蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)取樣回路運(yùn)行情況分析及改進(jìn)

黃賢華，苑景凱，張偉強(qiáng)，李 鵬

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江嘉興 314300）

1 蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)概述

壓水堆核電站利用蒸汽發(fā)生器將一回路的熱量傳至二回路，保持蒸汽發(fā)生器二次側(cè)良好的水質(zhì)是至關(guān)重要的。二次側(cè)水質(zhì)會(huì)由于凝汽器鈦管破裂、蒸汽發(fā)生器傳熱管泄漏、二回路補(bǔ)給水不合格或系統(tǒng)和設(shè)備完整性破壞而導(dǎo)致水質(zhì)變差。在管板上表面，管子和管板的連接部位，流動(dòng)死區(qū)部位等，很容易由于水的不斷蒸發(fā)而導(dǎo)致雜質(zhì)（主要為鹽類）的積聚。雜質(zhì)會(huì)使這些部位的應(yīng)力腐蝕加劇，引起一回路向二次側(cè)的泄漏或傳熱管的破裂，最終導(dǎo)致反應(yīng)堆停閉，造成放射性污染及經(jīng)濟(jì)損失。

為了改善蒸汽發(fā)生器的工作條件，防止蒸汽發(fā)生器由于二回路水質(zhì)惡化導(dǎo)致傳熱管腐蝕破裂，延長(zhǎng)蒸汽發(fā)生器的使用壽命，電廠設(shè)置了蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)，對(duì)蒸汽發(fā)生器二次側(cè)水進(jìn)行連續(xù)排污和取樣監(jiān)測(cè)。

正常運(yùn)行工況下，來(lái)自蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的水以可調(diào)流量連續(xù)排污，排污水經(jīng)過(guò)冷卻、減壓和凈化處理后送入凝汽器，熱量通過(guò)使用凝結(jié)水冷卻的再生熱交換器進(jìn)行回收。

小部分排污水作為取樣樣品排至核取樣系統(tǒng)，以監(jiān)測(cè)蒸汽發(fā)生器二次側(cè)水質(zhì)。取樣水經(jīng)過(guò)pH 儀和鈉離子（Na+）測(cè)量?jī)x后排至核島疏水排氣系統(tǒng)的化學(xué)排水坑，地坑液位達(dá)到一定高度后地坑排水泵自動(dòng)啟動(dòng)，將取樣水重新打入蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)回收至凝汽器。

2 排污系統(tǒng)取樣回路運(yùn)行

蒸汽發(fā)生器排污水的取樣監(jiān)測(cè)均通過(guò)核取樣系統(tǒng)完成，與蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)有關(guān)的主要有兩部分，分別是蒸汽發(fā)生器二次側(cè)取樣管線和蒸汽發(fā)生器排污除鹽裝置的取樣管線。

2.1 蒸汽發(fā)生器二次側(cè)取樣管線

每個(gè)蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的水樣來(lái)自蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的兩個(gè)部位：一個(gè)在蒸汽發(fā)生器殼側(cè)上部取樣接頭處，用于濕保養(yǎng)期間的監(jiān)測(cè)；另一個(gè)在排污管線上盡可能靠近蒸汽發(fā)生器的取樣接頭處，用于正常運(yùn)行時(shí)的監(jiān)測(cè)。

兩個(gè)取樣管線合并成一根管線后經(jīng)兩道安全殼隔離閥穿過(guò)安全殼，在通過(guò)兩級(jí)冷卻后分別進(jìn)行排污水總γ 放射性、pH 值、陽(yáng)離子電導(dǎo)率和Na+濃度測(cè)量。

蒸汽發(fā)生器排污水的取樣結(jié)果可為傳熱管的破裂提供重要信息：總γ 放射性測(cè)量通道用于探測(cè)一、二回路泄漏量，陽(yáng)離子電導(dǎo)率、Na+和pH 用于監(jiān)測(cè)蒸發(fā)器二回路的參數(shù)，探測(cè)可能由凝汽器泄漏等造成的二回路水質(zhì)惡化。

核電廠技術(shù)規(guī)格書(shū)對(duì)排污水的取樣頻度和取樣結(jié)果有著嚴(yán)格限定，要求連續(xù)測(cè)量排污水的陽(yáng)離子電導(dǎo)率、Na+濃度和總γ比活度，并且當(dāng)自動(dòng)取樣裝置失效不可運(yùn)行時(shí)，10 d 內(nèi)必須修復(fù)，期間采取手動(dòng)取樣方式。

2.2 蒸汽發(fā)生器排污除鹽裝置的取樣管線

蒸汽發(fā)生器排污水回路上的4 個(gè)除鹽床取樣經(jīng)一級(jí)冷卻后分別進(jìn)行Na+和陽(yáng)離子電導(dǎo)率監(jiān)測(cè)，用于監(jiān)視除鹽床的運(yùn)行情況，該取樣回路同樣采用連續(xù)監(jiān)測(cè)運(yùn)行。

3 排污水取樣回路運(yùn)行情況對(duì)系統(tǒng)的影響

3.1 對(duì)蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)的影響

正常運(yùn)行工況下，蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)排污流量通過(guò)排污氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥自動(dòng)調(diào)節(jié)，當(dāng)調(diào)節(jié)閥下游壓力低于1.4 MPa 時(shí)，調(diào)節(jié)閥接收流量控制信號(hào)，調(diào)節(jié)排污流量至整定值，隨著運(yùn)行時(shí)間增加，當(dāng)調(diào)節(jié)閥下游壓力逐漸上漲至1.4 MPa 時(shí)，調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)下游壓力不高于1.4 MPa。

當(dāng)化學(xué)排水坑內(nèi)液位達(dá)到高定值時(shí)，排水泵自動(dòng)啟動(dòng)，泵出口排水接入排污流量計(jì)上游，引起排污流量計(jì)指示、排污下游壓力同時(shí)變大，排污流量調(diào)節(jié)閥關(guān)小以保持排污流量在定值水平。地坑液位下降至低定值后泵停運(yùn)，排污流量瞬間降低，調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制調(diào)節(jié)閥開(kāi)大以維持流量恒定。因此，排污流量隨著排水泵啟停出現(xiàn)周期性波動(dòng)，并導(dǎo)致排污流量和冷卻水流量的周期性波動(dòng)，引起閥門(mén)控制系統(tǒng)的頻繁波動(dòng)，對(duì)調(diào)節(jié)閥的性能產(chǎn)生不利影響。

3.2 對(duì)凝汽水氧含量的影響

取樣水通過(guò)取樣儀表后排至化學(xué)排水坑，地坑雖有蓋板但不是密封式地坑，地坑上部由空氣覆蓋，地坑內(nèi)的取樣水與氧氣充分接觸，排水泵啟動(dòng)后地坑內(nèi)的富氧水返回到蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)，與排污水混合后通過(guò)噴淋除氧方式進(jìn)入凝汽器。

該電廠某機(jī)組凝結(jié)水泵出口氧含量均存在周期性出現(xiàn)尖峰的現(xiàn)象，幅值5×10-9～1×10-8，而電廠二回路水化學(xué)對(duì)凝結(jié)水泵出口氧含量的期望值是1×10-8，尖峰情況下氧含量將超過(guò)該限值。通過(guò)觀察其變化趨勢(shì)并與排污流量趨勢(shì)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)氧含量尖峰與相應(yīng)機(jī)組排水泵的啟停存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)排除其他條件的影響后，可以判定該氧含量尖峰為排水泵啟動(dòng)時(shí)將富氧水排至凝汽器引起。

查看凝汽器接口圖，排污水進(jìn)入凝汽器的接口位置距底部高差為1.929 m，正常運(yùn)行時(shí)凝汽器水位800 mm，因此實(shí)際高差僅1 m。

對(duì)排水泵啟動(dòng)時(shí)對(duì)凝結(jié)水氧含量的影響進(jìn)行計(jì)算，初始條件如下：假定地坑內(nèi)廢水處于氧飽和狀態(tài)，取溫度20 ℃對(duì)應(yīng)的溶解氧含量為9.17 mg/L，泵的標(biāo)稱流量為6.5 m3/h，凝結(jié)水泵出口流量按2400 m3/h 計(jì)算，忽略排污水進(jìn)入凝汽器時(shí)的噴淋除氧作用，并假定直接從蒸汽發(fā)生器來(lái)的排污水和凝結(jié)器內(nèi)原有凝結(jié)水內(nèi)氧含量為0，計(jì)算結(jié)果為6.5×9.17×1000/（6.5+2400）=24.8×10-9,遠(yuǎn)高于氧含量期望值1×10-8，可見(jiàn)地坑富氧水確實(shí)會(huì)導(dǎo)致凝結(jié)水氧含量出現(xiàn)尖峰。實(shí)際運(yùn)行中，考慮到噴淋除氧、凝結(jié)水?dāng)嚮?、取樣精度等因素，尖峰?huì)略小于上述計(jì)算值。

二回路氧含量的提高將導(dǎo)致二回路設(shè)備銹蝕，對(duì)二回路設(shè)備的安全性和可用性產(chǎn)生不利的影響，特別是對(duì)壽期內(nèi)無(wú)法更換的大型設(shè)備帶來(lái)?yè)p傷，影響設(shè)備的使用壽期，影響電站的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

3.3 放射性廢水污染二回路風(fēng)險(xiǎn)

接收取樣回水的化學(xué)排水坑位于核輔助廠房，該房間還布置有核島工藝疏水坑及其他RPE 閥門(mén)和管道，存在誤傾放射性廢水、地坑滿溢、管道泄漏、檢修漏水等導(dǎo)致放射性廢水誤入化學(xué)排水坑的風(fēng)險(xiǎn)，從而導(dǎo)致放射性廢水進(jìn)入二回路，對(duì)電廠的輻射防護(hù)控制不利。

4 取樣回路運(yùn)行改進(jìn)

為解決排污水帶來(lái)的氧含量尖峰，該電廠實(shí)施技改，將排污水接至凝汽器背包的接口位置上移1.15 m，目的是通過(guò)接口位置的變化提高排污水進(jìn)入凝汽器后的噴淋高度，延長(zhǎng)噴淋除氧時(shí)間，以達(dá)到更好的除氧效果。實(shí)際運(yùn)行顯示，改造前波動(dòng)幅度約6×10-9，改造后為4×10-9～5×10-9，即該改造降低了凝結(jié)水泵出口氧含量尖峰幅值，但氧含量尖峰依然存在。改造效果不佳的原因在于，接口位置高度僅提升1 m 左右，提高有限且排污水接口在凝汽器的疏水?dāng)U容器上，靠近凝結(jié)水泵吸入口，排污水進(jìn)入凝汽器后迅速吸入凝結(jié)水泵，除氧時(shí)間較短。

針對(duì)蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)取樣回路存在的運(yùn)行問(wèn)題和影響，提出如下應(yīng)對(duì)措施。

4.1 將取樣回路疏水排至廢液排放系統(tǒng)

將取樣回路疏水就近排至地面廢水收集地坑，經(jīng)電廠廢液處理系統(tǒng)過(guò)濾后排放至廢液排放系統(tǒng)，據(jù)估算每月新增廢水排放量約400 t。

正常情況下二回路取樣水是非放射性廢水，疏水排至廢液排放系統(tǒng)將不會(huì)對(duì)電廠放射性流出物排放管理值造成影響，但該方案將大大增加電廠放射性廢水處理量并增加二回路補(bǔ)水量，對(duì)電站運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性不利。

4.2 精確控制取樣流量

通過(guò)與該地區(qū)其他M310 機(jī)組的蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)該電廠各機(jī)組蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)取樣回路計(jì)算累計(jì)流量明顯偏大。由于取樣回路原設(shè)計(jì)未安裝流量計(jì)，導(dǎo)致流量很難控制，當(dāng)前取樣回路的流量主要通過(guò)目視、量杯和秒表等手段調(diào)節(jié)各儀表取樣流量，靠化學(xué)取樣人員人為控制，難于達(dá)到精確控制流量的目的。此外，取樣儀表受流量影響比較大，不利于儀表測(cè)量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

通過(guò)在儀表管線上加裝流量計(jì)，可以精確控制儀表流量，流量下限取決于滿足儀表精度下的運(yùn)行要求，在保證儀表運(yùn)行可靠性的前提下，應(yīng)保持較低的取樣流量，這樣可以達(dá)到減少排污水熱量損失、降低對(duì)蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)和常規(guī)島凝結(jié)水氧含量的影響等目的，同時(shí)也有利于提高取樣儀表的可用性，避免儀表因流量過(guò)低而損壞。

4.3 將化學(xué)排水坑改成浮頂式水箱

在安裝流量計(jì)的基礎(chǔ)上，將取樣排水管線改為封閉式管線，并將化學(xué)排水坑改造成浮頂式水箱，既可以隔絕空氣，又可以最大限度地減少放射性廢水進(jìn)入二回路。

4.4 將地坑排水泵出口接管直接接至凝汽器

將泵出口接管直接接至凝汽器背包，該方案可以徹底解決泵間斷啟動(dòng)造成的對(duì)蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)的擾動(dòng)，同時(shí)不影響二回路水的復(fù)用。

5 結(jié)論

該電廠M310 機(jī)組的蒸汽發(fā)生器排污取樣回路普遍采取取樣水回收至蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)的運(yùn)行方式，該方式存在導(dǎo)致二回路氧含量尖峰、排污流量波動(dòng)、取樣儀表流量不精確等問(wèn)題。通過(guò)加裝流量計(jì)、改造化學(xué)排水泵及取樣回水管線去向，可以在一定程度上消除甚至根治上述問(wèn)題，提高電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行能力.