凝汽器海水泄漏影響及應(yīng)對(duì)優(yōu)化

盧葉艇，秦建華

(中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽 314300)

目前，國(guó)內(nèi)的核電廠都建造在海邊，一般都使用海水作為冷源來(lái)冷卻凝汽器。由于海水中顆粒物的沖刷，海生物的生長(zhǎng)等原因，基本各個(gè)核電廠都曾發(fā)生過(guò)凝汽器的泄漏，凝汽器鈦管泄漏會(huì)對(duì)二回路水質(zhì)產(chǎn)生污染。凝汽器泄漏發(fā)生時(shí)，根據(jù)凝汽器泄漏導(dǎo)致的SG水質(zhì)變化情況，可能使機(jī)組降功率，甚至停機(jī)，2000年以來(lái)某電廠由于凝汽器泄漏導(dǎo)致過(guò)3次降功率，1次停機(jī)的事件。

在沒(méi)有干預(yù)的情況下，凝汽器海水泄漏進(jìn)入二回路的雜質(zhì)會(huì)最終進(jìn)入SG，雜質(zhì)會(huì)在SG內(nèi)發(fā)生濃縮、隱藏。在傳熱管-管板(支撐板)縫隙下的雜質(zhì)離子濃縮倍率可高達(dá)到108倍，增加了SG傳熱管腐蝕破損的風(fēng)險(xiǎn)[1,2]。

為了降低凝汽器海水泄漏的影響，需要對(duì)凝汽器取樣點(diǎn)的代表性，海水泄漏的監(jiān)測(cè)以及應(yīng)對(duì)行動(dòng)進(jìn)行評(píng)估和優(yōu)化。

1 凝汽器海水泄漏量與排污水質(zhì)之間關(guān)系

1.1 凝汽器海水泄漏率的計(jì)算

凝汽器的泄漏率計(jì)算公式如下：

LRCT=FRCW·(C1/C2)

(1)

式中，LRCT：泄漏率，kg/h；

FRCW：凝結(jié)水流量，kg/h;

C1：凝結(jié)水鈉離子，μg/kg;

C2：海水中鈉離子，μg/kg。

當(dāng)凝汽器發(fā)生泄漏的時(shí)候，可以根據(jù)以上的公式計(jì)算出凝汽器的海水泄漏率。

1.2 凝汽器海水泄漏后SG內(nèi)雜質(zhì)離子計(jì)算

根據(jù)SG內(nèi)鹽量增加的計(jì)算，即SG內(nèi)增加鹽量 =流入鹽量-流出鹽量。經(jīng)過(guò)推導(dǎo)，可得出蒸發(fā)器某雜質(zhì)濃度與時(shí)間的關(guān)系式：

C(t)=C(0)·EXP(-F2·t/V)+

[1-EXP(-F2·t/V)]·(F1·C1/F2)

(2)

式中，F(xiàn)1：給水流量，kg/s；

C1：某雜質(zhì)離子在給水中的濃度，μg/kg；

F2：排污流量，kg/s；

V：蒸汽發(fā)生器的裝量，kg；

C(0)：蒸發(fā)器原始雜質(zhì)離子濃度；

C(t)：蒸發(fā)器某時(shí)段雜質(zhì)離子濃度。

1.3 蒸汽發(fā)生器水質(zhì)在凝汽器海水泄漏后的變化情況

根據(jù)秦山地區(qū)海水中鈉離子濃度，某電廠機(jī)組二回路設(shè)計(jì)參數(shù)，在SG排污量維持在給水流量1.0%，精處理未投運(yùn)和凝汽器泄漏量不變的情況下，根據(jù)公式(2)計(jì)算得出凝汽器發(fā)生5 kg/h的海水泄漏后，鈉離子濃度在排污水中的變化趨勢(shì)(圖1)。從圖中可以看出，在泄漏初期，SG中鈉離子濃度以爬陡坡的形式快速上升，24 h以后趨于平滑，為了降低凝汽器泄漏時(shí)對(duì)SG的影響，需要在凝汽器泄漏發(fā)生時(shí)第一時(shí)間響應(yīng)，投運(yùn)精處理系統(tǒng)隔斷海水進(jìn)入SG，以確保二回路的水質(zhì)控制以及機(jī)組的經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行。

圖1 海水泄漏5 kg/h時(shí)SG鈉離子濃度在凝汽器海水泄漏后的變化趨勢(shì)Fig.1 The variation trend of the SG sodium ion concentration after seawater leakage from the condenser when seawater leakage is 5 kg/h

2 排污水質(zhì)對(duì)機(jī)組的影響

某核電廠規(guī)定了正常功率運(yùn)行期間蒸汽發(fā)生器水質(zhì)的運(yùn)行限制要求，見(jiàn)圖2正常功率運(yùn)行期間SG排污水鈉與陽(yáng)電導(dǎo)率區(qū)域圖。

圖2 二回路熱力系統(tǒng)——SG排污水鈉與陽(yáng)電導(dǎo)率區(qū)域圖Fig.2 The secondary loop thermal system-area map of sodium and anodic conductivity of SG sewage

從SG鈉離子濃度在凝汽器海水泄漏后的變化趨勢(shì)圖中可以看出，凝汽器海水泄漏量為0.5 kg/h時(shí)，泄漏350 min左右時(shí)到達(dá)3區(qū)。凝汽器海水泄漏量為5 kg/h時(shí)，40 min左右進(jìn)入3區(qū)，150 min左右進(jìn)入4區(qū)，進(jìn)入4區(qū)后機(jī)組將開(kāi)始降功率。凝汽器海水泄漏量為10 kg/h時(shí)，22 min左右進(jìn)入3區(qū)，80 min左右進(jìn)入4區(qū)，550 min左右進(jìn)入5區(qū)，進(jìn)入5區(qū)機(jī)組將立即停堆。由此可見(jiàn)凝汽器泄漏發(fā)生較大的泄漏時(shí)，SG鈉離子進(jìn)入3區(qū)、4區(qū)的時(shí)間是很短的，所以第一時(shí)間投運(yùn)精處理系統(tǒng)隔斷污染的二回路水進(jìn)入SG是很必要的。

3 凝汽器泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

3.1 凝汽器熱阱取樣點(diǎn)的布置

由于凝汽器泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的水源來(lái)自凝汽器取樣系統(tǒng)，凝汽器取樣的代表性嚴(yán)重影響對(duì)海水泄漏的監(jiān)測(cè)。

3.1.1 1、2號(hào)機(jī)組凝汽器取樣布置

1、2號(hào)機(jī)組共有3列凝汽器，每個(gè)凝汽器分a/b兩側(cè)，從圖3中可以看出熱井取樣管線水中布置在凝汽器的前側(cè)和后側(cè)(即對(duì)應(yīng)凝汽器海水冷卻的入口和出口)。這個(gè)布置只能對(duì)凝汽器前后側(cè)的水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，如中部發(fā)生泄漏，凝汽器熱井的取樣結(jié)果無(wú)法代表實(shí)際的凝汽器水質(zhì)。

圖3 某電廠1、2號(hào)機(jī)組取樣管線流程圖Fig.3 The flow chart of the sampling pipeline of unit 1 and unit 2 of certain power plant

3.1.2 3、4號(hào)機(jī)組凝汽器取樣布置

3、4號(hào)機(jī)組共有3列凝汽器，每個(gè)凝汽器分a/b兩側(cè)，從圖4中可以看出熱井取樣管線水中布置在凝汽器的前側(cè)、后側(cè)、中間共計(jì)5個(gè)取樣點(diǎn)。3、4號(hào)機(jī)組取樣點(diǎn)布置方式能代表實(shí)際的凝汽器水質(zhì)。

圖4 某電廠3、4號(hào)機(jī)組取樣管線流程圖Fig.4 Flow chart of sampling pipeline of unit 3 and unit 4 of a power plant

3.2 凝汽器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

國(guó)內(nèi)多數(shù)電廠通過(guò)在線陽(yáng)電導(dǎo)的變化來(lái)判斷凝汽器泄漏，也有部分電廠通過(guò)在線鈉表進(jìn)行凝汽器泄漏監(jiān)測(cè)

3.2.1 陽(yáng)電導(dǎo)凝汽器泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

某電廠在每列凝汽器熱井的每一側(cè)取樣管線上都安裝了陽(yáng)電導(dǎo)撿漏裝置，通過(guò)陽(yáng)電導(dǎo)的變化來(lái)監(jiān)測(cè)凝汽器的泄漏。在實(shí)踐應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)使用陽(yáng)電導(dǎo)率進(jìn)行監(jiān)測(cè)有一定的局限性，如圖5所示，

圖5 凝汽器海水泄漏后在線鈉表和在線陽(yáng)電導(dǎo)率表響應(yīng)趨勢(shì)Fig.5 Response trend of on-line sodium meter and cation conductivity meter after condenser seawater leakage

在凝汽器泄漏前，陽(yáng)電導(dǎo)有一定的波動(dòng)，在發(fā)生凝汽器泄漏后陽(yáng)電導(dǎo)的反應(yīng)明顯滯后，故陽(yáng)電導(dǎo)率有響應(yīng)不明顯、測(cè)量值波動(dòng)大的問(wèn)題。某電廠二回路堿化劑采用ETA-氨混合堿化劑協(xié)同控制，ETA會(huì)分解產(chǎn)生有機(jī)酸，二回路整體陽(yáng)電導(dǎo)率會(huì)因?yàn)橛袡C(jī)酸上升而整體上升。二回路ETA添加濃度會(huì)有一定的偏差，有機(jī)酸的濃度也會(huì)隨之發(fā)生變化，會(huì)增加陽(yáng)電導(dǎo)率的波動(dòng)，從而增大了陽(yáng)電導(dǎo)率監(jiān)測(cè)凝汽器泄漏的難度。

所以采用了陽(yáng)電導(dǎo)率表來(lái)監(jiān)測(cè)凝汽器泄漏，受陽(yáng)電導(dǎo)率表波動(dòng)大、響應(yīng)不明顯等問(wèn)題將影響凝汽器泄漏的及時(shí)發(fā)現(xiàn)及處理。

3.2.2 鈉表凝汽器泄漏系統(tǒng)

鑒于陽(yáng)電導(dǎo)率表在凝汽器撿漏上的問(wèn)題，某電廠通過(guò)技改對(duì)凝汽器熱井取樣系統(tǒng)上安裝了鈉表。技改后增加了兩個(gè)凝汽器熱井鈉表，分別對(duì)應(yīng)三個(gè)凝汽器的a側(cè)和b側(cè)，該改造后大大提高了凝汽器的泄漏監(jiān)測(cè)，但由于三個(gè)水室共用一個(gè)鈉表，當(dāng)凝汽器發(fā)生小泄漏時(shí)，泄漏水室只占水量的1/3，鈉表上升幅度會(huì)大大降低，同時(shí)要判斷哪個(gè)水室泄漏需要人工去現(xiàn)場(chǎng)切換閥門(mén)，不利于泄漏凝汽器的及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理。

4 凝汽器泄漏運(yùn)行響應(yīng)流程

某電廠冷凝器海水泄漏程序中規(guī)定了從儀表報(bào)警開(kāi)始一直到泄漏凝汽器的隔離的相關(guān)步驟，如圖6所示。

圖6 凝汽器泄漏處理流程圖Fig.6 The flow chart of condenser leakage treatment

從凝汽器泄漏處理流程中來(lái)看，還有部分改進(jìn)的地方：

1)通過(guò)技改已在凝汽器熱井增加了鈉表，鈉表的響應(yīng)速度快于陽(yáng)電導(dǎo)的變化，而流程中無(wú)相應(yīng)的指標(biāo)；

2)從圖中可以看出，在觸發(fā)SIT100AA(凝泵出口母管陽(yáng)電導(dǎo))及SIT102AA(高加出水總管陽(yáng)電導(dǎo))后，主控在確認(rèn)SG排污水的鈉、陽(yáng)電導(dǎo)上升后再進(jìn)行精處理的投運(yùn)。根據(jù)某電廠二回路設(shè)計(jì)參數(shù)，在凝汽器發(fā)生泄漏進(jìn)入海水后，泄漏海水從凝汽器進(jìn)入SG大約需要12 min時(shí)間，根據(jù)SG取樣管線長(zhǎng)度及SG取樣流量，SG中受污染的水到達(dá)取樣系統(tǒng)還需要18 min，故從凝汽器開(kāi)始海水泄漏到SG排污水陽(yáng)電導(dǎo)表出現(xiàn)響應(yīng)需要半小時(shí)的時(shí)間，大大延長(zhǎng)了凝汽器泄漏的響應(yīng)時(shí)間，而根據(jù)根據(jù)凝汽器取樣管線長(zhǎng)度及凝汽器取樣流量，從凝汽器熱井到其陽(yáng)電導(dǎo)或鈉表監(jiān)測(cè)點(diǎn)大約10 min，所以通過(guò)凝結(jié)水在線儀表數(shù)據(jù)的變動(dòng)來(lái)決定凝汽器泄漏將大大縮短判斷時(shí)間。同時(shí)為了緩解海水泄漏對(duì)機(jī)組運(yùn)行影響，需要改變凝汽器投運(yùn)的策略，應(yīng)按照“寧可投錯(cuò)，不可不投或緩?fù)丁钡哪Y(jié)水精處理系統(tǒng)投運(yùn)策略來(lái)響應(yīng)、解決凝汽器海水的泄漏,以減少凝汽器海水泄漏后對(duì)機(jī)組安全平穩(wěn)運(yùn)行的危害。

5 總結(jié)和建議

通過(guò)前文的分析取樣代表性、凝汽器泄漏監(jiān)測(cè)可靠性以及凝汽器泄漏后處理流程都對(duì)凝汽器海水泄漏的及時(shí)處理有很大的關(guān)聯(lián)。建議某核電廠進(jìn)行以下改進(jìn)，通過(guò)改進(jìn)降低凝汽器泄漏對(duì)二回路水質(zhì)的影響。

1)1、2號(hào)機(jī)組凝汽器取樣點(diǎn)增加凝汽器中部取樣，確保取樣的代表性。

2)增加凝汽器鈉表數(shù)量，做到每個(gè)凝汽器水室都有相應(yīng)的鈉表，提高泄漏的有效的判斷凝汽器泄漏水室。

3)鑒于陽(yáng)電導(dǎo)的響應(yīng)慢且測(cè)量波動(dòng)大，建議不采用陽(yáng)電導(dǎo)的變化來(lái)判斷凝汽器的泄漏。

4)升版冷凝器泄漏處理程序，根據(jù)"寧可投錯(cuò),不可不投或緩?fù)?的投運(yùn)精處理策略，在凝汽器熱井或凝泵鈉表出現(xiàn)報(bào)警時(shí)第一時(shí)間投運(yùn)精處理混床。

5)凝汽器在線鈉表與凝結(jié)水精處理系統(tǒng)連鎖，實(shí)現(xiàn)凝結(jié)水精處理系統(tǒng)在凝汽器泄漏時(shí)的自動(dòng)投運(yùn),防止雜質(zhì)流入SG。