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核电浮顶罐鼓包故障分析与处理

发表时间：2021/4/26 来源：《基层建设》2020年第33期作者：刘忠彬

[导读] 摘要：压水堆核电厂公用机组设计有TEP005/006BA（蒸馏液监测槽）容器。

        中核检修有限公司阳江分公司广东省阳江市 529941
        摘要：压水堆核电厂公用机组设计有TEP005/006BA（蒸馏液监测槽）容器。主要用于硼回收系统中，接收经003/004RF冷却器冷却后的二次蒸汽冷凝液，然后进行硼回收和放射性浓度的取样测量。若检查合格，蒸馏液由泵送往REA系统补给水箱，为反应堆补充给水，不合格的冷却液，则送回中间贮槽重新蒸发或者排放。该容器结构为浮顶罐，隔膜经常性的出现鼓包等故障，本文记录了该类容器的缺陷返修过程。
        关键词：浮顶罐故障处理
        1．前言
        某核电机组商运后，9TEP005/006BA浮顶多次发生鼓包现象，发生过10余次倾斜、鼓包5次，多次的故障导致重复维修发生，造成了人力、物力、财力的浪费。鉴于此种情况，针对缺陷返修过程进行了记录和分析，查找问题出现的原因以及处理完成后的使用效果进行阐述。
        2 浮顶罐结构简介
        浮顶罐结构主要由圆柱形平底容器、橡胶薄膜、浮顶、限位开关、两根鹅颈弯管及阀门组成。浮顶通过薄膜与罐体连接，而薄膜的四周在罐体中部与罐壁铆接固定。浮顶上有两根鹅颈弯管，一根接于浮顶上防止浮顶卡住形成真空而损坏浮顶；一根安装在箱底，用以保护箱体不超压。浮顶上装有带堵头的排气管，用于首次充水和水罐排空时的排气，正常运行时用堵头封紧。罐体中部与薄膜连接处也引出一根带隔离阀的排气管，也是用于初次充水，之后用堵头封紧。另外罐内上部装有下列管线：密封水的充水管线、排水管线、溢流管线和罐内液体充水、排水管线。
        前文中描述了比较多的一个词语，背压水，那什么是背压水？有什么用？浮顶水箱是能隔离空气与罐内液体接触，保持罐内液体氧含量不超过控制标准。薄膜上充有SED除盐水作为薄膜上下运动的润滑剂并确保其密封性，避免胶囊之间干磨擦。其密闭的浮顶可以随着液体的液位变化而自由地上下移动。在薄膜与管壁之间充注的SED除盐水就是所谓的背压水，用来隔绝空气，起到密封和增加润滑的作用。
        3.背压水量过少
        根据故障产生，以及现场一系列的处理过程中，背压水的量会严重影响浮顶罐的运行状态。过多或过少都将对浮顶产生不利的运行状态，如鼓包、倾斜等。背压水的主要作用在于保护、润滑隔膜。在浮顶充排水的过程中，保持隔膜不发生鼓包、褶皱，浮顶上下移动顺畅；同时，防止因隔膜长期暴露在空气中造成隔膜老化加剧。充足的背压水有利于气体的顺利排出，减少鼓包；足量的背压水可加宽两侧薄膜两侧的距离，避免摩擦，保护隔膜。
        充水排气过程中，在浮顶位于罐子底部时，此时背压水的有效容积最小，此时背压水的液位相对于浮顶罐铆接面最高，高于罐子内部水位，且其中一部分水位于浮顶锥面上，如下图3所示，当充水时，浮顶向上运动，此时背压水的相对液位下降，隔膜的有效容积最大，到达最高点时，背压水的液位最低（均相对于浮顶某一固定位置来说），如下图2所示。此时背压水液位不应低于罐内水的液位。

        图2                  图3
        背压水的作用：
        1、充足的背压水有利于气体的顺利排出；
        2、充足的背压水可加宽两侧薄膜两侧的距离，避免摩擦；
        3、有利于薄膜舒张，减少褶皱而引起鼓包。
        背压水过多时：
        1、损坏薄膜，因为在浮顶盖刚从下限为挡板上浮起，此时由于背压水量较多，浮动水面下薄膜的容积较小，背压水就会漫过浮顶盖锥形面，这些水量一方面受到浮顶的支撑力，另一方面也受到薄膜的拉力，如果水量过多会拉坏薄膜。
        2、影响浮顶的稳定性：浮顶由于扰动一旦出现轻微的偏斜，背压水就会流向倾斜处，低点处聚集会加大浮顶的倾斜量。
        3.2充水速度过快
        充水速度对隔膜鼓包的形成有一定的影响作用。充水速度过快就会导致密闭空间气体的压力变化太快，对薄膜的冲击力较大，更容易导致鼓包。这是因为，水中不免还有不凝结气体，若充水速快过来，罐内的气体会快速聚集，形成气团。此时，如果不能进行及时排气，气体就会越聚越多，最终隔膜形成鼓包。
        3.3充水过程中排气不充分
        运行人员在充水排气过程中，如果不按程序操作或对运行程序理解不到位，就会造成排气不充分，久而久之，罐内的气体聚集在隔膜处，鼓包问题自然产生。
        3.4隔膜表面较脏
        当隔膜表面较脏且粘有粘性杂物时，隔膜很容易发生粘黏和褶皱。薄膜一旦接触接触就不容易分开，随着浮顶的运动而不断发生摩擦。这样不凝结气体就会聚集，从而发生鼓包。
        3.5鼓包产生现象和消除
        密闭空间中的气体压力随着水位的继续上升而不断增加。这就会导致薄膜发生鼓包，排气不充分残留有气体这是鼓包的根本原因。所以必须做到排气充分，有足够的背压水。
        鼓包产生后，导致薄膜在局部地方的间隙减小，一旦薄膜发生接触，与浮顶连接侧的薄膜随着浮顶向上运动（此时为充水过程），与筒壁连接侧的薄膜由于摩擦也会随着向上运动，导致鼓包向上扩大。
        薄膜的最低自由点（1）会随着浮顶的升高而升高，同时也会随着鼓包的扩大而抬高。
        当最低自由点抬高到一定高度时残留的气体就会从最低自由点逸出到薄膜与顶盖连接处的最高点，当改点的排气阀处于打开状态时气体就会排出。（这种情况发生在高水位的时候，此时薄膜将要被拉直。）
        由于罐子充水时由于排气不充分，薄膜已发生微小的鼓包，但是此时鼓包并没有露出背压水面。当罐子排水时，浮顶侧的薄膜与筒壁侧的薄膜相接触，就会发生摩擦，而使得浮顶侧的薄膜收到向上的摩擦力。最终导致薄膜发生折叠，而呈现出鼓包现象，而此时鼓包顶部的气体是从浮顶上的空气进入的应为大气压。随着水位继续下降，鼓包将露出水面，呈现出浮顶侧薄膜发生鼓包。
        如果鼓包刚刚发生可以通过反向操作来消除故障，如充水的过程发生鼓包可以通过少量排水来使得鼓包消除（但不能去除里面残留的气体）
        如果鼓包比较严重，已经鼓出水面，此时想消除鼓包就显得比较困难，方法建议如下：
        缓慢排水，（此时薄膜已折叠，过快会损坏薄膜），尝试使用头部用布绑扎的木棍或铁棍从筒壁侧将鼓出来的薄膜缓慢用力往下压使得里面的空气越过下部自由点排出从浮顶排气阀排出到大气中。注意多人沿着浮顶圆周均布同时操作，否则薄膜一侧压下去气体又会从另一侧鼓出来。
        结束语
        综上所述，鼓包的根本原因就是因为排气不充分所导致。同时也存在其他的诱因以及管理上的不足都是促成的因素，主要因素如下：1、背压水量过少；2、充水速度过快；3、隔膜存在褶皱或不平整；4、充水过程中排气不充分；5、隔膜表面较脏。
        经过现场维修后并制定了相应的措施如下：1、现场标注背压水刻度线，编写浮顶罐运行液位说明书，完善不同液位浮顶所需背压水水量刻度指示；2、增加TEP005/006/007BA浮顶双周巡检三废系统巡检表，升版浮顶罐相关程序；3、由电厂组织会议与运行的进行沟通讨论，交流背压水量加注刻度说明，并现场添加刻度指示说明书。
        对于现场反复出现的浮顶倾斜、鼓包的问题，在反复的维修跟踪过程中积累了一定的经验和知识，同时也验证了措施的有效性，后续也并未在出现类似的问题。
        参考文献：
        [1]浮顶储罐在核电厂的应用[J].富会佳，蔡汝旭，丁华龙. 科技传播.2016（11）
        [2]具有薄膜套浮顶结构的容器[J].贾艳波，左树春. 广州化工.2013（07）
        [3]拱顶储罐内浮顶的发展[J].刘明福. 石油化工设备.2004（01）