摘 要 由于二次侧泥渣沉积对蒸汽发生器可能造成的后果非常严重，因此对蒸汽发生器二次侧进行适时泥渣清洗是十分必要和必须的。本文对管板泥渣水力冲洗技术进行了介绍，对核动力运行研究所在泥渣冲洗技术方面的研究工作进行了说明和总结。
关键词 蒸汽发生器；泥渣；冲洗
中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）14-0058-02
国内外核电站运行经验表明，在正常运行过程中，由于种种原因，在蒸汽发生器（以下简称为SG）和给水系统中会不可避免的形成不溶腐蚀产物（称之为泥渣），相当一部分会在蒸汽发生器二次侧内部水平和垂直固体表面形成泥渣堆积层，如二次侧管板表面、流量分配板表面、支撑板表面，以及传热管外表面等位置。
蒸汽发生器运行经验表明，泥渣沉积主要有以下三种危害：①杂质浓缩与管材腐蚀；②结垢与蒸汽压力下降；③梅花孔堵塞与水位不稳。
由于二次侧泥渣沉积对蒸汽发生器可能造成的后果十分严重，因此，对蒸汽发生器二次侧进行适时泥渣清洗是十分必要的。
1 蒸汽发生器二次侧管板泥渣水力冲洗技术介绍
1.1 蒸汽发生器二次侧管板泥渣水力冲洗原理
蒸汽发生器二次侧管板泥渣水力冲洗，利用蒸汽发生器二次侧的检修通道（二次侧手孔或眼孔），将安装有高压喷嘴的泥渣冲洗工具（以下简称为泥渣枪）伸入蒸汽发生器，利用喷嘴喷出的高压水射流的机械能，将位于传热管管间的泥渣击碎，由水循环系统进行收集，将泥水混合物排出蒸汽发生器，并进行过滤，将泥渣收集。
蒸汽发生器二次侧的结构，决定了泥渣枪的形式，包括蒸汽发生器传热管排列方式、中心管廊有无阻挡块、流量分配板的位置、下降套筒在手眼孔处的开孔形式等，其中，最大的影响因素就是传热管的排列方式，直接影响泥渣枪的结构设计。
为实现对蒸汽发生器二次侧管板上泥渣的有效冲洗，泥渣枪应实现两个基本的运动，一是喷嘴相对于泥渣堆积区的运动（直线或旋转运动），实现对单个管间完整的冲洗；二是喷嘴相对不同传热管管间的运动，实现对整个管板区域所有管间（或大部分管间）的冲洗。
通常，根据高压喷嘴工作的位置、工作压力以及用途的不同，泥渣枪可分为刚性泥渣枪和柔性泥渣枪。
泥渣枪冲洗系统基本组成部分包括：水箱模块、高压模块、枪体模块、抽吸模块、过滤模块、通信监视系统以及软管等，图1所示为泥渣冲洗系统的原理图。
1.2 刚性泥渣枪冲洗技术
刚性泥渣枪，高压喷嘴位于蒸汽发生器中间管廊或蒸汽发生器外管廊，位置对泥渣堆积区而言相对固定；喷嘴对准传热管间隙，进行高压水射流冲洗。刚性泥渣枪主要用以冲洗管板上的松软泥渣，工作压力相对较低。
根据蒸汽发生器传热管排列方式的不同，刚性泥渣枪可以分为正方形刚性泥渣枪和三角形刚性泥渣枪。
正方形刚性泥渣枪，根据枪体安装位置的不同，分为手孔刚性泥渣枪和眼孔刚性泥渣枪。手孔刚性泥渣枪，枪体安装在蒸汽发生器二次侧中心管廊两端的手孔（0°或180°手孔）上，定位于中间管廊，喷嘴从列方向对管间进行冲洗。眼孔刚性泥渣枪，枪体从90°或270°眼孔进入蒸汽发生器传热管管间，喷嘴从行方向对管间进行冲洗。眼孔泥渣枪是对手孔泥渣枪的补充，用于消除手孔泥渣枪冲洗存在的死区。
刚性泥渣枪对管板上松软泥渣有很好的冲洗效率和效果，但对冲洗管板上硬性泥渣的冲洗效率和效果就较差。
1.3 柔性泥渣枪冲洗技术
柔性泥渣枪，通过柔性枪体，直接将高压喷嘴导入传热管管间，使之接近泥渣堆积层并进行冲洗。它主要用以冲洗刚性泥渣枪不能有效清除的硬泥渣，冲洗压力比刚性泥渣枪高。
目前，国际上柔性泥渣枪冲洗技术主要有三种：①美国福斯特-米勒公司的CECIL装置；②德国西门子KWU的管板硬泥渣机械清洗装置；③B&W以及Framatome公司的管间水力冲洗系统。其中，以CECIL技术使用最为广泛。
CECIL基本结构为：①柔性枪体（包括喷嘴块，视频探头，高压水管以及外来物抓取工具等）；②支撑导轨及支撑架；③枪体安装与运动导轨；④枪体导轨摆动组件与步进组件；⑤柔性枪体步进组件；⑥控制单元。
柔性泥渣枪的主要用途是进行硬泥渣的冲洗。由于柔性泥渣枪每次只能冲洗一个管间，高压水流量小，因此冲洗效率较低，速度较慢，同时也不能有效地将冲碎的泥渣赶往外环廊，泥渣收集效果较差。因此，在现场实际应用时，往往是与刚性泥渣枪配套使用。
2 核动力运行研究所SG二次侧管板泥渣冲洗技术研究
自1996年以来，核动力运行研究所先后进行了秦山二期站、巴基斯坦卡拉奇、秦山三期、秦山一期等核电站SG管板冲洗泥渣枪的研制开发，并进行了泥渣冲洗系统的研制开发，取得了较好的成绩，开发的泥渣枪和冲洗系统已多次在现场使用。
2.1 正方形手孔刚性泥渣枪
核动力运行研究所针对秦山二期核电站、秦山一期核电站以及M310机组蒸汽发生器，开发了相应的正方形刚性泥渣枪。
正方形手孔刚性泥渣枪，机械部分组成包括：枪体组件，支架组件，步进组件，摆动组件，抽吸组件，环流组件。枪体采用悬臂结构，枪体分段通过花键或螺纹连接，电机驱动，齿轮齿条传动方式；控制系统采用PLC或工控机方式。枪体的运动（直线运动和旋转运动）驱动部件安装在手孔外。
研制的正方形手孔刚性泥渣枪具有以下主要技术特点。
1）枪体的步进运动精度高。枪体的步进运动，由微步进电机驱动、齿轮齿条传动实现。保证高压水射流始终对准传热管管间进行冲洗。
2）安装多个喷嘴的喷嘴块结构。泥渣枪喷嘴块上安装有8个喷嘴块，同时对4个传热管管间进行冲洗，能比较有效的清除传热管后部泥渣，不需要两个方向进行冲洗。
3）通过更换安装适配法兰，可用于其它结构相似的SG
冲洗。
4）控制系统良好的人机界面，便于操作人员操作。控制单元全功能控制与状态显示，适时给出相应的操作信息。
正方形手孔刚性泥渣枪基本结构和操作界面如图3所示。
2.2 三角形刚性泥渣枪研制
国内核电站蒸汽发生器采用三角形排列的主要秦山三期（CANDU堆型）以及AP1000机组，其SG传热管呈三角形排列，管间间隙狭小于5 mm。
由于传热管排列方式的不同，秦山三期泥渣枪直线运动驱动部件安装在手孔外，旋转运动驱动部件安装在枪体头部，位于手孔内。
秦山三期泥渣枪机械部分由定位法兰套、直线轴承、枪管、高压旋转喷头、齿轮齿条、伞形齿轮、驱动电机等组成。
由于传热管成三角形排列，为覆盖SG二次侧管板，设计了两个方向冲洗的高压旋转喷头（90°和120°方向各一个），从两个冲洗通道进行冲洗：90°和120°方向；枪管之间的连接通过螺纹连接，减小了枪管连接后的下垂变形量。
泥渣枪控制系统上位机选用西门子S7-200可编程逻辑控制器。驱动可分成步进、旋转两部分，其中步进采用松下交流伺服拖动，旋转部分采用Maxon直流电机拖动。
对于AP1000机组而言，蒸汽发生器结构和秦山三器蒸汽发生器又有较大不同，我们采用了全新的设计方案，采用在管板上爬行机器人的方式，以传热管作为定位基准，采用不同的喷嘴块结构，从不同的防线对传热管管间进行冲洗。目前，已完成了养鸡的设计制造和试验，并在2012年通过了国家级能源科学技术鉴定。
2.3 柔性泥渣枪研制
核动力运行研究研制的柔性泥渣枪由以下几部分组成：①柔性枪体（包括喷嘴块，高压水管）；②分段导轨；③支架组件；④枪体导轨摆动组件与步进组件；⑤柔性枪体步进组件；⑥控制单元。柔性枪体安装在分段导轨里面。
控制系统采用计算机加控制板卡的控制方式，同时配备内容丰富、功能强大的运动函数库，上位机中采用VB/VC编程，下位机采用驱动器底层开发语言编程，实现较为复杂的多轴运动控制功能。
柔性泥渣枪实现三个基本的运动：分段导轨带动柔性枪体在中心管廊的直线运动，分段导轨带动柔性枪体在中心管廊的摆动运动，柔性枪体在管间的直线运动。
研制柔性泥渣枪时，考虑了其通用性问题，通过更换安装时配法兰，并调用不同的程序，可以用于秦山二期等其它结构相似的SG的柔性冲洗。
研制的柔性泥渣枪，已在秦山一期、秦山二期多次大修时使用。也可适用于其他结构相似的SG，如M310机组。
3 SG二次侧管板泥渣冲洗系统研制开发
在进行冲洗泥渣枪研制开发的同时，核动力运行研究所也进行了泥渣冲洗系统的研制开发工作，并取得了较好成绩，实现了系统的组成模块化、体积小型化、操作简单化、通用性高等要求。
1）泥渣冲洗系统采用模块化设计：系统各主要功能件均设计为模块式结构，各模块安装在可移动的小车上；在保证性能的前提下，各模块尺寸小，体积轻巧，满足了现场搬运、安装和布置的需要。
2）高压模块采用变频控制，实现了低压冲洗、高压大流量冲洗以及超高压柔性冲洗，工作压力在0 MPa-35 MPa之间可以方便调节，流量在0 l/min-140 l/min之间可调。
3）系统采用集中控制，设置一集中控制台，各模块上主要设备的启动、关停、压力调节等操作，都可以在控制台上进行。有关的冲洗参数可以在相应模块上的仪表直接显示，也可在控制台上显示。控制台上设有设备运行故障状态显示、报警，以及自动停止功能，以保证人员和设备的安全。
4）冲洗系统主要设备均从国内采购，设备的维护维修方便。
总体而言，研制的移动式泥渣冲洗系统（集中式控制），充分考虑现场工作条件，做到了布置紧凑、简单实用、易于搬运、方便安装和拆卸。采用功能分散、集中控制模式，提高了整个系统自动化应用程度，从而提高整个工作效率，减轻工作人员劳动强度。
在研制了2套集中式控制移动泥渣冲洗系统后，为满足不同核电站使用的需求（主要是供电方式的区别），又研制配套了2套分散式控制泥渣冲洗系统，系统仍采用模块式结构，但各模块的控制和操作相互独立，即分散式控制。
4 结束语
经过近二十年的研究工作，核动力运行研究所已经成功的研制了各种形式的泥渣枪和冲洗系统，涵盖了国内所有立式SG机组，广泛用于国内外核电站SG二次侧管板的泥渣冲洗，目前，在核电站安装调试阶段以及每次大修期间，均实施了SG二次侧管板的泥渣冲洗，取得了很好的成绩，得到了电站的好评。
后续研究将主要在标准化、系列化方面开展工作，开发标准化、系列化的产品。
参考文献
[1]程慧平，周汇东，等.核电厂蒸汽发生器二次侧泥渣的沉积与清除[J].核动力运行研究，1998（1）.
[2]EPRI.CECIL： A Robot for Secondary-Side Maintenance of PWR Steam Generators， Final Report， February 1989.
[3]丁训慎，章成光.蒸汽发生器的清洗与检查一体化装置（CECIL）[J].核动力运行研究，1996（4）.
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