M310機(jī)組二回路啟動(dòng)階段的水化學(xué)控制

盧 蓋,張 祥,高 倩

(1.海南核電有限公司,海南 昌江 572733;2.南昌凱利核技術(shù)工程開(kāi)發(fā)服務(wù)有限公司?？诜止?海南 ?？?572733)

M310核電機(jī)組二回路各系統(tǒng)設(shè)備材質(zhì)以碳鋼為主,大修期間二回路各系統(tǒng)設(shè)備處于敞開(kāi)狀態(tài),泥渣、粉塵、焊渣等雜質(zhì)易進(jìn)入設(shè)備及管道內(nèi)部,且碳鋼材質(zhì)表面會(huì)產(chǎn)生一定量的腐蝕產(chǎn)物。機(jī)組啟動(dòng)期間,若二回路各系統(tǒng)設(shè)備未進(jìn)行合理、有效沖洗,這些雜質(zhì)及腐蝕產(chǎn)物會(huì)被帶入蒸汽發(fā)生器中,導(dǎo)致蒸汽發(fā)生器水質(zhì)惡化,影響機(jī)組功率提升和安全運(yùn)行。

機(jī)組啟動(dòng)期間,核電廠二回路系統(tǒng)設(shè)備沖洗的工期安排一般較短,容易出現(xiàn)二回路沖洗效果不佳問(wèn)題,此情況在工期較短的大修中尤為明顯。且技術(shù)規(guī)范中對(duì)二回路沖洗及啟動(dòng)各階段的水質(zhì)控制指標(biāo)均無(wú)明確要求,易出現(xiàn)水質(zhì)控制不嚴(yán)格,導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行初期二回路WANO化學(xué)指標(biāo)惡化狀況。因此建議核電廠為二回路啟動(dòng)期間各階段制定完善的化學(xué)控制指標(biāo),在沖洗及啟動(dòng)過(guò)程中逐漸優(yōu)化各系統(tǒng)水質(zhì),縮短機(jī)組運(yùn)行初期二回路水質(zhì)滿(mǎn)足WANO化學(xué)指標(biāo)所用時(shí)間。

1 二回路系統(tǒng)設(shè)備的沖洗及啟動(dòng)流程

M310機(jī)組的啟動(dòng)及功率提升按 《D14反應(yīng)堆達(dá)臨界、零功率物理試驗(yàn)及常規(guī)島啟動(dòng)》《D15提升反應(yīng)堆功率到100%FP》規(guī)程執(zhí)行。規(guī)程中二回路系統(tǒng)設(shè)備沖洗及啟動(dòng)流程見(jiàn)圖1。

圖1 M310機(jī)組二回路系統(tǒng)設(shè)備的沖洗及啟動(dòng)流程Fig.1 The flushing and startup processes of the secondary system of the M310 unit

2 二回路各系統(tǒng)逐級(jí)進(jìn)水沖洗

二回路的系統(tǒng)設(shè)備的沖洗從凝汽器進(jìn)水開(kāi)始,凝汽器進(jìn)水后啟動(dòng)1臺(tái)凝結(jié)水泵對(duì)其內(nèi)部進(jìn)行循環(huán)沖洗,同時(shí)打開(kāi)凝結(jié)水泵出口母管上的排水閥進(jìn)行排水,凝汽器補(bǔ)水閥按凝汽器水位控制系統(tǒng)運(yùn)行以維持凝汽器內(nèi)部水位。

凝結(jié)水系統(tǒng) (CEX)水質(zhì)沖排合格可向低壓加熱器系統(tǒng) (ABP)和給水除氧器系統(tǒng) (ADG)供水。當(dāng)除氧水箱液位達(dá)在+2 m左右,啟動(dòng)除氧器再循環(huán)泵對(duì)除氧器內(nèi)部進(jìn)行循環(huán)沖洗,同時(shí)打開(kāi)除氧器水箱排水閥,對(duì)除氧器進(jìn)行沖排水。除氧器水箱水質(zhì)合格后,向高壓加熱器系統(tǒng)(AHP)供水前。

為確保除氧器噴淋管不被腐蝕產(chǎn)物及懸浮雜質(zhì)堵塞,防止大顆粒雜質(zhì)在系統(tǒng)拐角及縫隙處沉積聚集。根據(jù)同行核電廠的經(jīng)驗(yàn)[1-2],建議凝氣器和除氧器水箱水質(zhì)滿(mǎn)足表1水質(zhì)規(guī)范后,再向其下游系統(tǒng)供水。

表1 CEX、ADG系統(tǒng)向下游系統(tǒng)供水水質(zhì)規(guī)范Table 1 The quality specifications of water fromthe CEX and ADGsystems to the downstreamsystems

3 二回路大循環(huán)沖洗

高壓加熱器系統(tǒng) (AHP)進(jìn)水完成后,二回路開(kāi)始大循環(huán)沖洗,即CEX系統(tǒng)沖洗水依次經(jīng)過(guò)ABP、ADG、AHP系統(tǒng)后最終返回CEX系統(tǒng)。大循環(huán)沖洗同時(shí),通過(guò)CEX和ADG系統(tǒng)的排水閥,保持二回路整體的沖排水。二回路大循環(huán)期間各系統(tǒng)沖洗水流量大,換水流量也較大,是二回路水質(zhì)沖洗的最佳階段。

二回路大循環(huán)沖洗結(jié)束后,除氧器開(kāi)始升溫,期間AHP和ADG系統(tǒng)雜質(zhì)逐漸釋放,各雜質(zhì)離子較升溫前通常上漲5～10倍。以海南核電102、201大修為例,AHP和ADG大循環(huán)停止及除氧器升溫完成后,Fe和SO2-4變化情況見(jiàn)表2。

表2 ADG、AHP水質(zhì)升溫前后Fe、SO2-4 變化Table 2 The change of Fe and SO2-4 before and after the temperature rise of ADGand AHP water

除氧器升溫完成后,ADG、AHP系統(tǒng)水質(zhì)無(wú)法進(jìn)行大流量更換。因此,除氧器升溫完成后兩系統(tǒng)水質(zhì)情況基本由大循環(huán)停止時(shí)的水質(zhì)確定。且升溫完成后通過(guò)啟動(dòng)給水泵將除氧水箱水質(zhì)向蒸汽發(fā)生器提供,為確保蒸汽發(fā)生器供水水質(zhì)滿(mǎn)足功率運(yùn)行期間限值要求,建議二回路大循環(huán)停止前,AHP和ADG系統(tǒng)水質(zhì)滿(mǎn)足表3規(guī)范。

表3 二回路大循環(huán)停止的水質(zhì)規(guī)范Table 3 The water quality standar d of the large cycle stop of the secondary circuit

4 凝結(jié)水泵和主給水泵上下游管道的沖洗

二回路大循環(huán)沖洗期間,通常利用1臺(tái)凝結(jié)水泵為二回路的沖洗提供壓頭,其他兩臺(tái)凝結(jié)水泵和三臺(tái)主給水泵不進(jìn)行連續(xù)沖洗。但這些泵進(jìn)出口管線較長(zhǎng)、管徑較粗、管道水容積較大,大修后管道內(nèi)部積累大量雜質(zhì)和腐蝕產(chǎn)物。二回路沖洗期間,通常僅通過(guò)泵下游疏水管道排水,但由于疏水管道管徑比泵前后主管道小得多,沖洗時(shí)主管道內(nèi)水流緩慢,很難起到良好的沖洗效果。據(jù)資料顯示[3],機(jī)組提升功率期間,新投運(yùn)一臺(tái)凝結(jié)水泵或主給水泵通常會(huì)導(dǎo)致二回路各雜質(zhì)離子成倍增加。為防止凝結(jié)水泵和主給水泵的啟動(dòng)導(dǎo)致蒸汽發(fā)生器水質(zhì)突然惡化,建議在大循環(huán)沖洗期間,安排對(duì)泵前后管道進(jìn)行充分沖洗。

3臺(tái)主給水泵啟動(dòng)前的再鑒定試驗(yàn)通常在二回路大循環(huán)期間執(zhí)行,建議在二回路沖洗水質(zhì)滿(mǎn)足表3規(guī)范要求下,利用再鑒定試驗(yàn)逐臺(tái)啟動(dòng)主給水泵,對(duì)泵上下游管道進(jìn)行30 min左右的沖洗。另外,建議二回路大循環(huán)沖洗期間,逐臺(tái)切換凝結(jié)水泵運(yùn)行,對(duì)每臺(tái)凝結(jié)水泵上下游管道進(jìn)行沖洗。同時(shí),凝結(jié)水泵和主給水泵管道沖洗期間,建議凝結(jié)水精處理系統(tǒng)處于投運(yùn)狀態(tài),確保泵停運(yùn)前,其上下游管道內(nèi)水質(zhì)通過(guò)凝結(jié)水精處理系統(tǒng)充分凈化。

5 啟機(jī)期間凝結(jié)水精處理系統(tǒng) (ATE)運(yùn)行方式

二回路大循環(huán)沖洗期間,當(dāng)二回路沖洗水鐵含量≤400μg/L,允許投運(yùn)ATE系統(tǒng)對(duì)二回路水質(zhì)進(jìn)行凈化。ATE系統(tǒng)投運(yùn)后,在較短時(shí)間內(nèi)可使二回路水質(zhì)滿(mǎn)足大循環(huán)停止水質(zhì)要求。

蒸汽發(fā)生器切換至主給水系統(tǒng) (ARE)供水后,為確保進(jìn)入蒸汽發(fā)生器的水質(zhì)充分凈化,需保證ATE系統(tǒng)全流量處理,即凈凝結(jié)水流量大于凝結(jié)水流量。尤其在各級(jí)疏水初次形成期間,需確保凈凝結(jié)水流量大于凝結(jié)水流量100 t/h左右。此時(shí)疏水管路雜質(zhì)含量較多,疏水被回收至凝汽器中,凝結(jié)水水質(zhì)差,即使少量未經(jīng)凈化的凝結(jié)水進(jìn)入蒸汽發(fā)生器,經(jīng)蒸發(fā)濃縮后,蒸汽發(fā)生器中雜質(zhì)離子也會(huì)嚴(yán)重偏高。

機(jī)組功率提升期間,主給水和凝結(jié)水流量會(huì)隨機(jī)組功率的提升逐漸增大,期間需及時(shí)調(diào)整ATE系統(tǒng)的凈化流量,確保全流量處理。當(dāng)機(jī)組穩(wěn)定功率運(yùn)行后,ATE系統(tǒng)仍需全流量?jī)艋?～3周時(shí)間,在蒸汽發(fā)生器水質(zhì)指標(biāo)滿(mǎn)足WANO化學(xué)指標(biāo)的要求后,可逐漸降低ATE系統(tǒng)的凈化流量。

6 啟機(jī)期間蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)運(yùn)行方式

機(jī)組啟動(dòng)階段,二回路雜質(zhì)比功率運(yùn)行期間多,且雜質(zhì)進(jìn)入蒸汽發(fā)生器后,只能通過(guò)蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)排出,此時(shí)保證APG系統(tǒng)最大流量運(yùn)行對(duì)于控制蒸汽發(fā)生器水質(zhì)至關(guān)重要。針對(duì)APG系統(tǒng)運(yùn)行方式,有以下經(jīng)驗(yàn)可供借鑒:

1)汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)前,拆除APG系統(tǒng)樹(shù)脂床前過(guò)濾器濾芯,同時(shí)將除鹽床旁路運(yùn)行。這樣可避免排污水中雜質(zhì)堵塞過(guò)濾器,導(dǎo)致排污流量降低。同時(shí)由于此時(shí)排污水雜質(zhì)多、水質(zhì)差,無(wú)回收必要,可直接排掉。

2)機(jī)組核功率升至8%Pn時(shí),通常將APG系統(tǒng)的非再生式熱交換器切至再生式熱交換器,使APG系統(tǒng)排污流量由25 t/h提升至59 t/h,并將APG系統(tǒng)排污水切至凝汽器。但由于汽輪器沖轉(zhuǎn)成功 (14%FP)后,氣側(cè)和疏水管道的雜質(zhì)離子向二回路的釋放,APG系統(tǒng)排污水質(zhì)仍然較差。過(guò)早的回收蒸汽發(fā)生器排污水會(huì)惡化凝汽器水質(zhì),并加劇ATE系統(tǒng)負(fù)擔(dān)。建議機(jī)組功率達(dá)30%FP后,將排污水回收至凝汽器,利用ATE系統(tǒng)除鹽床對(duì)二回路水質(zhì)凈化,不投用APG除鹽床。待蒸發(fā)器排污水水質(zhì)滿(mǎn)足功率運(yùn)行期間水質(zhì)期望值時(shí),即各主要指標(biāo)滿(mǎn)足表4水質(zhì)規(guī)范時(shí),投用APG系統(tǒng)除鹽床對(duì)排污水進(jìn)行凈化。此時(shí)蒸汽發(fā)生器排污水水質(zhì)基本穩(wěn)定至五區(qū)圖中第二區(qū),二回路各系統(tǒng)水質(zhì)已充分凈化,投入APG除鹽床即可降低ATE負(fù)擔(dān),也可逐漸優(yōu)化二回路水質(zhì)。

表4 APG系統(tǒng)投用除鹽床的水質(zhì)規(guī)范Table 4 The water quality specifications for the desalination bed of APG

7 疏水管道的沖洗

二回路汽側(cè)疏水設(shè)備及管道設(shè)計(jì)上是無(wú)法進(jìn)行沖洗的,這部分涉及的設(shè)備及管道較多,如汽輪機(jī)、汽水分離再熱器及疏水箱/疏水管道、高壓加熱器疏水管道等。大修后,這部分設(shè)備管道的初期疏水若不經(jīng)凈化直接進(jìn)入蒸汽發(fā)生器,會(huì)導(dǎo)致蒸汽發(fā)生器水質(zhì)迅速惡化。

正常功率運(yùn)行期間,汽水分離再熱器(GSS)和高壓加熱器系統(tǒng) (AHP)疏水回流至除氧器。機(jī)組啟動(dòng)時(shí),除氧器熱力除氧前,通常將GSS和AHP系統(tǒng)疏水回收至凝汽器,確保初期疏水全部經(jīng)過(guò)ATE系統(tǒng)凈化后再進(jìn)入蒸汽發(fā)生器。一般認(rèn)為當(dāng)機(jī)組達(dá)50%FP時(shí),各級(jí)疏水管道已得到充分沖洗,可將GSS和AHP系統(tǒng)疏水切換至除氧器。但經(jīng)過(guò)幾次大修跟蹤發(fā)現(xiàn),不同大修疏水側(cè)檢修內(nèi)容有所差異,機(jī)組達(dá)50%FP時(shí),GSS和AHP系統(tǒng)疏水水質(zhì)差異較大。以海南核電201和102大修二回路水質(zhì)中硫酸根情況為例,當(dāng)機(jī)組功率達(dá)50%時(shí),GSS和AHP系統(tǒng)疏水及蒸發(fā)器排污水SO2-4情況見(jiàn)表5。

表5 201、102大修GSS和AHP系統(tǒng)疏水及蒸發(fā)器排污水SO2-4 情況Table 5 The content of SO2-4 in GSSand AHPsystem drain and evaporator effluent of the overhaul 201 and 102

海南核電站1、2號(hào)機(jī)組達(dá)50%FP時(shí),GSS和AHP系統(tǒng)疏水總流量約為650 t/h,蒸發(fā)器給水流量約為2000 t/h左右,排污水流量為59 t/h。在不考慮其他系統(tǒng)雜質(zhì)釋放情況下,GSS和AHP系統(tǒng)疏水進(jìn)入蒸發(fā)器經(jīng)濃縮后,蒸發(fā)器排污水中各雜質(zhì)含量約為GSS和AHP系統(tǒng)疏水的11.3倍?？紤]機(jī)組在30%FP時(shí)開(kāi)始計(jì)算WANO化學(xué)指標(biāo),為減少疏水水質(zhì)對(duì)于蒸發(fā)器排污水水質(zhì)的影響。綜合歷次大修及經(jīng)驗(yàn),建議當(dāng)機(jī)組達(dá)50%FP時(shí),且確保疏水水質(zhì)滿(mǎn)足表6指標(biāo),再執(zhí)行疏水切換工作。

表6 AHP、GSS疏水回收至凝汽器的水質(zhì)要求Table 6 The water quality specifications of AHP/GSSdrain recovery to condenser

8 總結(jié)及建議

1)二回路啟動(dòng)沖洗期間,凝汽器和除氧器是水容積較大的兩個(gè)容器,當(dāng)其為下游系統(tǒng)供水前,需確保凝汽器和除氧器本身水質(zhì)合格,否則無(wú)法起到好的沖洗效果;

2)二回路大循環(huán)沖洗期間各系統(tǒng)水流量較大,對(duì)管道設(shè)備沖洗效果較好,建議利用大循環(huán)對(duì)后期可能投運(yùn)的設(shè)備管道進(jìn)行沖洗,防止這些設(shè)備管道投運(yùn)向二回路引入大量雜質(zhì);

3)ATE系統(tǒng)凈化流量需根據(jù)凝結(jié)水水質(zhì)和流量及時(shí)調(diào)整,在機(jī)組運(yùn)行初期通常保持全流量運(yùn)行;

4)APG系統(tǒng)排污水回收和疏水回收至CEX系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn),建議以化學(xué)指標(biāo)作為參考標(biāo)準(zhǔn)。