核電廠凝汽器檢漏系統(tǒng)的取樣點(diǎn)設(shè)計要求和方案

孫振平，褚孝榮，周李軍

（中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518124）

0 概 述

凝汽器是核電站汽輪機(jī)的重要輔機(jī)。在凝汽器運(yùn)行中，發(fā)生泄漏故障的事例占相當(dāng)大的比例。若凝汽器冷卻管發(fā)生泄漏，冷卻水混入凝結(jié)水中，會影響凝結(jié)水和給水水質(zhì)，機(jī)組必須強(qiáng)迫停機(jī)或降負(fù)荷運(yùn)行。需待機(jī)組停機(jī)或凝汽器單側(cè)運(yùn)行時，對凝汽器進(jìn)行查漏或堵漏工作。然而，面對具有5～6萬根冷卻管的凝汽器，欲迅速準(zhǔn)確地找到管束泄漏所在位置，絕非易事。凝汽器的檢漏系統(tǒng)對診斷凝汽器是否發(fā)生泄漏及定位泄漏點(diǎn)位置起著重要作用。凝汽器的檢漏取樣設(shè)計方案對準(zhǔn)確判斷漏點(diǎn)，縮短檢漏時間有著重大的經(jīng)濟(jì)意義。

1 凝汽器泄漏的原因及特征

凝汽器發(fā)生泄漏有多種原因，常由設(shè)備制造缺陷、機(jī)械撞擊、汽水沖刷、管束振動、焊縫缺陷等因素引起。

目前，國內(nèi)核電機(jī)組的選址均在沿海地區(qū)，使用海水作為凝汽器的冷卻水。在機(jī)組運(yùn)行階段，凝汽器的蒸汽側(cè)處于高真空狀態(tài)。當(dāng)凝汽器冷卻管發(fā)生泄漏時，海水將直接漏入凝結(jié)水中。出現(xiàn)的第一個現(xiàn)象就是凝結(jié)水的電導(dǎo)率上升，給水的電導(dǎo)率也將隨之上升。給水雜質(zhì)上升速率取決于泄漏量的大小及凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的處理能力。

海水混入凝結(jié)水，將影響凝結(jié)水和給水的品質(zhì)，蒸汽發(fā)生器二次側(cè)濃縮的氯化物、硫酸鹽等雜質(zhì)，將導(dǎo)致蒸汽發(fā)生器發(fā)生二次側(cè)應(yīng)力腐蝕破裂、凹陷、點(diǎn)腐蝕等老化問題。蒸汽發(fā)生器是核電一回路中的主設(shè)備，其使用壽命直接影響核電機(jī)組的運(yùn)行壽命。核電廠對蒸汽發(fā)生器有嚴(yán)格的老化管理制度，因此，對于直接影響機(jī)組安全性和經(jīng)濟(jì)性的凝汽器泄漏事故，必須及時得到處理。

2 凝汽器泄漏事故的處理邏輯

核電廠對二回路的水質(zhì)有嚴(yán)格的要求，某核電廠對凝結(jié)水水質(zhì)的要求，如表1所示［1］。

表1 凝結(jié)水水質(zhì)的質(zhì)量指標(biāo)

按照蒸汽發(fā)生器排污水的Na離子含量和電導(dǎo)率，某核電廠將機(jī)組劃分為五個運(yùn)行區(qū)域，如圖1所示［1］。

圖1 蒸汽發(fā)生器排污水中的Na含量和λ所決定運(yùn)行區(qū)域圖

當(dāng)凝汽器泄漏后，凝結(jié)水的水質(zhì)開始惡化。電廠將給水的全部流量投入凝結(jié)水精處理系統(tǒng)，對凝結(jié)水進(jìn)行凈化處理。凝結(jié)水精處理系統(tǒng)對凝結(jié)水的處理能力是有限的，當(dāng)海水泄漏量大于凝結(jié)水處理系統(tǒng)的處理能力后，蒸汽發(fā)生器排污水的水質(zhì)惡化，機(jī)組運(yùn)行可能進(jìn)入圖1中5區(qū)狀態(tài)。在此情況下，應(yīng)立即停機(jī)。在停機(jī)狀態(tài)下，對凝汽器進(jìn)行查漏或堵漏。當(dāng)海水泄漏量較小時，蒸汽發(fā)生器排污水的水質(zhì)變化未能使機(jī)組進(jìn)入5區(qū)的運(yùn)行狀態(tài)。在這種情況下，機(jī)組應(yīng)降功率運(yùn)行，停運(yùn)發(fā)生泄漏的凝汽器管束對應(yīng)的循環(huán)水泵，機(jī)組降功率后讓凝汽器單側(cè)運(yùn)行。在凝汽器單側(cè)運(yùn)行狀態(tài)下，對凝汽器進(jìn)行查漏或堵漏。核電廠對凝汽器泄漏事故的處理邏輯，如圖2所示。

圖2 凝汽器泄漏事故的處理邏輯

3 查檢凝汽器泄漏的方法

對于國內(nèi)火電機(jī)組凝汽器的查漏方法有很多種，如灌水法、薄膜覆蓋法、燭火法、泡沫法、壓縮空氣法、氦氣檢漏法等。各種查漏方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。氦氣檢漏法的靈敏度高，具有能查出微小泄漏的優(yōu)點(diǎn)，曾經(jīng)在大亞灣核電機(jī)組［2］、秦山二期核電機(jī)組上有過成功應(yīng)用［3］。

4 凝汽器檢漏系統(tǒng)的工作原理

當(dāng)凝汽器泄漏后，循環(huán)冷卻水污染了凝結(jié)水水質(zhì)，使凝結(jié)水的水質(zhì)惡化，各種離子濃度升高，凝結(jié)水的導(dǎo)電率上升。根據(jù)這一運(yùn)行機(jī)理，從凝汽器熱井中取得具有代表性的凝結(jié)水樣品，用精密可靠的化學(xué)分析儀表，在線對凝結(jié)水樣品進(jìn)行分析，檢測凝結(jié)水的水質(zhì)變化，可以判斷出凝汽器是否發(fā)生泄漏。

5 凝汽器檢漏系統(tǒng)取樣點(diǎn)的設(shè)計要求

從凝汽器熱井中抽取具有代表性的樣品水，是凝汽器檢漏技術(shù)中的重要環(huán)節(jié)。核電凝汽器一般是雙通道、單流程結(jié)構(gòu)。讓凝汽器單側(cè)運(yùn)行，從氦氣檢漏的步驟可知，凝汽器檢漏系統(tǒng)首先應(yīng)能夠判斷出那個凝汽器管束模塊已泄漏。為實(shí)現(xiàn)該功能，要求2個相鄰的管束模塊的凝結(jié)水不能互混，使得從每個管束模塊的取樣具備代表性，檢漏系統(tǒng)才能定位已泄露的管束模塊。

氦氣檢漏法能夠精確定位發(fā)生泄漏的鈦管，但無法區(qū)分該根鈦管的泄漏的具體位置，泄漏位置可能在前端管板處的焊縫泄漏、后端管板處的焊縫泄漏，或者是在鈦管中間位置有泄漏點(diǎn)，需要用滲透探傷、渦流探傷等方法作進(jìn)一步檢查。為縮短檢漏時間，給檢漏工作提供更多的信息，每個管束模塊至少應(yīng)設(shè)置3個取樣點(diǎn)，分別代表前端管板焊縫泄漏水樣、后端管板焊縫泄漏水樣、中間端鈦管端泄漏水樣，3個取樣點(diǎn)均應(yīng)具備代表性。

6 三種凝汽器檢漏系統(tǒng)取樣點(diǎn)設(shè)計方案

國內(nèi)三大核電凝汽器供貨商分別是上海電氣電站設(shè)備有限公司電站輔機(jī)廠（簡稱SAP）、東方汽輪機(jī)廠（簡稱DTC）和哈爾濱汽輪機(jī)廠（簡稱HTC）。三大公司設(shè)計的凝汽器結(jié)構(gòu)各不相同，所以，凝汽器取樣點(diǎn)的設(shè)計也有所不同，各具特點(diǎn)。

6.1 SAP取樣點(diǎn)設(shè)計方案

SAP的取樣點(diǎn)設(shè)計方案，是在凝汽器管束的下方，布置4根多孔管用于管束的泄漏取樣。在前、后端管板下部設(shè)置了集水槽，用于前、后端管板的泄漏取樣，相鄰2個管束模塊間的底板被完全隔開。每個凝汽器（相鄰的2個管束模塊）設(shè)置8個管束檢漏取樣口和4個端管板檢漏取樣口。管束檢漏和前、后端管板的檢漏各用1套檢漏裝置，檢漏取樣的位置，如圖3所示。

圖3 SAP凝汽器檢漏系統(tǒng)取樣點(diǎn)位置

6.2 DTC取樣點(diǎn)設(shè)計方案

DTC的取樣點(diǎn)設(shè)計方案，是在凝汽器管束的下方，布置了集水盤，管束泄漏取樣來自集水盤。在前、后端管板的下部設(shè)置集水槽，用于前、后端管板泄漏取樣。每個管束模塊設(shè)置1個管束檢漏取樣口和2個端管板檢漏取樣口，檢漏取樣點(diǎn)和端管板取樣點(diǎn)共用1套檢漏裝置，泄漏取樣的位置，如圖4所示。

圖4 DTC凝氣器檢漏取樣點(diǎn)位置

6.3 HTC取樣點(diǎn)設(shè)計方案

在HTC的取樣點(diǎn)設(shè)計方案中，管束泄漏取樣來自熱井凝結(jié)水的出口管處。在熱井底部設(shè)置了隔板（在隔板中間位置的底部設(shè)置有方孔，以便凝結(jié)水的流通），將前、后端管板與管束凝結(jié)水隔離。前、后端管板泄漏取樣來自熱井底部兩端。相鄰2個模塊用隔板隔開，隔板中間存在缺口，該缺口可使相鄰2個熱井模塊的凝結(jié)水位保持一致，并可作為熱井檢修通道。同一管束模塊的1個管束取樣點(diǎn)和2個端管板取樣點(diǎn)共用1套檢漏裝置，泄漏取樣的位置，如圖5所示。

圖5 HTC凝氣器檢漏取樣點(diǎn)位置

7 檢漏系統(tǒng)存在誤判情況

凝汽器的內(nèi)部空間很大，不能預(yù)先確定泄漏位置，檢漏系統(tǒng)有時存在誤判情況。

（1）因凝汽器中相鄰兩個管束模塊是相通的，間隔比較近。假設(shè)A管束模塊邊緣處的鈦管破損，就可能會噴射至B管束熱井處，造成誤判B管束模塊泄漏。HTC設(shè)計的相鄰管束模塊熱井不完全隔離，存在與凝結(jié)水互混的可能，也會造成管束模塊已泄漏的誤判。

（2）如果靠近前、后端管板處的鈦管泄漏，海水可能會噴入前、后端管板焊縫泄漏的取樣區(qū)域，造成前、后端管板焊縫已泄漏的誤判。

（3）管束凝結(jié)水區(qū)域的面積較大，但取樣管的長度已設(shè)定，如泄漏點(diǎn)不在取樣管的長度范圍內(nèi)，存在不能取到泄漏處海水的情況，造成凝汽器沒有發(fā)生泄漏的誤判。

8 結(jié) 語

凝汽器檢漏系統(tǒng)主要是為檢漏工作提供信息，以便盡可能地縮短檢漏工作的時間。核電機(jī)組設(shè)計有二回路取樣檢測系統(tǒng)，可對二回路的水質(zhì)進(jìn)行實(shí)時檢測，某種情況下的誤判，不會對機(jī)組運(yùn)行和檢修工作造成很大的影響。通過原因分析，可盡量避免誤判情況的發(fā)生。