（中核核电运行管理有限公司浙江海盐314300）
摘要：某核电厂在大修期间执行预防性维修发现汽水分离再热器蒸汽分布管内衬出现严重变形，后紧急分析缺陷原因，确定是焊接工艺失当情况下空气体积膨胀和材料的热应力共同作用导致内衬变形破坏，并通过理论计算予以验证。在充分分析现场实际情况后制定针对性的修复方案，顺利完成修复。经实践验证，内衬变形原因明确，修复工艺可靠。论文通过对汽水分离再热器结构及功能介绍，内衬破坏的理论计算，以及修复的工艺与风险控制，为大型容器的复合衬管的焊接工艺控制及修复提供参考。
关键字：汽水分离再热器；蒸汽分布管；内衬；原因分析；修复
1.前言
汽水分离再热器（MoistureSeparatorReheater，简称MSR）是水冷堆核电站汽轮发电机组的重要辅助设备，其作用主要有两个：降低蒸汽湿度；提高蒸汽温度。在水冷堆核电机组，核岛产生的新蒸汽为饱和蒸汽，过热度低。新蒸汽进入高压缸做功后，温度和压力都大大降低，蒸汽含水量加大。湿蒸汽直接进入低压缸一方面会引起低压缸叶片的过度冲刷，另一方面其热效率会有所降低，既不安全也不经济。为了提高机组的经济性，水冷堆核电站的再热循环不仅采用新蒸汽加热高压缸排汽，还利用汽轮机高压缸抽汽来加热，组成两级再热，其中用高压缸抽汽的加热器为一级再热器，利用新蒸汽的加热器为二级再热器。从高压缸排出需要去湿和再热的湿蒸汽通过左、右各二根与两台MSR筒体下部管接头直接相连的冷再热蒸汽管进入汽水分离器。蒸汽进入MSR壳体后流入四根进汽分布管。
2.故障现象
该电厂4号机组有两台汽水分离再热器，每台设备内有四根蒸汽分布管，正式运行后首次大修时发现，1号MSR有两根分布管的不锈钢内衬出现鼓包变形缺陷，2号MSR有三根分布管的不锈钢内衬出现鼓包变形缺陷，其中一根变形特别严重，通道几乎完全堵上。存在问题：
(1)并非所有分布管内衬都出现鼓包变形缺陷；
(2)鼓包变形程度不完全相同，变形程度轻的只有一个位置轻微鼓包；变形程度重的内衬板出现多处鼓包变形，撕裂现象明显，甚至对分布管通道完全堵死；
(3)鼓包变形出现的位置不完全一致，但基本都不是出现在分布管开孔位置；
(4)内衬板多处变形位置都出现在纵向焊缝处；
(5)内衬板末端与分布管本体焊接在一起，且内衬板纵向焊缝没有与分布管本体熔焊。
3.内衬变形原因分析
发现缺陷后班组立即与设备制造厂国内某厂家及设备主设计方美国某公司取得联系，经多方信息交流讨论后，确认不锈钢内衬末端环焊缝与设计图纸不符。设计图纸对内衬末端没有焊接要求，但实际加工时实施了密封焊，导致不锈钢内衬和管道之间形成了一个封闭空间。机组投运后密闭空间内气体在高温下剧烈膨胀导致不锈钢内衬变形；再加上不锈钢内衬与碳钢管道材料不同，热膨胀率也不相同，受热膨胀时不锈钢内衬末端环焊缝限制了不锈钢内衬的膨胀，同样也会导致不锈钢内衬变形。理论计算：
5.2.1体积膨胀
根据克拉伯龙方程，
式1
式中:
p为气体压强，单位Pa；
V为气体体积，单位m3
n为气体的物质的量，单位mol
T为气体温度，单位K
R为比例系数，不同状况下数值有所不同，单位J/(mol∙K)
对于内衬管与分布管之间密闭腔室内的气体而言，n、R相同，只是考虑温度变化对腔室内气体压力和体积的影响，于是
式2
式中：
p1、V1、T1分别表示MSR制造期间的空气压力（大气压）、封闭腔室内环境温度下的气体体积、以及环境温度；
p2、V2、T2分别表示MSR运行期间封闭腔室内的气压、封闭腔室内运行温度下的气体体积、以及运行温度。
取值：
（1）查阅4号机组MSR交货日期为2009年6月1日，往前推算MSR分布管焊接的时间大概率是在2008年底到2009年初，查天气资料，哈尔滨在此段时间内的温度在-7℃～-25℃之间，白天平均温度约-10℃，在此取制造期间环境温度T1=-10℃=-10+273K=263K
（2）查阅《中国主要城市海拔高度及大气压参考标准》，哈尔滨的大气压p1=98.51KPa
（3）查阅MSR蒸汽进口温度T2=183.3℃=183.3+273K=456.3K
（4）在MSR内衬形状保持不变的情况下，V1=V2
将以上（1）、（2）、（3）、（4）带入式2可得，
p2=p1∙T2/T1=98.51KPa×456.3K/263K=170.91KPa
也即正常运行温度下，由于不锈钢内衬管与分布管末端密封焊接，MSR内衬管与分布管之间的密封腔室内气压升高至170.91KPa。
6.1修复方案：
针对4号机组8根分布管的具体情况，参照修复方案制定详细修复方案。
特别说明：技术要求中对分布管内衬板间间隙要求为1/4”（6.35mm），在实际修复过程中为便于测量方便，将其间隙修正为7mm。
对修复工艺进行拆解，可知修复工作主要包含容器内的切割、打磨、焊接、无损检测四项工艺，针对性的制定出风险防范措施：
动火作业。作业人员正确配戴个人防护用品；专人监护工作；按规定配备灭火器，禁止使用明火作业或其余可能引起火灾/爆炸的物品。
在MSR内部作业区域防止灭火器。
缺氧/中毒/窒息。作业人员正确配戴个人防护用品；专人监护工作；进入窒息环境必须测氧；有毒环境下工作测量仪表报警时立即停止工作，撤离现场；检修人员应在正确的位置检修。注意通风，注意留人把守，必须携带氧表。针对性措施：在MSR人孔两端架设轴流风机，加强通风；引一路压缩空气进入MSR内部加强通风。
异物排除。严格执行防异物管理规定；工作结束后清查现场，防止工器具遗漏在设备内。进出人员和物品需一一登记，确保没有物品遗留；每天工作结束后，要清点人员及工具，使用临时盖板封堵人孔门。
危害人身安全。遵守有关工业安全规定，穿戴好安全防护用品，小心操作，防止机械伤害，穿好个人防护用品，防滑跌；若有交叉作业时，需指定专人负责并做好现场监护，或等其他作业完成后再进行作业。
人员和物品坠落。专人监护工作，作业人员正确佩戴安全带，安全带高挂低用；不得超范围工作；按要求使用登高用具；工作人员保持良好的精神状态。针对性措施：MSR蒸汽进口管口安装临时盖板（设计加工）；在临时盖板上加设跳板，防止踩空。
设备部件损坏。作业前将备件可用性进行测试，在设备内进行维护时，注意对内部部件的保护，禁止带电进行操作。严格按照检修规程和方案实施；正确使用工器具；严禁野蛮作业。针对性措施：新旧内衬板运进运出MSR时，防止磕碰容器内壁、通道旁边的汽水分离器及顶部再热器。
参考文献
[1]刘胜新，五金大手册，机械工业出版社,2012
[2]闻邦椿，机械设计手册，机械工业出版社，2010
[3]何潮洪、冯宵，化工原理，科学出版社，2007
[4]华东电力设计院，汽水分离再热器系统手册
[6]罗飞华，一种容器、换热器用防异物盖板：中国，ZL2015211356096，2016.9.7
作者简介：姓名（罗飞华）姓别（男）出生年（1986-）籍贯到市（四川省南充市）民族（汉）职称（工程师）学历（大学本科）研究方向（核电机械检修）