核電站凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的旁路設(shè)置

梁橋洪，葉　燦

（深圳中廣核工程設(shè)計(jì)有限公司，廣東深圳518172）

核電站凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的旁路設(shè)置

梁橋洪，葉燦

（深圳中廣核工程設(shè)計(jì)有限公司，廣東深圳518172）

介紹了核電站凝結(jié)水精處理系統(tǒng)中的無(wú)閥主旁路、內(nèi)循環(huán)旁路、陽(yáng)床旁路的主要功能及設(shè)置目的，結(jié)合已投運(yùn)核電站的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，詳細(xì)分析了3種旁路在核電站二回路供水安全、隔離長(zhǎng)期停運(yùn)設(shè)備循環(huán)運(yùn)行中對(duì)二回路的影響，并給出了一些旁路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改進(jìn)建議。討論了有備用陽(yáng)床條件下取消陽(yáng)床旁路系統(tǒng)的可行性，為新建核電站項(xiàng)目的凝結(jié)水精處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。

凝結(jié)水處理；核電站；旁路系統(tǒng)

核電站凝結(jié)水精處理系統(tǒng)可去除凝結(jié)水中的懸浮雜質(zhì)和離子性雜質(zhì)，保證二回路水質(zhì)達(dá)標(biāo)，從而減少熱力系統(tǒng)設(shè)備腐蝕和結(jié)垢，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)可大大減少系統(tǒng)沖洗時(shí)間，使機(jī)組盡快投入運(yùn)行并節(jié)約除鹽水用量；當(dāng)凝汽器發(fā)生一定范圍的海水泄漏時(shí)，阻止海水中的雜質(zhì)進(jìn)入常規(guī)島熱力系統(tǒng)，并給運(yùn)行人員較充裕的時(shí)間采取相應(yīng)措施〔1〕。

核電站與常規(guī)火電廠的凝結(jié)水精處理系統(tǒng)組成、功能類似，核電站凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的處理水量是相同單機(jī)容量火電機(jī)組的1倍左右，出水水質(zhì)要求更高，在系統(tǒng)連接上核電站與火電廠差別最大的是旁路系統(tǒng)。火電廠的凝結(jié)水精處理系統(tǒng)串聯(lián)在凝結(jié)水主回路中，系統(tǒng)帶1個(gè)旁路閥組，旁路閥全關(guān)、部分關(guān)、全開等狀態(tài)可使凝結(jié)水全部處理、部分處理、不處理，設(shè)檢修旁路閥，在主旁路自動(dòng)閥門檢修或故障時(shí)，人工啟閉檢修旁路完成相應(yīng)功能（見(jiàn)圖1）。

為保證核電站二回路的供水安全，其旁路與火電廠有較大差異。核電站凝結(jié)水精處理系統(tǒng)并聯(lián)在凝結(jié)水管上，凝結(jié)水精處理設(shè)備對(duì)凝結(jié)水進(jìn)行旁流處理，即主旁路是無(wú)閥旁路。除主旁路外，凝結(jié)水精處理系統(tǒng)還設(shè)置系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)旁路、陽(yáng)床旁路。筆者對(duì)核電站凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的各旁路系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)分析。

圖1　火電廠凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的旁路示意

1　凝結(jié)水精處理系統(tǒng)主旁路

如圖1所示，火電廠的凝結(jié)水精處理系統(tǒng)直接串聯(lián)在凝結(jié)水主回路中，再設(shè)置含閥門組的旁路系統(tǒng)。這種連接方式可能存在的風(fēng)險(xiǎn)是凝結(jié)水精處理系統(tǒng)發(fā)生故障或操作失誤停運(yùn)時(shí)，旁路閥錯(cuò)誤關(guān)閉，造成凝結(jié)水?dāng)嗔鳎劤蓢?yán)重事故，此類故障在火電廠的運(yùn)行中已有發(fā)生〔2〕，如同類事故發(fā)生在核電站將引發(fā)嚴(yán)重后果。核電站的凝結(jié)水精處理系統(tǒng)一般采用中壓旁流式精處理系統(tǒng)，見(jiàn)圖2。

圖2　核電站凝結(jié)水精處理系統(tǒng)旁路示意

凝結(jié)水精處理系統(tǒng)是主凝結(jié)水管路的旁路裝置。凝結(jié)水主回路上沒(méi)有設(shè)旁路隔離閥和其他裝置，為使凝結(jié)水流經(jīng)凝結(jié)水精處理裝置，系統(tǒng)設(shè)置了升壓泵作為系統(tǒng)運(yùn)行動(dòng)力。即凝結(jié)水泵輸出的凝結(jié)水，如不需處理則直接通過(guò)凝結(jié)水精處理主旁路流至低壓加熱器；當(dāng)需要對(duì)凝結(jié)水進(jìn)行處理時(shí)，如凝結(jié)水精處理設(shè)備處于熱備用狀態(tài)，則只需啟動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)的升壓泵及打開相應(yīng)閥門，精處理裝置即可對(duì)主凝結(jié)水泵來(lái)凝結(jié)水進(jìn)行凈化處理，處理后的凝結(jié)水流入低壓加熱器等后續(xù)設(shè)備。為保證全部凝結(jié)水得到處理，須考慮有5%～10%處理好的凈凝結(jié)水從主凝結(jié)水管回流，隨未經(jīng)處理的凝結(jié)水進(jìn)入精處理裝置的入口母管，因此凝結(jié)水精處理設(shè)備的處理水量也應(yīng)較凝結(jié)水量多5%～10%。

機(jī)組運(yùn)行時(shí)，凝結(jié)水精處理系統(tǒng)啟停、故障等對(duì)二回路影響很小，甚至在凝結(jié)水精處理系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生破口等事故時(shí)，也可簡(jiǎn)單關(guān)閉凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的進(jìn)出口母管閥門，使其與二回路系統(tǒng)完全隔離，讓凝結(jié)水直接通過(guò)旁路流至下游系統(tǒng)，使二回路供水可靠性不受設(shè)備故障的影響，確保不會(huì)出現(xiàn)因凝結(jié)水精處理系統(tǒng)問(wèn)題而導(dǎo)致二回路凝結(jié)水?dāng)嗔魇鹿省?/p>

2　內(nèi)循環(huán)旁路

核電站機(jī)組運(yùn)行時(shí)，為減輕熱力系統(tǒng)腐蝕，凝結(jié)水pH控制在9.6～9.8，實(shí)際運(yùn)行時(shí)一般維持在9.7，對(duì)應(yīng)凝結(jié)水中的氨為3.3 mg/L〔3〕。凝結(jié)水精處理系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)，凝結(jié)水中的氨被陽(yáng)床完全吸收，造成陽(yáng)床頻繁再生，酸堿耗量、廢水排放量增加，另一方面機(jī)組加氨量劇增。若精處理系統(tǒng)全流量運(yùn)行，每臺(tái)機(jī)組每天需加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的氨水1.1 t〔3〕。因此機(jī)組二回路水質(zhì)達(dá)標(biāo)時(shí)，運(yùn)行凝結(jié)水精處理系統(tǒng)將增加運(yùn)行成本及操作工作量，增加低放射性廢水排放量。

鑒于上述原因，大亞灣、嶺澳一、二期在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，只有機(jī)組啟動(dòng)或二回路水質(zhì)超標(biāo)時(shí)才投運(yùn)凝結(jié)水精處理系統(tǒng)，正常運(yùn)行時(shí)如各項(xiàng)水質(zhì)達(dá)標(biāo)，一般不投運(yùn)凝結(jié)水精處理系統(tǒng)。為保證長(zhǎng)期停運(yùn)的凝結(jié)水精處理系統(tǒng)設(shè)備能在需要時(shí)及時(shí)投運(yùn)，要求每隔一定時(shí)間凝結(jié)水精處理應(yīng)進(jìn)行循環(huán)運(yùn)行，確保樹脂、設(shè)備處于正常狀態(tài)。為達(dá)到內(nèi)循環(huán)目的，大亞灣、嶺澳一、二期凝結(jié)水精處理系統(tǒng)在系統(tǒng)進(jìn)水母管隔離閥后、出水母管隔離閥前設(shè)置含1只DN300mm手動(dòng)閥的內(nèi)循環(huán)管，見(jiàn)圖2。此旁路的主要功能是在系統(tǒng)需要內(nèi)循環(huán)運(yùn)行時(shí)，關(guān)閉進(jìn)出水母管隔離門，投運(yùn)陽(yáng)床、混床，打開內(nèi)循環(huán)閥，啟動(dòng)升壓泵，凝結(jié)水精處理系統(tǒng)即可內(nèi)循環(huán)運(yùn)行，系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)運(yùn)行時(shí)與二回路完全隔離，不會(huì)對(duì)機(jī)組二回路正常運(yùn)行造成任何干擾。

CPR1000核電機(jī)組凝結(jié)水精處理系統(tǒng)中一般設(shè)置3臺(tái)流量為2 000 t/h的升壓泵（2用1備），三代核電凝結(jié)水精處理系統(tǒng)中單臺(tái)升壓泵的流量更大，內(nèi)循環(huán)運(yùn)行時(shí)一般啟動(dòng)1臺(tái)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)泵流量進(jìn)行內(nèi)循環(huán)管徑復(fù)核，CPR1000機(jī)組內(nèi)循環(huán)旁路口徑一般應(yīng)選DN400mm左右。另外，內(nèi)循環(huán)隔離閥門宜為電動(dòng)閥，采用程序控制，并設(shè)必要的控制連鎖，減小人員勞動(dòng)強(qiáng)度，增加系統(tǒng)自動(dòng)化水平和可靠性。

凝結(jié)水精處理系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)時(shí)進(jìn)出口母管隔離閥門關(guān)閉，設(shè)備管道內(nèi)儲(chǔ)存水量較少，循環(huán)運(yùn)行時(shí)水泵機(jī)械能轉(zhuǎn)化為大量熱能，隨循環(huán)過(guò)程進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)水溫逐漸升高。因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，程控系統(tǒng)在內(nèi)循環(huán)工況下應(yīng)具備有效的溫度監(jiān)測(cè)、保護(hù)功能，并設(shè)置最大單次內(nèi)循環(huán)運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)，避免長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)水溫過(guò)高，損壞設(shè)備內(nèi)的離子交換樹脂。

3　陽(yáng)床旁路

核電機(jī)組主凝結(jié)水泵送出的凝結(jié)水到達(dá)凝結(jié)水精處理系統(tǒng)時(shí)，先進(jìn)入前置陽(yáng)床去除溶解性陽(yáng)離子雜質(zhì)及顆粒性雜質(zhì)，再進(jìn)入混床，去除陽(yáng)床漏出的溶解性陽(yáng)、陰離子雜質(zhì)、透過(guò)陽(yáng)床的顆粒性雜質(zhì)。大亞灣、嶺澳一、二期凝結(jié)水精處理系統(tǒng)都設(shè)置了陽(yáng)床旁路〔1〕，在陽(yáng)床故障失效時(shí)，通過(guò)部分或全部開啟陽(yáng)床旁路閥，使部分或全部凝結(jié)水直接進(jìn)入混床處理。

嶺澳一期凝結(jié)水精處理系統(tǒng)由3臺(tái)DN3800mm陽(yáng)床、3臺(tái)DN 3 200 mm混床組成，每臺(tái)陽(yáng)、混床出力為33.3%，無(wú)備用。1臺(tái)陽(yáng)床失效時(shí)打開33.3%旁路，退出失效陽(yáng)床，輸出失效樹脂，傳入再生好的備用樹脂重新投運(yùn)陽(yáng)床，關(guān)閉陽(yáng)床旁路。為保證出水水質(zhì)，可在所有陽(yáng)床都不投運(yùn)狀態(tài)下單獨(dú)運(yùn)行混床。因陽(yáng)床出水呈酸性，故不能單獨(dú)投運(yùn)陽(yáng)床，系統(tǒng)不設(shè)置單獨(dú)混床旁路。

大亞灣、嶺澳二期陽(yáng)床、混床均設(shè)有備用床，大亞灣設(shè)置4臺(tái)DN 3 800 mm陽(yáng)床，3運(yùn)1備，嶺澳二期設(shè)置5臺(tái)DN 3 200 mm陽(yáng)床，4運(yùn)1備，當(dāng)陽(yáng)床進(jìn)出口壓降過(guò)大（壓降≥0.35 MPa）、出口電導(dǎo)率升高至規(guī)定值、達(dá)到設(shè)定周期制水量時(shí)，則陽(yáng)床失效。當(dāng)1臺(tái)陽(yáng)床失效時(shí)，備用陽(yáng)床投運(yùn)，失效陽(yáng)床退出運(yùn)行，失效樹脂用水力輸送至再生系統(tǒng)，然后將已再生好的備用樹脂輸送到陽(yáng)床，陽(yáng)床沖洗至出水合格后備用。失效陽(yáng)樹脂在再生系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行反洗和（或）徹底的化學(xué)再生，完成再生后備用。如有2臺(tái)及以上陽(yáng)床同時(shí)不可用（失效或故障），不可用的陽(yáng)床退出運(yùn)行，備用陽(yáng)床投運(yùn)，同時(shí)陽(yáng)床旁路門部分打開，部分凝結(jié)水直接經(jīng)旁路進(jìn)入混床。

從上述運(yùn)行方式可見(jiàn)，如系統(tǒng)沒(méi)有備用陽(yáng)床，要保證凝結(jié)水100%處理，陽(yáng)床故障或失效時(shí)必須全部或部分打開旁路，使部分或全部凝結(jié)水直接進(jìn)入混床。系統(tǒng)如設(shè)置有備用陽(yáng)床，正常運(yùn)行時(shí)，當(dāng)1臺(tái)陽(yáng)床運(yùn)行至失效終點(diǎn)，先投運(yùn)備用床，失效裝置退出運(yùn)行，再將失效樹脂輸送至再生系統(tǒng)進(jìn)行反洗和（或）徹底的化學(xué)再生。凝結(jié)水精處理系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)陽(yáng)床逐臺(tái)失效再生過(guò)程中，無(wú)需打開陽(yáng)床旁路。

1臺(tái)以上陽(yáng)床不可用有2種情況：一是1臺(tái)及以上陽(yáng)床故障無(wú)法運(yùn)行，又需要處理全流量凝結(jié)水，這種事故疊加工況在設(shè)計(jì)時(shí)可不做考慮。大量運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)也表明，中壓凝結(jié)水處理設(shè)備可靠性較高，設(shè)備運(yùn)行維護(hù)良好時(shí)出現(xiàn)故障概率小。即使出現(xiàn)這種極端工況，則全部投運(yùn)完好設(shè)備，部分處理凝結(jié)水也不會(huì)對(duì)機(jī)組正常運(yùn)行產(chǎn)生較大影響。第二種情況是2臺(tái)及以上陽(yáng)床同時(shí)失效。這種工況可從凝結(jié)水精處理系統(tǒng)運(yùn)行中解決，在系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)按一定時(shí)間順序逐漸投運(yùn)陽(yáng)床、混床，并控制合理的投運(yùn)時(shí)間間隔，可避免多臺(tái)床同時(shí)失效。如特殊情況下沒(méi)能有效避免2臺(tái)以上陽(yáng)床同時(shí)失效，凝結(jié)水又必須全流量處理時(shí)，可先投運(yùn)備用床，退出1臺(tái)失效床并進(jìn)行樹脂傳輸、再生，其他失效床繼續(xù)運(yùn)行，直到逐臺(tái)陽(yáng)床樹脂均再生完成。由于陽(yáng)床出水水質(zhì)超標(biāo)時(shí)，床內(nèi)樹脂尚存在殘余交換容量，繼續(xù)運(yùn)行還能去除大部分陽(yáng)離子，減輕混床負(fù)擔(dān)。如直接打開陽(yáng)床旁路，高pH凝結(jié)水直接進(jìn)入混床會(huì)導(dǎo)致混床很快失效，因混床樹脂的分離、再生復(fù)雜，耗時(shí)長(zhǎng)，如幾臺(tái)混床同時(shí)失效將導(dǎo)致整個(gè)凝結(jié)水精處理系統(tǒng)無(wú)法運(yùn)行。因此在這種工況下，全部退出失效陽(yáng)床，打開旁路運(yùn)行反而大幅縮短了凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的可用時(shí)間。如不打開陽(yáng)床旁路，讓失效陽(yáng)床繼續(xù)運(yùn)行，可充分利用陽(yáng)床樹脂剩余交換容量，延長(zhǎng)混床制水周期，在最惡劣工況下也可保證較長(zhǎng)時(shí)間有部分凝結(jié)水得到處理。

大亞灣、嶺澳二期核電站都同時(shí)設(shè)置備用陽(yáng)床和陽(yáng)床旁路，自凝結(jié)水精處理系統(tǒng)投運(yùn)至今，沒(méi)有出現(xiàn)因陽(yáng)床退出而投運(yùn)陽(yáng)床旁路的工況。此外，由于陽(yáng)床旁路大都采用電動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥，閥門調(diào)節(jié)性能較差，系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行時(shí)很難精確控制流過(guò)旁路閥的流量，實(shí)際運(yùn)行中幾乎無(wú)法實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)期望的部分凝結(jié)水流過(guò)旁路的功能。國(guó)內(nèi)新建部分核電站項(xiàng)目中，方家山、福清等CPR1000機(jī)組核電站及海陽(yáng)核電站的AP1000機(jī)組，凝結(jié)水精處理系統(tǒng)都未設(shè)置陽(yáng)床旁路。

從上述分析可見(jiàn)，凝結(jié)水精處理系統(tǒng)設(shè)置備用陽(yáng)床時(shí)，陽(yáng)床旁路系統(tǒng)可以取消。由于陽(yáng)床旁路閥組為中壓大口徑閥門，管道為大口徑不銹鋼管，取消陽(yáng)床旁路可有效降低系統(tǒng)造價(jià)，減小運(yùn)行維護(hù)工作量。

CPR1000、AP1000等核電機(jī)組的凝結(jié)水精處理系統(tǒng)處理水量大，系統(tǒng)主要母管為大口徑（DN 600～800 mm）管道，為減小系統(tǒng)升壓的沖擊，除合理設(shè)置排氣、排水閥外，建議在陽(yáng)床、混床進(jìn)出水母管間設(shè)置小口徑升壓閥（如DN 25 mm），保證系統(tǒng)升壓時(shí)操作方便，減小水流沖擊。

4　結(jié)論

核電站凝結(jié)水精處理系統(tǒng)設(shè)置的3個(gè)旁路中，主旁路采用無(wú)閥旁路，較有閥旁路大幅提高了機(jī)組二回路的供水安全及凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的運(yùn)行靈活性；內(nèi)循環(huán)旁路使凝結(jié)水精處理系統(tǒng)與二回路隔離的狀態(tài)下進(jìn)行內(nèi)循環(huán)運(yùn)行，為系統(tǒng)調(diào)試及長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)時(shí)定期循環(huán)運(yùn)行提供了方便；凝結(jié)水精處理系統(tǒng)中如設(shè)置了備用陽(yáng)床，則可以不設(shè)置陽(yáng)床旁路。

［1］朱興寶，熊京川，梁橋洪.嶺澳核電站二期凝結(jié)水處理系統(tǒng)重大技術(shù)改進(jìn)［J］.核動(dòng)力工程，2009，30（6）：1-5.

［2］王正平，王建華.核電站凝結(jié)水精處理系統(tǒng)無(wú)閥旁路的設(shè)計(jì)特點(diǎn)［J］.華電技術(shù)，2011，33（12）：21-23.

［3］韓隸傳，汪德良.熱力發(fā)電廠凝結(jié)水處理［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2010：20-28.

Research on the bypass system setting-up for the condensate polishing system in nuclear power plants

Liang Qiaohong，Ye Can
（China Nuclear Power Design Co.，Ltd.（Shenzhen），Shenzhen 518172，China）

The set-up purposes and main functions of the main bypass without valves，internal circulation bypass，and cation bed bypass for the condensate polishing system of nuclear power plants are introduced.According to the operation experiences of the nuclear power plant under working condition，the influences of the three kinds of bypasses on the secondary circuit in terms of water supply safety of the secondary circuit in the nuclear power plant，and the cyclic running of chronically out-of-service equipment are analyzed in detail.Some suggestions on the design improvement for bypass systems are provided.The feasibility of getting rid of cationic bed bypass system under the condition of having backup cationic beds is discussed，providing reference for the design of condensate polishing system in newly-built nuclear power plants.

condensate treatment；nuclear power plant；bypass system

TL353

B

1005-829X（2016）04-0102-03

梁橋洪（1969—），高級(jí)工程師，電話：0755-84438584，E-mail：liangqiaohong@cgnpc.com.cn。

2016-03-01（修改稿）