核電站海水系統(tǒng)加氯框堵塞故障分析與改進(jìn)措施

張亞州，趙明程

（1.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)江蘇省電建第三工程有限公司卡拉奇K2/K3 核電項(xiàng)目部，江蘇鎮(zhèn)江 212000；2.北京卓眾出版有限公司，北京 100083）

0 引言

加氯框是核電廠聯(lián)合泵房取水的重要設(shè)備，主要功能是抑制和殺死進(jìn)水渠道的貝類、水母等海洋生物。如果加氯框失去作用，就會(huì)使核電廠重要廠用水系統(tǒng)（WES）管道內(nèi)滋生海洋生物物，系統(tǒng)管道無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致核島失去大部分的熱阱，也就是說核島和常規(guī)島設(shè)備運(yùn)行所產(chǎn)生的熱量，大部分都無法及時(shí)排出，將導(dǎo)致大部分轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備無法繼續(xù)工作，迫使機(jī)組停堆。

加氯框是一種能夠持續(xù)投加次氯酸鈉（NaClO）溶液的設(shè)備。現(xiàn)場(chǎng)使用中發(fā)現(xiàn)，加氯框內(nèi)的加藥噴口存在堵塞的風(fēng)險(xiǎn)，加藥噴口堵塞后藥液從加藥漏斗內(nèi)溢出，加藥量達(dá)不到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，從而降低了進(jìn)水口浮游生物的抑制效果。分析加氯框堵塞的原因，并采取有針對(duì)性的措施，提高加氯框的工作質(zhì)量，同時(shí)改善加藥量減少和加藥點(diǎn)不均勻的情況，減少管道內(nèi)海洋生物的存在，減少大修期間維修部門的工作量。

1 故障現(xiàn)象

華龍一號(hào)海外機(jī)組聯(lián)合泵房加氯框材料為316L，設(shè)置38 個(gè)加氯噴口，孔徑為5 mm，加氯管材質(zhì)為UPVC，加藥管主管徑110 mm，壁厚5 mm，生產(chǎn)廠商為南京某自動(dòng)化設(shè)備有限公司。2021 年8 月，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)在上游來藥量正常的情況下，加藥漏斗內(nèi)有藥液溢出，隨后檢查發(fā)現(xiàn)兩套加氯框加藥管堵塞（圖1），加氯框?qū)嶋H工作效果下降，需要檢修處理。

圖1 加氯框堵塞

2 故障后果例舉

（1）2006 年5 月，UIchin 電廠1 號(hào)、2 號(hào)機(jī)組滿功率運(yùn)行中，大量蝦群侵入電廠取水口，鼓形濾網(wǎng)兩側(cè)差壓高導(dǎo)致循環(huán)泵跳閘，隨著循泵跳閘冷凝器真空迅速降低，導(dǎo)致兩機(jī)組停堆。

（2）2014 年12 月，某核電站配合BAS55A 列試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)1SEC001/004PO 運(yùn)行過程中頻繁閃發(fā)1SEC702/703KA，泵出口壓力緩慢上升，打開貝類捕集器，發(fā)現(xiàn)大量藻類堆積，進(jìn)而檢查取水明渠，發(fā)現(xiàn)大量棕囊藻將貝類捕集器堵塞。

（3）2015 年8 月，國(guó)內(nèi)某電廠3 號(hào)機(jī)組因海生物涌入鼓網(wǎng)，導(dǎo)致循環(huán)水過濾系統(tǒng)3CFIB 列鼓網(wǎng)出現(xiàn)壓差高信號(hào)，導(dǎo)致B 列循環(huán)水泵停運(yùn)，機(jī)組手動(dòng)降功率，之后鼓網(wǎng)壓差快速上漲，A 列循泵也停運(yùn)，從而導(dǎo)致反應(yīng)堆緊急停堆。

這類事件的結(jié)果基本上是直接導(dǎo)致反應(yīng)堆停堆，反應(yīng)堆停堆所造成的損失巨大，華龍一號(hào)K2、K3 機(jī)組反應(yīng)堆停堆一天少發(fā)的電量保守估值2000 萬元人民幣。因此保證加氯框的正常運(yùn)行是WES 系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

3 故障分析

3.1 上游藥液混合不均勻

由于加氯框深入水下，加藥量減少往往不能直接觀測(cè)到，當(dāng)堵塞情況較為嚴(yán)重導(dǎo)致加藥溢出時(shí)才能被察覺。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，上游來藥時(shí)藥液混合不均勻，存在細(xì)小未溶解顆粒，加之加藥系統(tǒng)是利用高差產(chǎn)生的壓力差來進(jìn)行藥液噴灑，因此管道內(nèi)部壓力不大。當(dāng)下方加藥噴口出現(xiàn)部分堵塞后，主管道內(nèi)部未溶解的顆粒逐步累積增多，就會(huì)導(dǎo)致加藥管主管道堵塞。

3.2 加氯框設(shè)計(jì)問題

加氯框采用下噴口設(shè)計(jì)，當(dāng)管道內(nèi)有未溶解的顆粒時(shí)，下噴口設(shè)計(jì)往往更容易造成堵塞。加氯框主管口截面積78.5 cm2，而下方38 個(gè)噴口截面積7.45 cm2，差距較大，使上游來藥在加藥漏斗內(nèi)處于靜置的時(shí)間較長(zhǎng)，使本就混合不充分的藥液出現(xiàn)沉淀。加氯框本身未考慮出現(xiàn)堵塞后的疏通設(shè)計(jì)，因此在堵塞后只能將加氯框從入水口取出，管道逐段切開沖洗，耗時(shí)耗力。

3.3 日常維護(hù)不充分

加氯框日常使用中暴露在外部空氣中，隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，積累的沙石灰塵隨著加藥漏斗上端的大開口進(jìn)入加藥管道內(nèi)部，日常維護(hù)不細(xì)致，未發(fā)現(xiàn)加氯框出現(xiàn)堵塞的情況，因此應(yīng)定期檢查加藥漏斗內(nèi)的下藥情況，定期檢查上游來藥品質(zhì)，定期進(jìn)行加氯框管道的清理維護(hù)。

4 故障處理及改進(jìn)措施

4.1 控制上游來藥的品質(zhì)

核電站子項(xiàng)制氯站的功能通過電解鹽水生產(chǎn)次氯酸鈉溶液，經(jīng)過循環(huán)水處理系統(tǒng)向海水循環(huán)水和重要廠用水系統(tǒng)的管路投加[1]。通過對(duì)上游來藥的品質(zhì)進(jìn)行控制，上游制氯站生產(chǎn)NaClO 溶液時(shí)應(yīng)確保內(nèi)部難溶物比例小于一定比例來作為生產(chǎn)指標(biāo)之一，確保上游來藥的品質(zhì)，確保NaClO 的充分溶解。上游來藥的難溶物越少、溶解越充分，后期維護(hù)的頻率就越低。核電站各子項(xiàng)的完工要求都是環(huán)環(huán)相扣的，只有各環(huán)節(jié)的精益求精，才能使整個(gè)系統(tǒng)順利運(yùn)行。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)修改原設(shè)備部分結(jié)構(gòu)尺寸

現(xiàn)場(chǎng)拆除原加藥漏斗下方管道，分段清理管道內(nèi)堵塞物，拆除原加氯框UPVC 管道進(jìn)行清理，將管道噴水口直徑擴(kuò)大至10 mm，增加管道噴藥口數(shù)量，確保藥物的均勻噴灑。但這些措施只能治標(biāo)不能治本，如上游來藥的品質(zhì)不進(jìn)行控制，或長(zhǎng)時(shí)間投用以后，下方管道仍然會(huì)出現(xiàn)堵塞。

4.3 加強(qiáng)操作人員的技能培訓(xùn)

加氯框作為一個(gè)長(zhǎng)期使用且不可或缺的設(shè)備，其正常運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)核電站的正常運(yùn)行起著關(guān)鍵作用，因此對(duì)維護(hù)人員的基礎(chǔ)技能培訓(xùn)至關(guān)重要。對(duì)人員因不懂或失誤未發(fā)現(xiàn)加氯框來藥量減少的情況進(jìn)行管理。操作人員定期檢測(cè)加藥量的速率可以有效判斷加氯框是否需要撈出清理，避免加氯框失效后才發(fā)現(xiàn)。當(dāng)加氯框失效時(shí)，如遇到浮游生物大面積侵入則會(huì)導(dǎo)致后方鼓網(wǎng)壓力驟增，進(jìn)水量減少，迫使機(jī)組降功率運(yùn)行甚至停機(jī)。因此泵房操作人員應(yīng)具有一定的預(yù)防和處理緊急情況的技能。

4.4 改進(jìn)加氯框部分設(shè)計(jì)（圖2）

圖2 加氯框設(shè)計(jì)改進(jìn)

（1）改進(jìn)后的加氯框架裝有相互連通的加藥管，加藥管上設(shè)有相互連通的加藥噴嘴，水平管道采用上噴口設(shè)計(jì)（原設(shè)計(jì)是下噴口設(shè)計(jì)），減少管口因上游雜質(zhì)以及未溶解的次氯酸鈉（或其他藥物）造成噴口堵塞，且經(jīng)過加氯框壁的反射后，藥物濺射面更大，加氯時(shí)噴灑更均勻。

（2）由于下方管道壓強(qiáng)大于上方管道，下方噴射流速大于上方噴射流速，上方噴液后溶質(zhì)受到自身重力影響會(huì)持續(xù)下沉，因此下方噴口數(shù)量設(shè)計(jì)少于上方噴口數(shù)（原設(shè)計(jì)上下噴口數(shù)量相同），使溶液均勻分布在海水中。

（3）根據(jù)設(shè)計(jì)加氯量來設(shè)置主管徑截面積和加藥口數(shù)量，確保加藥量在需要的范圍內(nèi)可控（原設(shè)計(jì)主管徑和噴藥口截面積差距過大，使上游來藥在加藥漏斗內(nèi)靜置沉淀）。上方加藥漏斗內(nèi)排藥口設(shè)置浮球，漏斗內(nèi)溶液一滿自動(dòng)停止，避免溶液溢出。

（4）設(shè)置PVC 管道終端活動(dòng)堵頭和喇叭口儲(chǔ)污倉(cāng)（原設(shè)計(jì)無），定期使用抓斗抽出加氯框打開活動(dòng)堵頭，通入清水沖洗清理，降低由于噴藥口堵塞帶來的維護(hù)成本，改善了加氯框在使用過程中由于噴口堵塞導(dǎo)致的加藥量減少，以及藥點(diǎn)不均勻的情況，有效減少了海洋生物的存在，減少大修期間維護(hù)部門的工作量。

5 結(jié)語

加氯框是聯(lián)合泵房取水口的重要設(shè)備，也是整個(gè)核電場(chǎng)發(fā)電的重要環(huán)節(jié)，因此保證加氯框穩(wěn)定地發(fā)揮作用才能實(shí)現(xiàn)核電廠的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。加氯框常見的問題之一就是加藥噴口堵塞，作為近十多年剛出現(xiàn)的設(shè)備，由于應(yīng)用面狹窄，此類設(shè)備的優(yōu)化改進(jìn)還不夠多，因此分析加氯框出現(xiàn)堵塞故障的原因并提出解決措施對(duì)核電站的正常運(yùn)行具有十分重要的意義。在實(shí)際工作過程中，要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際不斷優(yōu)化加氯框的設(shè)計(jì)，尤其要重視過程維護(hù)交底。一旦出現(xiàn)部分堵塞要及時(shí)處理，不能等到加氯框完全失效后去處理。只有前面取水口抑制了浮游生物的入侵，才能減少后方鼓網(wǎng)或旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的壓力。另外要增加智能設(shè)備的使用，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)泵房通過的循環(huán)水管道內(nèi)部水的含氯量，低于一定值時(shí)就要開始檢修維護(hù)，避免憑借經(jīng)驗(yàn)和定期檢修維護(hù)的不穩(wěn)定性。在設(shè)備的使用過程中要建立全方位的預(yù)防、維護(hù)與檢修系統(tǒng)，確保WES 系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，從而保證核電站高效安全運(yùn)行。