核电厂供氢双壁管线外套管开裂失效原因分析及处理

核电厂供氢双壁管线外套管开裂失效原因分析及处理

吴升铭 谢智明

海南核电有限公司 海南昌江 572733

摘要：本文通过对某核电厂供氢双壁管线外套管开裂失效导致夹层氮气压力低进行原因分析，并对施工过程中的难点提供相应的处理措施，为后续出现同类型的缺陷处理提供借鉴和参考。

关键词：双壁管；外套管；压力低

绪论

核电厂发电机及其他设备需求的氢气均由制氢系统通过供氢双壁管线供给，为了确保机组安全供氢故特意设计成双壁管形式，防止氢气直接泄漏到外部造成安全隐患。同时可以通过双壁管夹层压力来监测内管是否存在泄漏，并及时采取干预措施，确保机组安全稳定运行。

1、故障现象

某电厂2号机组运行一段时间后，发现供氢双壁管线夹层出现压力低报警，其中该夹层正常运行压力范围为0.15-0.20MPa，触发报警后运行人员对其进行补充氮气至正常范围内，并经过一个月后又触发压力低报警。后经维修人员对2号机组供氢双壁管线进行查漏，发现SHY供氢管线从母管向2号常规岛的分支处前的弯头存在3个漏点，这些漏点位于焊缝附近，维修人员对缺陷进行堵漏14天后又出现11个漏点。

图1双壁管现场照片

2、原因分析

通过对开裂套管弯头进行宏观检查、成份分析、金相检查、硬度测试、硬度测试与裂纹SEM及EDS分析，结果表明：管线三通及开裂外套管弯头表面存在点蚀，弯头点蚀区及开裂区均存在侵蚀性氯离子，弯头外表面金相组织的晶界处存在颗粒碳化物析出，且表面有严重的加工硬化层，表面存在局部点蚀，裂纹呈沿晶断裂。判断双壁管外套不锈钢弯头开裂发生在接近焊缝区域，该位置发生了SCC，主要原因为弯头表面存在加工硬化层，弯头晶界存在析出物，SCC发生的敏感性增加；另外弯头与直管焊接过程中存在残余应力，服役环境下氯离子沉积弯头表面从而引发不锈与直管焊接过程中存在残余应力，从而引发不锈钢弯头发生SCC。

图2分析取样示意图 图3外管三通图

3、施工难点及处理措施

本次更换管线施工中主要遇到问题如下:①该管段为双壁管道，需同时进行更换内外管，且空间狭小，更换难度大；②该双壁管道内管线输送的介质是氢气，作业过程中内管吹扫不干净存在氢爆风险；③该管段只更换部分，焊接存在充氩焊难度大，充氩开口位置不好确认；④该双壁管道所有的焊接均是对接焊，要求均需进行射线检测焊口，存在工作量大工期长；⑤该双壁管道内管输送氢气，要求清洁度高，需做好防异物措施；⑥该段双壁管道更换完成后需进行吹蚀及气密检测等问题。

针对以上双壁管线更换中存在的施工问题，提出处理措施如下：①提前通知人员进行脚手架搭设，确认好更换双壁管段长度，根据需要管段绘图，并根据图纸及施工方案进行部分管段提前预制，确保能在旧管道切割前能预制的均在旧管道切割前预制完成，且预制过程中涉及的焊口也事先做好RT检测，确保焊口均合格，针对作业空间狭小问题需根据作业实际情况进行交底并在作业过程中及时通知脚手架人员更改脚手架；②针对作业氢爆风险问题，主要措施是，割管前将氢气彻底吹扫干净，要求吹扫完成后经化学取样化验，经化学检测达到合格范围内方可开工；吹扫到合格范围后需在上游阀门法兰安装盲板隔离上游氢气源，做到双重隔离效果；在施工过程中切割管道使用割管刀进行切割，切勿使用切割机进行切割，且切割过程中要做好氢气浓度测量，并架上风机进行吹扫通风，做好氢爆风险防护；③根据所更换的双壁管道，充氩按照由近到远，并找附近的一个阀门做为收口充氩位置；④关于RT射线问题，由于机组在大修期间，附近还有其他工作同时进行，因此，针对对接焊口，本次使用探伤机进行探伤，这样探伤范围大大缩小；⑤针对双壁管道内管清洁度问题，本次施工在焊接前均对管道进行清洗，并用压空进行吹扫干净，在现场焊接过程中每焊一道焊口，均对管道进行吹扫，确保将管道异物吹扫干净，当管道全部更换完成后再次对管道进行全面吹扫，且并找出管道下游排气口，确保异物能吹扫出去；⑥针对管道气密性问题，内管主要进行氦检及保压试验，外管主要进行保压试验，双层管均需合格才能投入使用。

4、总结

核电厂供氢双壁管线完好对机组安全稳定运行十分重要，通过此次双壁管线外套管开裂失效原因分析，及成功处理方案，解决了施工难度大，施工安全隐患大等问题，确保了施工过程中施工人员安全和后续机组安全稳定运行，为以后其他机组出现类似问题及处理措施提供了非常宝贵的经验。

参考文献

[1] 李学军，郭晓凯，孙 广，曹邦兴. 核电厂输氢不锈钢双壁管焊缝的射线检测工艺.无损检测，2016（9）.