慢化劑覆蓋氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺陷及其改進(jìn)

王晶晶

摘??要：作為主慢化劑系統(tǒng)的輔助系統(tǒng)，慢化劑覆蓋氣系統(tǒng)發(fā)揮著重要的作用，但由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)上存在的缺陷，使得系統(tǒng)正常投運(yùn)期間水環(huán)式壓縮機(jī)無(wú)法正常疏排機(jī)械密封引漏水，導(dǎo)致高氚重水在疏水管線中積聚并最終從備用機(jī)械密封處泄漏到外部環(huán)境中。在機(jī)組投入正常商業(yè)運(yùn)行后，隨著這一缺陷問(wèn)題的逐漸暴露，為此展開(kāi)了一系列分析檢查，最終定位了慢化劑覆蓋氣系統(tǒng)上存在的設(shè)計(jì)缺陷。通過(guò)變更壓縮機(jī)疏水管線、拆除管線止回閥等一系列舉措，先后經(jīng)過(guò)3次改進(jìn)和調(diào)整，徹底解決了系統(tǒng)上存在的設(shè)計(jì)缺陷問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：水環(huán)壓縮機(jī)??機(jī)封??疏水管線??設(shè)計(jì)缺陷??設(shè)計(jì)改進(jìn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM623

The?Design?Defect?of?the?Blanket?Gas?System?of?Moderator?and?Its?Improvement

WANG?Jingjing

（Operation?Department?Five，CNNC?Nuclear?Power?operation?Management?Co.，?Ltd.，?Haiyan，?Zhejiang?Province，?314300?China）

Abstract：?As?an?auxiliary?system?of?the?main?moderator?system，?the?blanket?gas?system?of?moderator?plays?an?important?role.?However，?due?to?a?defect?in?system?design，?the?water-ring?compressor?could?not?properly?drain?the?leakage?of?the?mechanical?leak-off?connection?during?the?normal?operation?of?the?system，?leading?to?the?accumulation?of?high-tritium?heavy?water?in?the?drainage?pipeline?and?ultimately?leaking?from?the?backup?mechanical?seal?into?the?external?environment.?After?the?unit?was?put?into?normal?commercial?operation，?this?defect?was?gradually?exposed，?a?series?of?analysis?and?inspection?were?carried?out，?and?the?design?defect?in?the?blanket?gas?system?of??moderator?was?ultimately?located.?Through?a?series?of?measures?such?as?changing?the?drainage?pipeline?of?the?compressor?and?dismantling?the?check?valve?of?the?pipeline，??and?the?design?defect?in?the?system?has?been?completely?solved?after?three?improvements?and?adjustments.

Key?Words：?Water-ring?compressor；Mechanical?seal；Drainage?pipeline；Design?defect；Design?improvement

慢化劑覆蓋氣系統(tǒng)是CANDU堆核電機(jī)組一回路重要輔助系統(tǒng)，但該系統(tǒng)在投運(yùn)后長(zhǎng)期存在隱蔽的重水泄漏情況，反復(fù)出現(xiàn)的高氚狀況對(duì)廠房污染控制和現(xiàn)場(chǎng)工作的開(kāi)展帶來(lái)了非常不利的影響。為了從根本上解決這一問(wèn)題，通過(guò)系統(tǒng)參數(shù)檢查、工藝系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)檢查、工作記錄核查、氚水平監(jiān)測(cè)等方式完成泄漏定位，并通過(guò)系統(tǒng)工藝管線變更等方式從源頭上解決了設(shè)備重水泄漏的深層次問(wèn)題。本文將詳細(xì)闡述系統(tǒng)泄漏的定位和變更改造的全過(guò)程。

1??背景介紹

1.1??慢化劑覆蓋氣系統(tǒng)簡(jiǎn)述

我國(guó)秦山三期核電站為兩座從加拿大引進(jìn)的CANDU堆核電機(jī)組，CANDU堆與壓水堆顯著的差別就是有其獨(dú)立的主慢化劑系統(tǒng)。慢化劑覆蓋氣系統(tǒng)作為主慢化劑系統(tǒng)的一個(gè)重要輔助系統(tǒng)為氦氣循環(huán)提供了封閉回路，目的在于給排管容器及其組件提供一個(gè)無(wú)腐蝕和不易爆惰性氣體氛圍，并通過(guò)4根超壓保護(hù)管進(jìn)行超壓保護(hù)。

1.2??泄漏情況的定位過(guò)程

兩臺(tái)機(jī)組在投入商業(yè)運(yùn)行后，經(jīng)過(guò)了102大修，1號(hào)機(jī)組慢化劑覆蓋氣系統(tǒng)主體設(shè)備區(qū)域氚劑量水平顯著升高[1]，給運(yùn)行人員日常巡檢和操作、維修人員現(xiàn)場(chǎng)檢修活動(dòng)的開(kāi)展帶來(lái)嚴(yán)重的影響，為查明此狀況出現(xiàn)的內(nèi)在原因，先后進(jìn)行了大量檢查確認(rèn)工作。

對(duì)覆蓋氣系統(tǒng)及其工藝關(guān)聯(lián)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行全面核查，了解各方面參數(shù)的歷史變化趨勢(shì)；對(duì)以上系統(tǒng)分布于該區(qū)域的主體設(shè)備、工藝管道等進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查，以發(fā)現(xiàn)可能的重水泄漏點(diǎn)[2]。

根據(jù)工作記錄，在102大修過(guò)程中以及系統(tǒng)整體啟動(dòng)后，系統(tǒng)1號(hào)壓縮機(jī)機(jī)封反復(fù)出現(xiàn)漏水情況，同時(shí)在驗(yàn)證過(guò)程中發(fā)現(xiàn)2號(hào)壓縮機(jī)機(jī)封也存在同樣的情況。通過(guò)采取對(duì)壓縮機(jī)搭建負(fù)壓棚進(jìn)行劑量監(jiān)測(cè)的措施，發(fā)現(xiàn)負(fù)壓棚內(nèi)部氚劑量水平遠(yuǎn)高于棚外環(huán)境值。

通過(guò)一系列的排查驗(yàn)證，最終確定覆蓋氣系統(tǒng)水環(huán)壓縮機(jī)非驅(qū)動(dòng)端機(jī)封泄出的重水就是造成區(qū)域高氚現(xiàn)象的源頭[3]。

2??壓縮機(jī)機(jī)封漏水原因剖析

2.1??慢化劑覆蓋氣系統(tǒng)工作流程簡(jiǎn)介

慢化劑覆蓋氣系統(tǒng)初始工藝流程簡(jiǎn)圖如圖1所示。系統(tǒng)內(nèi)流轉(zhuǎn)有氣、水兩相介質(zhì)。圖1中虛線表示為氣回路，實(shí)線表示為水回路。

位于排管容器頂部自由空間的覆蓋氣體，經(jīng)氣體管線到達(dá)除霧器裝置，除去混合在覆蓋氣體中的水分之后在預(yù)熱器中進(jìn)行預(yù)熱，加熱后的氣體流入復(fù)合裝置，在復(fù)合裝置中催化劑鈀的作用下，混合氣體中的氘和氧復(fù)合生成重水。氣體流經(jīng)復(fù)合裝置后，通過(guò)第二個(gè)阻火器，進(jìn)入系統(tǒng)冷卻器中，混合氣體由冷卻器管側(cè)的循環(huán)冷卻水進(jìn)行冷卻，冷凝下來(lái)的重水匯流到慢化劑高位箱3211-TK1中，冷卻后的氣體則由一臺(tái)運(yùn)行的壓縮機(jī)從冷卻器殼側(cè)抽取后排入高位箱并通過(guò)氣管線進(jìn)入排管容器頂部自由空間[4]，從而形成了覆蓋氣體在系統(tǒng)內(nèi)的封閉循環(huán)。系統(tǒng)正常運(yùn)行期間通過(guò)一組投運(yùn)的氦氣瓶組進(jìn)行補(bǔ)氣，由兩個(gè)壓力調(diào)節(jié)閥逐級(jí)進(jìn)行調(diào)壓，維持供氣壓力在24?kPa，兩個(gè)并列安裝在排管容器超壓保護(hù)通道出口的排氣閥3231-PV1、PV2在30?kPa時(shí)打開(kāi)排氣以避免系統(tǒng)超壓。

正常運(yùn)行時(shí)，壓縮機(jī)的密封水由主慢化劑泵出口經(jīng)過(guò)慢化劑毒物添加系統(tǒng)的延遲箱供應(yīng)到壓縮機(jī)密封端，壓縮機(jī)機(jī)械密封疏水則排放到慢化劑高位箱3211-TK1中。當(dāng)主慢化劑泵停運(yùn)時(shí)，密封水的供水動(dòng)力由覆蓋氣體系統(tǒng)增壓泵來(lái)提供。

2.2??壓縮機(jī)機(jī)封漏水問(wèn)題解析

參照系統(tǒng)流程圖，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，在除霧器前專(zhuān)門(mén)設(shè)置了水封管線，通過(guò)該段水封的阻隔[5]，系統(tǒng)運(yùn)行壓力不會(huì)直接作用到壓縮機(jī)機(jī)封疏水管線。但該水封的實(shí)際高度所產(chǎn)生的靜壓比覆蓋氣系統(tǒng)正常運(yùn)行壓力要小，水密封不能有效阻氣，并且除霧器處水封段、冷凝器疏排段與機(jī)封引漏管三者直接連接在一起（如圖1所示），使得壓縮機(jī)機(jī)封引漏管上的兩個(gè)止回閥V48和V49都要承受系統(tǒng)的工作壓力，本身這兩個(gè)止回閥就存在一定的開(kāi)啟壓力，在雙重因素作用下止回閥不能正常打開(kāi)，機(jī)封泄漏[2]重水不能順利排出，只能在疏水管內(nèi)不斷蓄積，最終滿(mǎn)溢外漏。

在后續(xù)的檢查中還發(fā)現(xiàn)，1號(hào)壓縮機(jī)機(jī)封引漏管上的止回閥存在內(nèi)漏也是導(dǎo)致重水外漏的一個(gè)原因[6]。

2.3??最終分析結(jié)論

從表面看壓縮機(jī)機(jī)械密封泄漏的直接原因是止回閥泄漏導(dǎo)致覆蓋氣壓力反沖引起的，但通過(guò)上面的分析可以看出，壓縮機(jī)機(jī)封疏水回路本身存在設(shè)計(jì)缺陷是導(dǎo)致重水外漏的根本原因，這一缺陷問(wèn)題如果得不到解決，將導(dǎo)致壓縮機(jī)機(jī)封疏水管內(nèi)積存的放射性重水反復(fù)泄漏到反應(yīng)堆廠房，重水損失增加，也會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的廠房環(huán)境污染。

3??系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺陷變更完善歷程

3.1??機(jī)封引漏管改接至氣體色譜分析系統(tǒng)

針對(duì)系統(tǒng)中存在的上述設(shè)計(jì)缺陷，準(zhǔn)備并組織實(shí)施了臨時(shí)變更，將壓縮機(jī)機(jī)封引漏管與其他兩段管線斷開(kāi)連接，單獨(dú)增設(shè)引漏管線至氣體色譜分析系統(tǒng)電磁閥SV63/64下游疏水管上，接收水箱由重水高位箱3211-TK1改為了慢化劑重水收集系統(tǒng)收集箱3251-TK1，從而使得壓縮機(jī)機(jī)械密封引漏管上的止回閥V48/V49不再承受覆蓋氣系統(tǒng)工作壓力。安裝時(shí)在疏水管布置上留出一定的位差，保證引流重水依靠重力能克服新增逆止閥V103的正向開(kāi)啟阻力。由于3251-TK1的位置遠(yuǎn)低于3211-TK1，也讓疏排變得更為順暢。

變更完成后效果明顯，在1號(hào)壓縮機(jī)試轉(zhuǎn)過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)機(jī)封漏水，但是壓縮機(jī)投運(yùn)時(shí)間不長(zhǎng)，機(jī)封漏水情況又再次出現(xiàn)。

3.2??機(jī)封引漏管改接至收集箱

對(duì)于壓縮機(jī)投運(yùn)之后又出現(xiàn)漏水的情況，再次開(kāi)展調(diào)查，發(fā)現(xiàn)原因在于與覆蓋氣系統(tǒng)直接關(guān)聯(lián)的氣體色譜分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)有兩根氣體取樣管線直接與覆蓋氣系統(tǒng)氣空間相連，通過(guò)該氣管線實(shí)現(xiàn)對(duì)覆蓋氣系統(tǒng)氣體成分的在線取樣分析；在這兩根氣體取樣管線上裝設(shè)有分離器以及配套的電磁閥SV63/64，根據(jù)電磁閥內(nèi)部的設(shè)定會(huì)定時(shí)打開(kāi)一段時(shí)間，以便將對(duì)應(yīng)分離器中分離出來(lái)的水分排放到收集箱3251-TK1中，在電磁閥開(kāi)啟后會(huì)導(dǎo)致覆蓋氣系統(tǒng)氣空間直接與疏水管線相通；這樣系統(tǒng)24?kPa左右的工作壓力將直接作用于疏水管線，由于壓縮機(jī)機(jī)封疏水管線與電磁閥疏水管線是連接在一起的，壓力反沖作用下壓縮機(jī)機(jī)封疏水管線止回閥承壓無(wú)法打開(kāi)，導(dǎo)致不能正常疏排水。

在找到問(wèn)題的根源之后，有針對(duì)性地將系統(tǒng)管線再次進(jìn)行了改造，斷開(kāi)壓縮機(jī)機(jī)封疏水管線與氣體色譜分析系統(tǒng)電磁閥下游疏水管線之間的連接，加裝直通收集箱3251-TK1的疏水管線，這樣壓縮機(jī)機(jī)封疏水可以直接排放到收集箱中，從而徹底消除了氣體色譜分析系統(tǒng)的影響，同時(shí)收集箱在正常運(yùn)行期間其氣空間維持負(fù)壓，為壓縮機(jī)機(jī)封疏水創(chuàng)造了更為便利的條件。

3.3??機(jī)封引漏管線止回閥拆除

在上次變更完成后，情況有了明顯的好轉(zhuǎn)，但是在實(shí)際運(yùn)行中又觀測(cè)到第一次變更后在疏水管線上新增設(shè)的止回閥V103對(duì)壓縮機(jī)機(jī)封疏水存在一定的阻礙作用，最初設(shè)置該止回閥是考慮與氣體色譜分析系統(tǒng)疏水管線相連可能存在的疏水反冒的風(fēng)險(xiǎn)，但是在經(jīng)過(guò)第二次變更之后，兩個(gè)系統(tǒng)之間的疏水已經(jīng)完全分開(kāi)，互相不受影響，且在收集箱與重水蒸氣回收系統(tǒng)排氣管線相通的情況下，也不太可能出現(xiàn)收集箱中的重水沿著壓縮機(jī)機(jī)封疏水管線溢流到壓縮機(jī)的情況，經(jīng)過(guò)綜合評(píng)估，再次對(duì)系統(tǒng)變更進(jìn)行了修改，將第一次變更中新增的止回閥V103進(jìn)行了拆除處理，為壓縮機(jī)機(jī)封疏水進(jìn)一步掃清了障礙。

4??變更成效

在經(jīng)歷了3次設(shè)計(jì)變更后，通過(guò)持續(xù)的跟蹤觀察，在兩臺(tái)壓縮機(jī)運(yùn)行期間，壓縮機(jī)基座平臺(tái)再?zèng)]有出現(xiàn)過(guò)重水水跡，壓縮機(jī)機(jī)封漏水的問(wèn)題得到了根本性解決。

5??結(jié)語(yǔ)

慢化劑覆蓋氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)上的缺陷，從發(fā)現(xiàn)到最終解決，經(jīng)歷了一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)間歷程，從最初泄漏情況的出現(xiàn)引起關(guān)注重視，到開(kāi)展一系列分析檢查，多方驗(yàn)證完成泄漏點(diǎn)的定位，再到設(shè)計(jì)改進(jìn)過(guò)程中，從系統(tǒng)管線變更，機(jī)封疏水管線止回閥的拆除，再到后期修改管路布線，設(shè)計(jì)方案在調(diào)整過(guò)程中一步步得到了完善，并最終完美地解決了系統(tǒng)設(shè)計(jì)上存在的缺陷問(wèn)題。實(shí)踐是積累經(jīng)驗(yàn)的有效途徑，這一次實(shí)踐活動(dòng)，為今后發(fā)現(xiàn)和處理系統(tǒng)、設(shè)備上的缺陷問(wèn)題提供了良好的借鑒意義。

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