CN114295299B - 一种高温气冷堆蒸汽发生器螺旋传热管监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种高温气冷堆蒸汽发生器螺旋传热管监测方法，高温气冷堆蒸汽发生器制造完毕出厂前，利用传热管监测系统进行基础数据采集，建立基础数据库，确定减薄量评价标准；高温气冷堆蒸汽发生器安装后，建立在役检查监测大纲；机组投产运行后，根据监测大纲开展在役检查，利用传热管监测系统进行数据采集，将采集数据与基础数据进行比对，计算减薄量，对减薄量超出标准的管束进行堵管；根据监测大纲定期开展监测评价，直至设备退役。采取上述技术方案后，可以有效开展对高温气冷堆蒸汽发生器螺旋传热管进行全寿期监测，提前对减薄或泄漏的传热管进行干预，消除泄漏隐患，防止高温气冷堆核电站运行事故发生。
Description
技术领域
本发明涉及蒸汽发生器检修技术领域，尤其涉及一种高温气冷堆蒸汽发生器螺旋传热管监测方法。
背景技术
高温气冷堆核电机组蒸汽发生器，为直流螺旋管式传热管，直流螺旋管式传热管包括螺旋盘管、多弯头的出口连接管等复杂结构。相比压水堆蒸汽发生器U型传热管，高温气冷堆电站蒸汽发生器传热管检测难度大，目前国内外均没有较为成熟的蒸汽发生器传热管的检测系统和方法，原因主要体现在：
1)高温气冷堆蒸汽发生器传热管进出口连接管结构复杂，其中出口连接管最少有7处弯折，最多11处，传热管内径小，最小螺旋直径小，信号检测探头难以在传热管内部通过。
2)高温气冷堆蒸汽发生器传热管使用T22螺旋盘管，T22为铁磁性材料，需使用远场涡流检测，远场涡流探头前端结构复杂，很难通过弯曲半径较小的传热管。
3)使用体积检验方法对于高温气冷堆核电机组蒸汽发生器传热管实施检查挑战较大，目前无法有效实施。
蒸汽发生器在役期间，主要依靠氦净化系统氦气湿度在线监测，停堆后采用换热管氦检漏方法进行换热管组件整体或单根传热管泄漏检查，但无法实现对传热管减薄量的监测，给蒸汽发生器继续服役安全监测评价带来较大困难。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
鉴于传统方法不可达的情况，为了补充现有检查技术的不足，本发明提出一种高温气冷堆蒸汽发生器螺旋传热管监测方法，可实现蒸汽发生器传热管从设备制造到使用在役的全寿期监测，从而实现高温气冷堆蒸汽发生器螺旋传热管的有效监测，提高了高温气冷堆机组运行的安全性和可靠性。
本申请的一方面实施例提出一种高温气冷堆蒸汽发生器螺旋传热管监测方法，包括如下步骤：
S1，高温气冷堆蒸汽发生器制造完毕出厂前，利用传热管监测系统进行基础数据采集，建立基础数据库，确定减薄量评价标准；
S2，高温气冷堆蒸汽发生器安装后，建立在役检查监测大纲；
S3，机组投产运行后，根据监测大纲开展在役检查，利用传热管监测系统进行数据采集，将采集数据与基础数据进行比对，计算减薄量，对减薄量超出标准的管束进行堵管；
S4，根据监测大纲定期开展监测评价，直至设备退役。
在一些实施例中，所述传热管监测系统包括通过管线连接蒸汽发生器导气管的测量回路和抽真空回路，测量回路和抽真空回路之间相互并联。
在一些实施例中，所述测量回路上依次连接有第一针型阀、标准容器、第二针型阀和压缩空气瓶，标准容器连接于压缩空气瓶和蒸汽发生器导气管之间，标准容器上接有第一精密压力表；抽真空回路上依次连接有第三针型阀、缓冲罐、气动截止阀、涡流分子泵和氦质谱仪，缓冲罐连接于涡流分子泵和蒸汽发生器导气管之间，抽真空回路和测量回路并联后连接的主管线上接有第二精密压力表。
在一些实施例中，所述缓冲罐上接有压力变送器。
在一些实施例中，所述步骤S1和S3中，数据采集的方法为：
A1，判断待测传热管是否存在泄漏，若没有存在泄漏的情况下进入下一步；
A2，关闭测量回路，接通抽真空回路，启动涡流分子泵，对传热管抽真空，真空度抽至p1后，关闭气动截止阀，停运涡流分子泵，关闭第三针型阀；打开第二针型阀，压缩空气瓶对标准容器内补充压缩空气，将标准容器压力升至p2，关闭第二针型阀；静置待压力、温度稳定后，记录传热管束压力p3，记录标准容器的压力值p4；打开第一针型阀，静置待压力、温度稳定后，记录传热管束压力p5，记录标准容器的压力值p6；其中，p1、p3、p5由第二精密压力表读取，p2、p4、p6由第一精密压力表读取，通过测量得到标准容器气体体积V2和连接管路气体V3。
在一些实施例中，所述步骤A1中，判断传热管是否存在泄漏的方法为：
B1，传热管整体干燥后，在蒸汽发生器壳侧充入一定浓度的氦气；
B2，将待测的传热管进水端用管塞进行密封封堵，将传热管监测系统通过管线与传热管的导气管连接；
B3，关闭测量回路，接通抽真空回路，启动涡流分子泵，对传热管抽真空，根据氦质谱仪的检测结果判断传热管是否存在泄漏。
在一些实施例中，所述步骤A2中，通过先关闭第一针型阀，再打开气动截止阀和第三针型阀的操作顺序来关闭测量回路、接通抽真空回路。
在一些实施例中，所述步骤S1中，建立基础数据库的方法为：
根据测得的数据以及气体质量万能公式计算出传热管体积为：
V1＝((p4-p6)/V2+(p3-p5)/V3)/(p5-p3)，
重复A1-A2的方法，测量每个待测传热管的体积，建立蒸汽发生器传热管的体积基础数据库，并根据最大允许减薄量计算出每一根传热管的最大允许体积变化量δV数据库。
在一些实施例中，所述步骤S2中，建立在役检查监测大纲的方法为：建立“在役检查1、在役检查2、在役检查3、……、在役检查n”的在役检查计划。
本申请的另一方面实施例提出一种上述高温气冷堆蒸汽发生器螺旋传热管监测方法中所用到的传热管监测系统，包括通过管线连接蒸汽发生器导气管的测量回路和抽真空回路，测量回路和抽真空回路之间相互并联，测量回路上依次连接有第一针型阀、标准容器、第二针型阀和压缩空气瓶，标准容器连接于压缩空气瓶和蒸汽发生器导气管之间，标准容器上接有第一精密压力表；抽真空回路上依次连接有第三针型阀、缓冲罐、气动截止阀、涡流分子泵和氦质谱仪，缓冲罐连接于涡流分子泵和蒸汽发生器导气管之间，抽真空回路和测量回路并联后连接的主管线上接有第二精密压力表。
本发明的有益效果为：采取上述技术方案后，可以有效开展对高温气冷堆蒸汽发生器螺旋传热管进行全寿期监测，提前对减薄或泄漏的传热管进行干预，消除泄漏隐患，防止高温气冷堆核电站运行事故发生。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，
其中：
图1为现有技术中高温气冷堆蒸汽发生器传热管的结构示意图；
图2为图1中的导气管的结构示意图；
图3为图1中的螺旋传热管的结构示意图；
图4为图1中的进水管的结构示意图；
图5为本发明实施例中的高温气冷堆蒸汽发生器传热管全寿期减薄量的监测大纲流程图；
图6为本发明实施例中的高温气冷堆蒸汽发生器螺旋传热管监测系统工作状态下的示意图；
图7为本发明实施例中的高温气冷堆蒸汽发生器传热管的监测流程图；
附图标记：
1、涡流分子泵；2、气动截止阀；3、压力变送器；4、第二精密压力表；5、缓冲罐；6、第三针型阀；7、第一针型阀；8、第一精密压力表；9、标准容器；10、第二针型阀；11、导气管；12、螺旋传热管；13、进水管；14、蒸汽发生器本体；15、主管线；16、压缩空气瓶；17、氦质谱仪。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图描述本发明实施例的高温气冷堆蒸汽发生器螺旋传热管监测方法。
如图5-7所示，本申请的实施例提出一种高温气冷堆蒸汽发生器螺旋传热管监测方法，包括如下步骤：
1)首先，在高温气冷堆蒸汽发生器设计制造阶段，建立全寿期的监测体系；
2)高温气冷堆蒸汽发生器制造阶段同步开展传热管监测系统的设计、制造；
3)高温气冷堆蒸汽发生器制造完毕出厂前，利用传热管监测系统进行出厂基础数据采集，建立基础数据库，确定减薄量评价标准；
4)高温气冷堆蒸汽发生器安装后，建立在役检查监测大纲；
5)机组投产运行后，根据监测大纲开展在役检查，利用传热管监测系统进行数据采集，将采集数据与基础数据进行比对，根据数据比对结果，计算减薄量，识别超标数据；
6)对减薄量超出标准的管束进行堵管；
7)根据监测大纲定期开展监测评价，并根据堵管数量的情况开展设备退役评估，直至设备退役。
进一步的，步骤1)的监测体系，具备从设备出厂数据采集、在役监测数据采集、数据比对、结果判定、实施传热管堵管、评价退役的全过程。
进一步的，步骤2)的传热管监测系统，如图6所示，主要包括：涡流分子泵、标准容器、控制箱、阀门、仪表、压力变送器组件、管塞组件等部件组成。
进一步的，步骤5)的检测步骤，如图7所示，主要包括：传热管整体干燥、管束定位、管束抽真空、管束保压查漏、标准容器联通、压力静止稳定、数据采集、减薄量计算。
高温气冷堆蒸汽发生器传热管的工作原理，如图1-4所示，高温气冷堆蒸汽发生器传热管结构为导气管11、螺旋传热管12、进水管13组成，二回路主给水通过进水管13进入螺旋传热管12，经压力容器一回路高温氦气加热，转变为蒸汽后经导气管11从蒸汽发生器本体14流出。
上述方法所用到的传热管监测系统具体结构包括：通过管线连接蒸汽发生器导气管的测量回路和抽真空回路，测量回路和抽真空回路之间相互并联。如图6所示，测量回路上依次连接有第一针型阀7、标准容器9、第二针型阀10和压缩空气瓶16，标准容器连接于压缩空气瓶16和蒸汽发生器导气管之间，标准容器9上接有第一精密压力表8；抽真空回路上依次连接有第三针型阀6、缓冲罐5、气动截止阀2、涡流分子泵1和氦质谱仪17，缓冲罐连接于涡流分子泵1和蒸汽发生器导气管之间，缓冲罐上接有压力变送器。抽真空回路和测量回路并联后连接的主管线15上接有第二精密压力表4。
设备制造完成后开展出厂数据采集，具体包括如下步骤：
1)传热管整体干燥后，在蒸汽发生器壳侧充入一定浓度的氦气；
2)定位需要检测的传热管管束，将待测的传热管进水端用管塞进行密封封堵，将传热管监测系统通过管线与传热管的导气管连接；
3)将监测系统的涡流分子泵1后端与氦质谱仪17连接，将第二针型阀10后端与压缩空气瓶16相连；
4)关闭第一针型阀7，打开气动截止阀2和第三针型阀6，启动涡流分子泵1，通过抽真空回路对传热管进行抽真空；
5)确认氦质谱仪检测结果显示，判断传热管是否存在泄漏，并记录氦质谱仪检测结果，若没有存在泄漏的情况下进入下一步；
6)真空度抽至p1(读取第二精密压力表4)后，关闭气动截止阀2，停运涡流分子泵1，关闭第三针型阀6；
7)打开第二针型阀10，压缩空气瓶16对标准容器内补充压缩空气，将标准容器9压力升至p2(读取第一精密压力表8)，关闭第二针型阀10；
8)静置10分钟，待压力、温度稳定后，记录传热管束压力p3(读取第二精密压力表4)，记录标准容器9的压力值p4(读取第一精密压力表8)；
9)打开第一针型阀7，联通传热管管束与标准容器9；
10)静置10分钟，待压力、温度稳定后，记录传热管束压力p5(读取第二精密压力表4)，记录标准容器9的压力值p6(读取第一精密压力表8)。
11)根据气体质量万能公式：pV＝nRT＝mRT/M，得出m＝pV M/RT，
m为质量，单位Kg，
p为气体压强，单位pa，
V为气体体积，单位m3，
M为气体摩尔质量，
T＝273.15+t，t为气体温度，单位℃。
V1为传热管气体体积、V2为标准容器气体体积、V3为连接管路气体(V2、V3可测量得到，为已知)，
气体混合前：
传热管气体重量：m1＝p3V1M/RT，
标准容器气体重量：m2＝p4V2M/RT，
连接管路气体重量：m3＝p3V3M/RT，
气体混合后：
传热管气体重量：m4＝p5V1M/RT，
标准容器气体重量：m5＝p6V2M/RT，
连接管路气体重量：m6＝p5V3M/RT，
由于气体混合前后的质量相等，则m1+m2+m3＝m4+m5+m6，得出传热管体积：
V1＝((p4-p6)/V2+(p3-p5)/V3)/(p5-p3)，
重复上述测量方法，测量每个待测传热管的体积，建立蒸汽发生器传热管的体积基础数据库，并根据最大允许减薄量计算出每一根传热管的最大允许体积变化量δV数据库。
需要指出的是，p1和p2在实际操作过程中有个目标值，是为了使p3和p4更接近整数倍关系，更便于现场计算，不需要参与理论上的计算，所以虽然在公式中没有p1和p2的存在，但还是需要先对p1和p2进行读取。
传热管监测系统安装好后，建立在役检查监测大纲，如图5所示，建立“在役检查1、在役检查2、在役检查3、……、在役检查n”的在役检查计划。
机组投产运行后，根据监测大纲计划开展在役检查。根据上述的数据采集方法，采集每一次在役检查中传热管束的体积，并计算出相应的体积变化量，与最大允许体积变化量δV数据库进行对比。对减薄量超出标准的管束进行堵管。
根据监测大纲开展定期开展监督评价，直至设备退役。
在一些具体的实施例中，传热管干燥的方法有很多中，例如干燥的压缩空气吹扫、抽真空、加热等等，最优方式为抽真空和干燥的压缩空气吹扫交替开展的方式，对传热管内水分干燥的效果最好，干燥速度最快。需要指出的是，传热管需要先进行干燥再进行后面的步骤，是因为传热管内是通水的，进行干燥为了降低水分气化对抽真空效果的影响。
另外，本申请还单独保护一种上述高温气冷堆蒸汽发生器螺旋传热管监测方法中所用到的传热管监测系统，包括通过管线连接蒸汽发生器导气管的测量回路和抽真空回路，测量回路和抽真空回路之间相互并联。
在一些具体的实施例中，测量回路上依次连接有第一针型阀7、标准容器9、第二针型阀10和压缩空气瓶16，标准容器连接于压缩空气瓶16和蒸汽发生器导气管之间，标准容器9上接有第一精密压力表8；抽真空回路上依次连接有第三针型阀6、缓冲罐5、气动截止阀2、涡流分子泵1和氦质谱仪17，缓冲罐连接于涡流分子泵1和蒸汽发生器导气管之间，抽真空回路和测量回路并联后连接的主管线上接有第二精密压力表4。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (6)
1.一种高温气冷堆蒸汽发生器螺旋传热管监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，高温气冷堆蒸汽发生器制造完毕出厂前，利用传热管监测系统进行基础数据采集，建立基础数据库，确定减薄量评价标准；
S2，高温气冷堆蒸汽发生器安装后，建立在役检查监测大纲；
S3，机组投产运行后，根据监测大纲开展在役检查，利用传热管监测系统进行数据采集，获得每一次在役检查中传热管束的体积，并计算出相应的体积变化量，与最大允许体积变化量δV数据库进行对比，对减薄量超出标准的管束进行堵管；
S4，根据监测大纲定期开展监测评价，直至设备退役；
所述传热管监测系统包括通过管线连接蒸汽发生器导气管的测量回路和抽真空回路，测量回路和抽真空回路之间相互并联；
所述测量回路上依次连接有第一针型阀、标准容器、第二针型阀和压缩空气瓶，标准容器连接于压缩空气瓶和蒸汽发生器导气管之间，标准容器上接有第一精密压力表；抽真空回路上依次连接有第三针型阀、缓冲罐、气动截止阀、涡流分子泵和氦质谱仪，缓冲罐连接于涡流分子泵和蒸汽发生器导气管之间，抽真空回路和测量回路并联后连接的主管线上接有第二精密压力表；
所述步骤S1和S3中，数据采集的方法为：
A1，判断待测传热管是否存在泄漏，若没有存在泄漏的情况下进入下一步；
A2，关闭测量回路，接通抽真空回路，启动涡流分子泵，对传热管抽真空，真空度抽至p1后，关闭气动截止阀，停运涡流分子泵，关闭第三针型阀；打开第二针型阀，压缩空气瓶对标准容器内补充压缩空气，将标准容器压力升至p2，关闭第二针型阀；静置待压力、温度稳定后，记录传热管束压力p3，记录标准容器的压力值p4；打开第一针型阀，静置待压力、温度稳定后，记录传热管束压力p5，记录标准容器的压力值p6；其中，p1、p3、p5由第二精密压力表读取，p2、p4、p6由第一精密压力表读取，通过测量得到标准容器气体体积V2和连接管路气体V3；
传热管的体积根据测得的数据以及气体质量万能公式计算得出：
V1＝((p4-p6)/V2+(p3-p5)/V3)/(p5-p3)。
2.根据权利要求1所述的高温气冷堆蒸汽发生器螺旋传热管监测方法，其特征在于，所述缓冲罐上接有压力变送器。
3.根据权利要求2所述的高温气冷堆蒸汽发生器螺旋传热管监测方法，其特征在于，所述步骤A1中，判断传热管是否存在泄漏的方法为：
B1，传热管整体干燥后，在蒸汽发生器壳侧充入一定浓度的氦气；
B2，将待测的传热管进水端用管塞进行密封封堵，将传热管监测系统通过管线与传热管的导气管连接；
B3，关闭测量回路，接通抽真空回路，启动涡流分子泵，对传热管抽真空，根据氦质谱仪17的检测结果判断传热管是否存在泄漏。
4.根据权利要求2所述的高温气冷堆蒸汽发生器螺旋传热管监测方法，其特征在于，所述步骤A2中，通过先关闭第一针型阀，再打开气动截止阀和第三针型阀的操作顺序来关闭测量回路、接通抽真空回路。
5.根据权利要求2所述的高温气冷堆蒸汽发生器螺旋传热管监测方法，其特征在于，所述步骤S1中，建立基础数据库的方法为：
根据测得的数据以及气体质量万能公式计算出传热管体积为：
V1＝((p4-p6)/V2+(p3-p5)/V3)/(p5-p3)，
重复A1-A2的方法，测量每个待测传热管的体积，建立蒸汽发生器传热管的体积基础数据库，并根据最大允许减薄量计算出每一根传热管的最大允许体积变化量δV数据库。
6.根据权利要求1-5任一项所述的高温气冷堆蒸汽发生器螺旋传热管监测方法，其特征在于，所述步骤S2中，建立在役检查监测大纲的方法为：建立“在役检查1、在役检查2、在役检查3、……、在役检查n”的在役检查计划。
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| 蒸汽发生器传热管涡流数据分析算法的 研究与实现;于岗等;《无损检测》;第41卷(第4期);12-17 * |
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