一、引言
针对那些实现回热循环、提高机组经济性的重要热交换器，核电厂一般采用涡流检验等手段对其传热管实施定期检验[1]。针对存在超标缺陷的传热管，一般是依据堵管准则进行传热管的堵管。
堵管准则是指传热管“壁厚减薄百分比”，即当热交换器传热管壁厚损失超过一定百分比后，需要实施的传热管堵管。目前，国内通常将“壁厚减薄40%”作为核电厂常规岛热交换器传热管的堵管准则，但对经受不同运行工况的热交换器采取唯一的堵管准则属于“一刀切”的传统做法。本文认为“40%”堵管准则是过于保守的，这可能导致热交换器的过早更换，有必要为不同的热交换器分别制定相应的堵管准则。本文通过研究三门核电B号机组6B高压给水加热器（以下简称：“6B高加”）传热管的服役工况、损伤机理和缺陷增长率等因素，开展了堵管准则的优化研究，减少堵管数量，在保守安全稳定运行的前提下，延长高加的剩余使用寿命。
二、高加传热管的缺陷状态和分析
2.1 传热管缺陷状态
三门核电B号机组6B高加在最近两次大修期间的传热管涡流检验（以下简称“ECT”）结果如下表所示：
表1. 两次大修的6B高加传热管ECT和扩检后的结果（单位：U根）
注：1）所有传热管的伤深都是传热管的外壁缺陷；
2）6B高加有9条伤深≥90%壁厚的缺陷管，但高加传热管不存在泄漏迹象。
从表1可见，T大修发现108根U型传热管达到“壁厚减薄40%”的堵管准则，已全部实施堵管，其中有83根传热管的缺陷伤深为40%～55%；T+1大修新发现8根传热管（不包含T大修的23根未堵缺陷管）存在外壁缺陷，其中有6根达到 “40%”堵管准则，但缺陷伤深都小于55%；所以依据本文优化后的“55%”堵管准则，未实施堵管。两次大修后的传热管状态如下表所示：
表2. 两次大修后的6B高加传热管状态（单位：U根）
注：1）传热管材质为SA-688 TP304L。
由表2可见，6B高加传热管的总体堵管率已达到3.4%，可能影响高加的换热性能，所以有必要开展堵管准则优化研究，以减少高加传热管的堵管率。
2.2 两次大修的传热管缺陷扩展情况对比分析
根据涡流检验信号（相位、幅值）与传热管结构失效的关联性原理，T大修ECT报告结论认为：6B高加传热管外壁缺陷显示属于类似于外壁点蚀类型的小体积缺陷显示。鉴于现场6B高加设备和系统管道结构的限制，关于高加二次侧传热管外壁的内窥镜目视检验存在位置不可达的问题；所以验证传热管缺陷显示的ECT信号属于小体积显示的办法为：针对T大修发现的23根未堵缺陷管开展ECT复检，并进行了两次大修的ECT数据对比分析，详见下图所示：
图1. T大修和T+1大修的6B高加传热管缺陷深度对比
由图1可见：T大修发现的23根未堵缺陷管在经历了一个机组运行周期后，大部分传热管的外壁（类似于点蚀类型小体积缺陷显示）伤深没有产生明显扩展。由此认为：无论这种小体积缺陷的损伤深度如何，一般不会引起传热管破裂的风险。而且，如表1注2所述，6B高加有9条伤深≥90%壁厚的缺陷管，但高加传热管不存在泄漏迹象；该运行经验反馈情况也是对上述观点的验证。
小结：类似于点蚀类型的小体积缺陷显示不存在结构性风险，不会引起管子爆裂或破裂的风险。
三、高加传热管堵管准则的优化
3.1 传统堵管准则
热交换器传热管的传统堵管准则的制定要满足如下要求：
1) 在正常运行和假定事故工况下，传热管最小壁厚能够承受载荷；
2) 在两次ECT检验之间，降质的传热管有运行裕量；
3) 缺陷尺寸准许的泄漏限制满足设备技术规格书的要求。
经调研，目前国内同行电厂普遍采用“壁厚减薄40%”作为堵管准则。在T大修时，三门核电6B高加也采用了传统的“40%”堵管准则。
3.2 设计方推荐的高加堵管准则
基于ASME Ⅷ DIV.1 2007版（UG-27）的计算公式：
，设计方计算和推荐的传热管堵管准则为：“壁厚减薄29%”。结合表1可知，假如采用“29%”堵管准则，则两次大修期间，6B高加将新增25根传热管的堵管。
3.3 关于“40%”和“29%”堵管准则的合理性分析
第一，由于不同的热交换器会经受不同的运行工况，所以应该根据设备实际运行工况、缺陷扩展趋势和经验反馈，基于缺陷增长率、测量误差和损伤机理等因素分别制定相应的堵管准则，而不应该“一刀切”地采取某个唯一堵管准则。
第二，针对传热管的非役致缺陷（如：制造过程产生的缺陷）已进行过水压试验测试。在绝大多数情况下，这些缺陷的降质机理不活跃，并不会对传热管的完整性带来持续的威胁，所以通常不需要堵管。
第三，据了解，国外某核电厂采用了“壁厚减薄70%”作为高加的堵管准则。可见“40%”和“29%”堵管准则是过于保守的。
第四，由于ASME规范没有规定传热管的堵管阈值，因此，设计方在使用规范标准中的最小壁厚方程设计热交换器传热管所得到的“29%”堵管准则，通常不被视为确定缺陷深度堵管阈值的强制性依据；按ASME第Ⅷ卷的方程计算的热交换器传热管允许的缺陷最大深度是相对保守的做法。
3.4 堵管准则的优化思路
针对6B高加传热管的服役工况、损伤机理和缺陷增长率等因素，建立堵管准则计算模型，需要充分考虑传热管的管壁退化因子及其权重，包括：泄漏后果、安全或非安全相关设备、损伤机理类型（即：缺陷类型）、缺陷增长率、管材类型、可用的泄漏检测方法、水化学条件、潜在污垢、设计压力、设计温度等要素。其中，缺陷类型（如：点蚀、磨损、裂纹）和缺陷增长率在堵管准则计算过程中的权重最高。
3.5 关于高加传热管的堵管准则优化结果
根据3.4节所示的热交换器堵管准则优化思路及建立的计算模型，结合6B高加的运行环境等降质影响因素，可以计算出各种缺陷类型情况下的高加传热管的堵管准则，如下表所示：
表3. 三门核电6B高加传热管堵管准则计算结果
注：每一个机组运行周期的缺陷增长率分别按0%和≤24%进行计算。
由表3可见，基于“点蚀”和“缺陷增长率≤24%”的假设条件，则堵管准则计算结果为：55%～79%；其准确的堵管准则将取决于两点：第一，每次大修时，进一步判断传热管ECT显示的缺陷类型；第二，确认未堵缺陷管在经历一个循环后的缺陷增长率。从核电厂保守决策的角度，建议将缺陷类型为“点蚀”且“缺陷增长率≤24%”的高加传热管堵管准则直接确定为：“壁厚减薄55%”。
关于上述堵管准则优化结果（壁厚减薄55%）对三门核电高加传热管堵管裕量的贡献情况，分析如下：
假设在T大修时使用“55%”堵管准则，则6B高加总共可以减少83根高加传热管堵管。并且，可减少高加传热管的堵管量、节省人工时。但针对未堵的缺陷管，在后续每次大修时都必须实施ECT，以监督缺陷管状态。
四、结论
综上，认为：
第一，可按照3.4节的思路来优化核电厂高加传热管的堵管准则。
第二，针对高加传热管缺陷类型为“点蚀”且“缺陷增长率≤24%”的情况，建议将堵管准则从“40%”修改为“壁厚减薄55%”，以缓解高加传热管堵管裕量大幅度减小的问题。
第三，在后续ECT时，需要进一步采集涡流检验数据，再次判断缺陷类型，并确认未堵缺陷管在经历最近两个循环周期后的缺陷增长率，从而动态计算出堵管准则的最终数值，并复核“55%”堵管准则的有效性。
参考文献
[1] 兰州石油机械研究所. 换热器（第二版）[M]. 中国石化出版社，2013.
