缆加热功率应限制在75W/m以下,以避免伴热缆功率超过限值而导致设备使用寿命大幅缩短;而减小散热功率的方案相对易于实现,增加保温棉的厚度能相应减少散热损失。方案实施后,经过一段时间的跟踪观察,发现温度持续稳定在60℃左右,备用回路退出运行。
 
3.5.3热电偶探头裸露
        8RRB836RS(管号8TEU950)投入原因分析:拆开此管段保温层发现8RRB836RS备用回路投入的主要原因是探头安装不合理,裸露于编织网外部;温度探头感温部分没有贴紧管壁,离管壁距离大,而且没有按照规范要求涂铺导热胶泥;管线保温层以前多次拆装处理过,导致管线干瘪,保温棉压实使得与管道未能紧密贴合而产生间隙,隔热效果大幅降低。在按规范要求重新布置安装探头,敷设导热胶泥,更换保温层后,备用回路退出运行。
 
4结语
        本文针对硼加热系统备用回路应急切入展开了分析,结合现场实际工况确定了备用回路应急切入的原因。通过研究发现,导致硼加热系统备用伴热缆应急切入的原因主要是伴热缆设计不符合现场要求、特定运行工况导致的备用投入、参数设置与设计要求不符、现场环境与设计条件存在差异及安装方式不规范。

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