|
工程案例：核电厂大规模反应堆冷却剂泵的翻新工程案例：核电厂大规模反应堆冷却剂泵的翻新前言 几十年来，美国的核电设施一直高效、可靠地生产低碳电力。在每个核电设施内部，反应堆冷却剂泵（RCP）和其它部件在产生这种电力方面发挥着关键作用。尽管这种设备可以在恶劣的工况下长时间运行。然而，最终，这些设备的部分零部件需要翻新或更换。 核工业正在不断探索创新、采用有效的方法来完成这些替换，并确保卓越的运营。2015年，Dominion Virginia Power在Virginia州东南部的Surry电站完成了美国最大的RCP翻新项目之一。 图1：拆除旧的RCP后，现场工程师在泵壳上放置一个异物隔离护罩（FME）- 图片由阿海珐提供 项目范围包括五台泵的更换。 该设施与一家国际核能服务公司合作，对四台12英尺24吨重的泵进行了翻新和鉴定，其中包括两台来自Dominion公司关闭的Wisconsin州Kewaunee电站的泵。另外一台以前由核能服务公司翻新的泵将被用于该项目。 图2：RCP轴放置在车床上，以测量指示的总跳动量（TIR）。这个过程确保了轴的两端在同一轴线上旋转 决定更换RCP 2014年，在美国一家核电站RCP泵的旋转叶片螺栓上发现了晶间应力腐蚀开裂（IGSCC）。这些螺栓将位于泵叶轮上方的旋转叶片扩散体组件固定在RCP内。原始设备制造商发现，使用直径为1英寸的旋转叶片螺栓制造的泵存在问题。 在评估了这个问题后，Dominion公司决定升级并更换其所有包含直径为1英寸的旋转叶片螺栓的RCP。在Surry，有五台RCP受到影响：2台在1号机组，3台在第2号机组。Dominion公司与核能服务公司签订合同，对RCP进行翻新，包括更换旋转叶片螺栓。这项工作于2015年春季大修期间在1号机组进行，于2015年秋季大修期间在2号机组进行。 图3：随着时间的推移，叶轮在运行过程中会出现正常磨损（翻新后的叶轮处于最终平衡状态） 克服RCP翻新的障碍 在严格的大修计划下，必须在10个月内获得备用泵 - 这是一项艰巨的任务，因为从历史上看，确保RCP的交付时间是两到三年。 面对这样的挑战，这家核能服务公司考虑从Dominion公司位于Wisconsin州的Kewaunee退役工厂回收两台RCP，并对其进行翻新，以适应新的工况。在公司决定从Kewaunee购买泵之前，这一创新想法提出了要解决的重大挑战： 1）所有权：必须解决泵的所有权问题。Kewaunee是Dominion不受监管的业务的一部分，但Surry是一家受监管的业务设施。将资产从不受监管的设施转移到受监管的设施需要符合某些法规。 2）状况：团队必须确定泵在Kewaunee运行了30多年后，是否能够支持在Surry服务20年以上 - 要为另一个设施进行翻新时，泵不能退化。 3）规范和许可：ASME的要求因州和建造的日期不同而异。因此，该团队必须评估每个州的规范和标准，以确定Kewaunee泵的建造是否按照满足Surry管理规范的要求。 4）物理互换性：必须评估许多物理要求，包括Kewaunee泵和Surry泵壳的尺寸、与Surry泵相比的Kewaunee泵的流量和压力、电机接口的位置（联轴器、电机支架螺栓）以及管道连接的位置（密封水、冷却水）。 图4：平衡完成后，将FME放在泵叶轮上 核能服务公司进行了详细的工程研究，证实Kewaunee泵用于Surry是一个安全可靠的解决方案。然后，团队决定购买其退役的泵进行翻新。 承担翻新项目 RCP翻新项目包括更换轴、叶轮、联轴器、轴承和泵上的所有螺栓。加快交付计划要求核能服务公司在不到六个月的时间内制造出这些替换零件，而这项任务通常需要一到两年的时间。 除了工程和制造方面的努力，该公司的现场实施团队还计划了在正常维护中断期间更换多台 RCP 的复杂物流工作。该公司的泵和电机现场服务团队以及 Surry 的维护技术人员完成了广泛的模拟训练演习，这是计划和准备工作不可或缺的一部分。这也导致了新的、改进的工具和设备的开发。 图5：翻新的主法兰安装在上端，准备进行泵重新组装 有了这些计划和准备方面的投资，替换工作取得了成功。一个关键因素是来自Surry核电站、弗吉尼亚州Innsbrook的Dominion工程公司、弗吉尼亚州Lynchburg的核能服务公司泵和电机服务中心以及该公司在法国Jeumont的制造厂的团队之间的密切合作。 识别和整合所吸取的经验教训 项目人员在翻新和鉴定RCP的整个过程中吸取了一些经验教训，包括整合安全改进、提高大修卓越性和创新技术，为下一个工作内容做准备。 保持对安全的明确关注 翻新和安装了五台RCP，没有出现任何安全问题、人员污染事件或人为操作错误。这一表现归功于团队对安全的严格关注，这是整个项目的首要任务。 使用RCP和机加工活动的全尺寸实体模型，管理人员和机组人员都接受了培训，并在类似现场的条件下完成了所有任务。确保团队成员所经历的辐射剂量完全在规定的范围内是每个项目计划的一个关键方面。 在预期辐射暴露较高的地方执行关键任务，例如在实体模型上拆除和安装RCP、屏蔽塞盖，使团队能够探索最佳实践，以减少处理时间，并整合新技术，从而降低预期的REM剂量暴露，也称为实现剂量节约。REM是辐射剂量的标准计量单位，它将放射性物质产生的能量与特定类型辐射的医疗效果结合起来。 图6：工程师将索具钩在泵上进行运输 这种对安全的关注使团队在每次翻新期间经历的辐射水平显著降低。从第一台泵到最后一台泵的剂量节省为1.521 REM，相当于每次RCP大修时每个人的剂量节省约76毫REM。 由于主要出于经济原因，全国各地工厂的大修时间正在减少，项目团队确定了许多改进流程的方法，结合最佳实践并开发设备效率的解决方案。通过不断改进，团队维持了停机时间表，并保持在预算范围内。 改进现场和项目团队之间的沟通对项目的成功至关重要。在这个过程的早期学习和采用的一个关键经验是将整个项目团队组织在同一个工作区域。 拥有一个统一的基地位置消除了通信延迟，改善了团队之间的交接。 图7：翻新的泵被移至运输用的屏蔽容器 此外，远程视频监测和通信设备支持了检查，并消除了需要多名监督人员的情况。因此，团队可以在外部支持的情况下实时提供状态更新并实时解决问题。 整合创新流程和技术 改进的流程和创新的技术使团队能够积极主动，从而提高了生产力，减少了关键路径时间，并减少了对计划进度和其它工作组的影响。 运输和安装组件的创新解决方案也提高了整体项目绩效，例如，核能服务公司设计了一个屏蔽的运输RCP容器。 容器占地面积更小，易于吊装，简化了重新定位部件的过程，这为每台泵减少了8小时的运输（准备）时间。 工程创新帮助为Surry配置了独特的Kewaunee泵。流量曲线、管道配置和热监测系统都需要注意。Dominion公司与核能服务公司合作，为泵制造新的轴和叶轮，以满足流量要求。 由于RCP的几何形状复杂，采用了目前最先进的数字测量技术来测量泵部件的不同尺寸。新泵和旧泵的三维叠加可以比以前通过人工测量更准确、更快速地识别出可能的偏差。 图8：翻新后的泵放在专门设计的屏蔽容器里 使用这些新工艺和设备可以减少关键路径所花费的时间。标准的RCP更换可以将停机时间至多延长七天。通过实施从RCP项目中吸取的经验教训，业内的其他公司现在可以在正常的大修计划内更换多台泵。 支持美国核电安全可靠的运行 转轮叶片螺栓问题被证明是公用事业公司更换和翻新RCP的最重要原因之一。 转轮叶片螺栓的IGSCC是与服务相关的退化的一个例子，但设备和工艺方面的经验和进步可以大大提高RCP的可靠性。 现在有一种经过验证的系统方法来更换和翻新这些零部件，使现有的核电站能够在未来几年内继续安全可靠地运行。 作者简介：Gerry Ottman是AREVA的项目经理；Will Murray是Dominion Virginia Power公司的项目经理。 |
