管道支吊架是电厂管道的支撑部件, 管道支吊架主要起着承受管道重量、平衡介质反力, 限制管道位移和防止震动的功能。
核电厂管到支吊架的调整及维修主要是依据DL/T982-2005《核电厂汽水管道与支吊架维修调整导则》。导则5.4.7中规定:蒸汽管道水压试验时, 应将弹性支架进行锁定来保护弹簧。
核电厂大修工期关系到电厂经济效益的好坏, 为了使得蒸汽发生器尽快的降低到工作温度45℃, 核电厂采用“溢流冷却”的方式对蒸汽发生器进行冷却, 即通过给水泵给蒸汽发生器持续注排水, 直到蒸汽发生器温度达到可工作温度。溢流冷却过程与蒸汽管道水压试验过程相似, 即在设计通过蒸汽的管道灌水。因此, 在进行“溢流冷却”前, 必须对相关蒸汽管道进行闭锁。
涉及到需要闭锁的弹簧吊架主要是主蒸汽系统管道上的弹簧吊架, 共计40个。主蒸汽系统的主要功能是在电厂100%功率到厂用负荷范围内从蒸汽发生器向汽轮机供给新蒸汽, 4台蒸汽发生器产生的新蒸汽沿着4个环路的蒸汽母管穿过反应堆厂房, 经过蒸汽厂房后进入到汽轮机厂房。4个环路的蒸汽母管汇集到一个主蒸汽集管上, 由主蒸汽集管平衡蒸汽压力后, 再由四根管道分别通过4个高压阀座调节压力后进入到高压缸做功。
原设计闭锁方案由是俄罗斯原子能进出口公司提供。闭锁的目的主要是限制弹簧的位移, 防止弹簧被过量压缩, 导致弹簧丧失功能。主要采用在弹簧上下压板之间焊接拉杆或者在弹簧下压板与弹簧箱底座之间焊接拉杆的方式进行。
闭锁采用焊接方式, 属于动火作业, 需要布置设置严格的防护措施。大部分弹簧吊架位置较高, 周围环境复杂, 防护难度大, 工作时需要花费人力和时间进行防护。
弹簧吊架上可焊接部位有限, 只能在弹簧吊架观察窗部分进行焊接。大修结束后需要进行弹簧吊架进行解锁, 解锁时要将之前焊接在弹簧吊架上的拉杆切除。反复的焊接和切割会造成弹簧吊架上板、底板以及弹簧箱底板受焊接热影响变形并产生其它故障, 可焊接部位经过反复的焊接及切割, 几乎都是伤痕累累 (见图1所示) , 这些原因导致下次闭锁焊接时难度变大, 工作时间变长, 形成恶性循环。
蒸汽管道弹簧吊架闭锁工作处于电厂大修的关键路径上, 完成工作所需要的时间直接影响机组冷却时间。机组转热态时需要闭锁的支吊架数量较多, 准备和实施的工作量较大, 花费时间长达9h。
从原设计闭锁方案的实施情况可以看出, 虽然原设计闭锁方案可以有效地对弹簧进行保护, 但是却存在下列三个缺点, 第一, 动火作业, 防护困难;第二, 反复焊接、切开, 对焊接部位造成损伤;第三, 作业时间长。根据对作业过程的观察分析, 而且照成这些问题的原因既不是因为闭锁作业工作人员资质不满足要求, 也不是因为现场复杂的作业环境。造成这些问题的根本原因是闭锁方式不合理。因此, 为了保障设备安全运行, 提高电厂经济效益, 有必要对原设计闭锁方案进行优化。
为了保护弹簧不被过量压缩, 必须有能承载支吊架承受的载荷的载体。初步确定了两个替代焊接的方案。第一, 使用手拉葫芦挂住弹簧吊架上下两端替代焊接拉筋承受蒸汽管道充水时额外产生的力;第二, 使用螺纹连接的方式替代焊接拉筋承受蒸汽管道充水时额外产生的力。经过现场调查, 发现使用手拉葫芦闭锁存在一些缺点, 首先手拉葫芦只能承受单向力, 其次很多支架上无手拉葫芦挂的位置, 还有就是这些需要闭锁的支架很多处于高空, 将手拉葫芦从地面运到闭锁位置也需要使用很多的人力。螺纹连接方式主要是需要在弹簧吊架适当的位置布置支撑点, 支撑点在首次实施闭锁时需要进行焊接, 焊接支撑点之后才能进行闭锁, 但是后续闭锁时直接安装螺栓、螺母即可。支撑点的焊接工作由于不会对支吊架行使功能产生影响, 可以提前安排进行, 这样不会占用大修关键路径。
首先针对这40个弹簧吊架按照承载力的大小, 弹簧箱的形式对弹簧吊架进行了分类。针对不同类别的弹簧吊架, 在弹簧箱底部或者上下托盘上选择不同的螺杆支撑方式。针对图2所示类型弹簧吊架, 分别在弹簧箱上板以及弹簧托盘上焊接两个中间开孔的支撑块。
针对无法在弹簧箱上板进行焊接, 选择在弹簧托盘以及弹簧箱下板焊接支撑块, 支撑块的大小根据弹簧箱观察窗尺寸大小进行确定, 支撑块开孔大小根据所需要螺杆的尺寸进行确定, 螺杆尺寸根据弹簧吊架承载情况进行确定。在弹簧吊架闭锁时, 安装螺纹拉杆和螺母, 支撑在两个支撑块之间, 防止弹簧被过量压缩;解锁时, 拆除一端支撑块上的螺母即可, 使其不影响弹簧托盘伸缩即可。
优化后的闭锁方案完全解决了原设计方案存在的三个问题, 首次进行闭锁焊接支撑块的工作量与原设计闭锁方式基本相当, 但是可以安排在非关键路径期间进行焊接工作。焊接后40个支吊架闭锁时只要安装螺纹拉杆即可。原设计方案进行闭锁时, 四组工作人员同时闭锁需要用时9h, 按照优化的方案, 四组人员同时作业只需要3h既可以完成闭锁工作。同样, 解锁时只需要拆掉一端的两个螺母, 四组人员同时工作2个小时即可完成解锁工作。而支撑块焊接到弹簧箱以及托盘上之后也不需要进行切割拆除, 也避免了原设计方案存在的损伤支吊架的问题。并且除了首次闭锁焊接支撑块需要进行动火作业之外, 后续闭锁解锁作业非动火作业, 不需要在耗费人力物力进行防护。
摘要：本文通过对田湾核电站常规岛主蒸汽管道闭锁方案的分析, 从动火作业、焊接、作业时间三个方面提出了优化方案。
关键词：核电站,蒸汽管道,闭锁方案,优化
