寧德核電站循環(huán)水過濾系統(tǒng)儀控部分技術(shù)改進

李懷洲，陸海榮

(1.福建寧德核電有限公司，福建 寧德 355209；2.蘇州熱工研究院有限公司，江蘇 蘇州 215004)

0 引言

寧德核電站循環(huán)水過濾系統(tǒng)(CFI系統(tǒng))主要用于給廠用水系統(tǒng)提供過濾后的海水，部分具備核安全相關(guān)的功能(主要用于提供三回路以及核島核安全系統(tǒng)、常規(guī)島設(shè)備的冷卻用水等)。但自正式投運以來，該系統(tǒng)缺陷多發(fā)，且現(xiàn)場維修無法從根本上解決問題，只能頻繁重復性維修，暫時維持系統(tǒng)功能。這對保障電站冷源的可靠性不利，甚至曾出現(xiàn)過因CFI系統(tǒng)故障導致機組降功率的事件。

因此，需對系統(tǒng)缺陷進行梳理，做出技術(shù)改進以緩解或根治系統(tǒng)問題，保障冷源系統(tǒng)的可靠運行和機組安全穩(wěn)定運行，進而提升核電站的安全性和經(jīng)濟性。

1 循環(huán)水過濾系統(tǒng)功能存在的問題

寧德核電站循環(huán)水過濾系統(tǒng)主要為機組三回路用水、設(shè)備冷卻用水以及海水淡化系統(tǒng)水源提供過濾功能，防止直徑大于3 mm的海生物和廢棄物等經(jīng)由海水夾帶進入電站泵站。

循環(huán)水過濾系統(tǒng)主要由粗格柵、細格柵、格柵清污機、鼓型濾網(wǎng)、反沖洗設(shè)備等組成。

在設(shè)計循環(huán)水過濾系統(tǒng)時，由于引用的是寧德核電站《廠址有關(guān)設(shè)計數(shù)據(jù)》以及海生物調(diào)查報告中的相關(guān)資料，且資料中未涉及或未考慮當?shù)睾Ｉ?如海地瓜、棕囊藻等)的入侵，因此在設(shè)計基準中未考慮大量海生物入侵以及應對預案；同時，設(shè)計基準未將寧德核電站海水水域中的泥沙含量作為關(guān)注點。

其中，格柵清污機主要用于刮除攔截在細格柵上的垃圾。原設(shè)計過于理想化，認為竹竿等體積較大的雜物應在進水明渠前段就被攔污網(wǎng)攔截了，未考慮竹竿等雜物漂過攔污網(wǎng)進入細格柵的情況，因此在格柵清污機的設(shè)計基準中未考慮去除竹竿、木頭等較大雜物。此類雜物被攔截在細格柵處，會被清污機打撈，但大型雜物容易卡在清污機耙齒與墻壁之間，輕則導致清污機上的鋼絲繩錯亂斷絲，重則導致清污機電機過載燒毀。

由于上述設(shè)計基準未充分考慮寧德核電站的實際情況，導致格柵清污機頻繁損壞、鼓型濾網(wǎng)網(wǎng)片變形，甚至循環(huán)水泵脫扣事件發(fā)生。

變更設(shè)計基準需要收集大量數(shù)據(jù)進行論證，需要較長時間。由于現(xiàn)場問題的表象基本均是體現(xiàn)在儀控設(shè)備上，例如鼓型濾網(wǎng)頻繁出現(xiàn)差壓高報警、監(jiān)測格柵清污機前后差壓的水位差計頻繁報警等，因此在設(shè)計基準進行變更之前，需要通過技術(shù)改進提升儀控設(shè)備的可靠性，減少因儀控設(shè)備故障導致的循環(huán)水過濾系統(tǒng)可用性下降的概率，這對收集數(shù)據(jù)的準確性非常重要。

2 儀控設(shè)備技術(shù)改進

根據(jù)歷史故障記錄，寧德核電站CFI系統(tǒng)儀控設(shè)備的故障主要集中在接近開關(guān)(SM/SX)、超聲波液位計/靜壓式水位差計(MN)和壓力開關(guān)(SP)?，F(xiàn)通過對這幾型開關(guān)故障原因的梳理與分析，進行換型改造。

2.1 接近開關(guān)換型

根據(jù)運行故障統(tǒng)計數(shù)據(jù)，格柵清污機上的接近開關(guān)在1年期間總故障次數(shù)將近40次，具體故障現(xiàn)象表現(xiàn)為：耙斗與柵條嚙合/脫離到位開關(guān)出現(xiàn)故障，開關(guān)無法觸發(fā)時，耙斗嚙合電機對應絲桿將其端蓋頂出，無法自動復位，需要機械、電氣、儀控3個專業(yè)同時配合處理，耗時約15天；耙斗搭在攔污擋板上，無法脫離；嚙合電機與其對應絲桿脫扣，需要機械、電氣、儀控3個專業(yè)相繼處理，耗時約15天；松繩開關(guān)無法正常觸發(fā)，導致耙斗位置偏移，嚴重時導致格柵清污機損毀；設(shè)備過載開關(guān)故障產(chǎn)生誤報警，導致“提升減速電機”誤動作。

格柵清污機使用的接近開關(guān)為電感型，型號為XS630B1NAM12，安裝于CFI系統(tǒng)格柵清污機本體上，用于監(jiān)測格柵清污機的松繩或耙斗狀態(tài)。其中松繩開關(guān)用于監(jiān)測松繩狀態(tài)。當監(jiān)測到1根或2根鋼絲繩出現(xiàn)松弛狀態(tài)時，將觸發(fā)報警，且聯(lián)動停運下游設(shè)備“提升減速電機”；耙斗與柵條嚙合/脫離到位開關(guān)用于監(jiān)測耙斗狀態(tài)，其邏輯信號參與控制下游設(shè)備“電動執(zhí)行機構(gòu)”的投運動作。

設(shè)備接近開關(guān)用于監(jiān)測格柵清污機的耙斗是否過載，其邏輯信號參與控制下游設(shè)備“提升減速電機”的動作，一旦過載報警，則停運電機。

根據(jù)現(xiàn)場運行經(jīng)驗和歷次維修經(jīng)驗反饋，由于上述接近開關(guān)的電氣連接為防護等級較低的小型航空插頭，易受外部雨水、空氣濕度和空氣中鹽分的影響，長期使用后航空插頭接口處生銹腐蝕，導致接觸不良，進而使得接近開關(guān)無法正常動作。現(xiàn)場航空插頭更換前3個月故障率明顯低于其他時段，進一步印證了故障引發(fā)的原因。

因此，技術(shù)改進方案擬定為更換防護等級更高的航空插頭或者去除電纜的航空插頭，變?yōu)橐惑w式接近開關(guān)。基于航空插頭的不穩(wěn)定性，現(xiàn)場通過重新設(shè)計并與廠家定制了去除航空插頭的一體式接近開關(guān)XS630B1NAL10/XS8D1A1NAL5，分別替代原物項XS630B1NAM12/XS8D1A1NAM12，具體情況如表1所示。替代物項應用于現(xiàn)場2年多時間，接近開關(guān)的故障率下降至2次/年，有效解決了格柵清污機上儀控設(shè)備故障率高的問題。

2.2 超聲波液位計換型

寧德核電站格柵清污機、鼓型濾網(wǎng)處均安裝有液位計，用于測量細格柵、鼓型濾網(wǎng)上下游的液位差，以監(jiān)測是否存在堵塞，并產(chǎn)生細格柵清污機和鼓型濾網(wǎng)的聯(lián)動動作及報警信號。考慮監(jiān)測形式的多樣性，現(xiàn)場初始設(shè)計的液位測量儀表有靜壓式水位差計和超聲波液位計2種類型。

正常運行時細格柵必須保持干凈，2臺格柵清污機自動啟動，并且不在同一高度上運行；與水頭損失傳感器的指令同步，并保持半個循環(huán)的距離運行。鼓型濾網(wǎng)由水頭損失傳感器控制其運行狀態(tài)，其中1列沖洗回路運行(每臺鼓型濾網(wǎng)1列)。如果液位計檢測出水頭損失超過第1正常值，格柵清污機自動啟動。當水頭損失回落至正常值時，將自動關(guān)閉。如果檢測水頭損失超過第2閾值，向控制室發(fā)出報警信號。當3套液位計中的任意2個檢測到鼓型濾網(wǎng)進出口的水位差持續(xù)升高達到0.3 m時，向控制室輸出第1次報警信號。當3套水位差計中的任意2個檢測到鼓型濾網(wǎng)進出口的水位差繼續(xù)增大并達到0.8 m時，向控制室輸出第2次報警信號，同時該鼓型濾網(wǎng)對應的循環(huán)水泵停止運行，該列退出運行。

表1 格柵清污機上儀控設(shè)備技術(shù)改進統(tǒng)計

超聲波液位計經(jīng)常誤發(fā)液位差高信號，但現(xiàn)場實際液位差在正常范圍內(nèi)。超聲波液位計發(fā)射脈沖波到被測介質(zhì)表面上，同時接收由被測介質(zhì)表面反射回來的回波，由發(fā)射波和回波的時間差，也就是用聲波在空間中的往返穿行時間來測出探頭與被測介質(zhì)表面的距離。對超聲波液位計誤發(fā)液位差高信號的原因分析如下：使用高濃度的次氯酸鈉對進入粗格柵內(nèi)的海生物進行消殺，海生物及雜物與次氯酸鈉發(fā)生化學反應后在流道內(nèi)產(chǎn)生大量泡沫。當距離恒定時，超聲波液位計回波強度比率取決于被測介質(zhì)反射面的特性。海水表面的泡沫及漂浮物會吸收或擴散超聲波，導致回波減弱或不穩(wěn)定。當泡沫比較黏稠、濃厚時，超聲波液位計測量誤差較大，易產(chǎn)生液位差高信號。

靜壓式水位差計利用液位高度與液體靜壓成正比的原理，將測量單元浸入海水之中，海水壓力使測量單元發(fā)生形變，轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)過溫度補償和線性修正，輸出4—20 mA電流信號。靜壓式水位差計測量不受海水表面泡沫和漂浮物的影響，歷史數(shù)據(jù)表明其故障率和誤報率明顯低于超聲波液位計，因此可使用靜壓式水位差計替代超聲波液位計。原設(shè)計采用2套靜壓式水位差計及1套超聲波液位計，組成“3取2”邏輯來控制鼓型濾網(wǎng)的轉(zhuǎn)速。靜壓式水位差計型號選用WELL72 XX-AGA-P-2-2.5bar-H-T/FEP25，控制器型號選用VEGA MET625。

原設(shè)計采用超聲波液位計和靜壓式水位差計，側(cè)重于測量多樣性，避免單一故障。經(jīng)分析，這些液位計均為非安全相關(guān)設(shè)計，沒有單一故障準則的要求。在邏輯設(shè)計時，3個液位計任一動作或任2個動作會引起邏輯聯(lián)動，沒有必須3個液位計同時動作聯(lián)動設(shè)備的要求，所以液位計可以選型一致。因?qū)幍潞穗娝蛩|(zhì)差，靜壓式水位差計的測量筒長期浸沒在海水中，底部容易積累泥沙，測量筒內(nèi)壁易附著海生物。為保證靜壓式水位差計可靠使用，制定了每半年清洗1次測量筒的預防性維修策略。

通過以上技術(shù)改進和預防性維修措施，水位差計誤發(fā)報警的問題得以解決。

2.3 壓力/差壓開關(guān)技術(shù)改進

懸浮泥沙觀測站的實測資料統(tǒng)計表明：寧德核電站海域海水懸沙的平均含沙量為0.076 6 kg/m3，其中夏季懸浮泥沙的平均含沙量為0.056 6 kg/m3，冬季平均懸浮含沙量為0.096 6 kg/m3。實測含沙量最大值為0.275 4 kg/m3，實測含沙量最小值為0.012 3 kg/m3。

寧德核電站近海區(qū)海水水體懸沙含量較低，但是在水體底下分布大量由粘土質(zhì)粉砂組成的淤泥，平均中值粒徑為0.007 6 mm，粒徑偏細。隨著漲潮落潮及海浪的影響，海域底部淤泥被攪渾后進入水體，海水混合運動強烈，水體懸沙含量增大。

由于漲潮、落潮時海水中泥沙含量大，壓力/差壓開關(guān)的取樣管長期直接與海水接觸，海水內(nèi)的泥沙逐漸積累在儀表管內(nèi)，導致壓力/差壓開關(guān)故障，堵塞頻次平均高達每2個月1次。每臺機組共計4個壓力開關(guān)、8個差壓開關(guān)。壓力開關(guān)用于測量過濾器沖洗水出口壓力，差壓開關(guān)用于測量過濾器水頭損失。由于這些儀表為核級儀表，而市場上滿足核級要求的壓力/差壓開關(guān)均為接觸式。因此，使用非接觸式儀表進行換型的設(shè)想無法實施。

由于壓力/差壓開關(guān)的取樣管堵塞后需要拆卸儀表管進行排污，不便維修。從方便維修的角度，在原有取樣管最底部增加了三通和排污閥。同時，增加沖洗取樣管的預防性維修策略(每2個月1次)，定期打開排污閥排出取樣管內(nèi)的淤泥。當淤泥將取樣管堵死不能排出時，才需要拆卸儀表管沖洗，從而減少了儀表維修工作量。

3 結(jié)束語

通過對寧德核電站循環(huán)水過濾系統(tǒng)儀控設(shè)備(接近開關(guān)、超聲波液位計、壓力/差壓開關(guān))存在的問題進行梳理與分析，并提出了技術(shù)改進方案，有效降低了設(shè)備故障頻次，緩解了因系統(tǒng)故障隔離導致電站冷源可靠性下降的問題，提升了機組運行的安全性、經(jīng)濟性和穩(wěn)定性。上述方案簡單易實施，效果明顯，為同類電站技術(shù)的改進工作提供了參考。