雷宙

摘 要：國內(nèi)某核電站一期工程二回路凝結(jié)水二級調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)樹脂的狀況，使水質(zhì)發(fā)生偏離，對蒸汽發(fā)生器造成危害。維修工程技術(shù)人員依據(jù)系統(tǒng)設計圖紙，采取排除法和分析法（對樹脂類型進行分析）相結(jié)合的方式，逐一驗證各種導致樹脂漏入凝結(jié)水系統(tǒng)的可能，徹底弄清了二回路凝結(jié)水二級調(diào)節(jié)閥內(nèi)樹脂產(chǎn)生的原因；根據(jù)機組現(xiàn)行運行情況以及系統(tǒng)缺陷，采取了近期應對措施，并對如何通過技術(shù)改造，徹底解決系統(tǒng)缺陷提出了設想。

關(guān)鍵詞：凝結(jié)水精處理系統(tǒng) ； 凝結(jié)水精處理陽床； 凝結(jié)水精處理陰床 ；凝結(jié)水二級調(diào)節(jié)閥 ；樹脂

中圖分類號：TL353+.5 文獻標識碼：A 文章編號：2095-7394（2018）02-0020-06

核電機組二回路，構(gòu)成了封閉的熱力循環(huán)，其主要功能是將凝汽器中的凝結(jié)水，經(jīng)過凝結(jié)水系統(tǒng)、除氧器、主給水系統(tǒng)送入蒸汽發(fā)生器加熱變成蒸汽，再由主蒸汽系統(tǒng)送往汽輪機做功，汽輪機帶動發(fā)電機，將機械能變?yōu)殡娔?。從安全角度講，二回路的另外一個主要功能是將反應堆衰變產(chǎn)生的熱量帶走。二回路在設計上，有探測放射性漏入系統(tǒng)的手段和隔離泄漏的方法。因此，對于核電站來說，二回路相當于血管對于人體的重要性，當二回路中出現(xiàn)了雜質(zhì)，導致二回路水質(zhì)惡化，將會危害到核電站系統(tǒng)設備的安全乃至核安全。因此，每一個核電站在其各類規(guī)程和技術(shù)規(guī)格書中都對二回路水質(zhì)做出了非常嚴格的要求。盡管核電站設計過程中都充分考慮了保護二回路水質(zhì)的具體措施，但機組實際運行中，由于各方面原因，亦有可能出現(xiàn)影響二回路水質(zhì)的其他不可預見的因素。筆者結(jié)合某核電站一期工程凝結(jié)水二級調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)樹脂的狀況，分析其產(chǎn)生原因，并就其采取的應對措施進行歸納，以便為其他核電機組的運行安全及技術(shù)改造提供經(jīng)驗借鑒。

1 某核電站一期工程凝結(jié)水二級調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)樹脂問題描述

某年6月1日下午16：40，國內(nèi)某核電站維修人員在解體1LCA20AA201（凝結(jié)水二級調(diào)節(jié)閥）本體后，發(fā)現(xiàn)閥腔存在疑似樹脂的物質(zhì)，且有刺激性氣味。后續(xù)維修人員對二回路其他設備解體進行了仔細檢查，其中在高壓加熱器中發(fā)現(xiàn)較少量樹脂，在凝結(jié)水疏水收集系統(tǒng)1LCM水箱中發(fā)現(xiàn)約1L樹脂，其他設備中未發(fā)現(xiàn)樹脂。[1]該核電站一期工程所使用的離子交換樹脂是由單體、交聯(lián)劑和交換基團組成。單體是能聚合成高分子化合物的低分子有機物，是離子交換樹脂的主要成分，也是離子交換樹脂的母體。交聯(lián)劑是固定樹脂形狀和增強樹脂機械強度的成分，交聯(lián)劑在離子交換樹脂內(nèi)的百分含量，稱為交聯(lián)度。水處理中應用的離子交換樹脂的交聯(lián)度一般在7%～12%范圍內(nèi)。離子交換基團是連接在單體上的具有活性離子的基團。它可由具有離解能力的低分子（如H2SO4等）通過化學反應引接到樹脂內(nèi)，也可由帶有離解基團的高分子電解質(zhì)（如甲基丙烯酸等）直接合成。[2]樹脂在使用中所承受的溫度有一定極限，超過其極限溫度，樹脂就會發(fā)生熱分解。由于樹脂中含有磺酸基，受熱分解會產(chǎn)生硫酸根，對蒸汽發(fā)生器傳熱管造成腐蝕。核電站技術(shù)規(guī)格書中同樣對硫酸根離子的濃度做出了明確要求。在核功率?50 %N額定時，要求蒸汽發(fā)生器排污水中硫酸根離子濃度?100μg/kg，在核功率>50 %N額定時，要求蒸汽發(fā)生器排污水中硫酸根離子濃度?50μg/kg。樹脂隨著凝結(jié)水在二回路中流動，當溫度升高時，樹脂將發(fā)生分解，釋放出硫酸根，使水質(zhì)偏離，對蒸汽發(fā)生器造成危害。

2 某核電站一期工程凝結(jié)水二級調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)樹脂的原因分析

對核電機組來說，凝結(jié)水系統(tǒng)和給水系統(tǒng)出現(xiàn)樹脂，就等于出現(xiàn)了雜質(zhì)。按照機組設計要求，在正常工況下，樹脂本不應該存在于二回路中，但機組實際運行中1LCA20AA201（凝結(jié)水二級調(diào)節(jié)閥）出現(xiàn)樹脂，肯定不正常。樹脂何時產(chǎn)生、從何而來，必須徹底查清。一般來說，該機組凝結(jié)水二級調(diào)節(jié)閥內(nèi)樹脂何時產(chǎn)生，則相對容易判斷。因為凝結(jié)水二級調(diào)節(jié)閥每年大修都會解體，在T109大修（1號機組第09次大修）解體時，未見樹脂。凝結(jié)水二級調(diào)節(jié)閥最近一次操作為2016年9月，2016年7月19日—9月7日為打開狀態(tài)，9月7日后關(guān)閉至T110大修（1號機組第10次大修）。初步判斷樹脂是2016年9月以后流入系統(tǒng)，并積存在1LCA20AA201處。而二回路二級調(diào)節(jié)閥內(nèi)樹脂從何而來，則相對難以判斷。按常理，二回路二級調(diào)節(jié)閥內(nèi)出現(xiàn)樹脂，必定與二回路相連并且含有樹脂的其他系統(tǒng)相關(guān)。該核電站一期工程機組與二回路相連并且含有樹脂的系統(tǒng)有1LCU（除鹽水補給）系統(tǒng)（水源是1GCF40“除鹽水預處理系統(tǒng)”）、1LCQ（蒸汽發(fā)生器排污）系統(tǒng)、1LD（凝結(jié)水精處理）系統(tǒng)。那么，樹脂到底由什么原因產(chǎn)生需要快速確定。為了在短時間內(nèi)找到產(chǎn)生樹脂的原因，維修工程技術(shù)人員依據(jù)系統(tǒng)設計圖紙，采取排除法和分析法（對樹脂類型進行分析）相結(jié)合的方式，逐一驗證各種導致樹脂漏入凝結(jié)水系統(tǒng)的可能。

2.1 1LCU（除鹽水補給）系統(tǒng)的排查

在正常工況下，二回路的補水來自于1LCU（除鹽水補給）系統(tǒng)中的二、三號水箱，在無箱體檢修工作的情況下，兩個水箱的補水以及用水都是同步進行的，因此，在對除鹽水補給系統(tǒng)進行檢查時，只需檢查其中的一個水箱即可。維修工程技術(shù)人員將1LCU02BB001（二號除鹽水補給水箱）底排閥打開排空水箱，并對二號除鹽水補給水箱箱體解體檢查，未發(fā)現(xiàn)樹脂，所以排除1GCF40系統(tǒng)漏樹脂的可能；對1LCQ系統(tǒng)樹脂捕捉器排水檢查亦未見樹脂，并且1LCQ系統(tǒng)水進入除氧器，所以排除1LCQ系統(tǒng)漏樹脂。

2.2 1LD（凝結(jié)水精處理）系統(tǒng)的排查

鑒于這種情況，維修工程技術(shù)人員將排查重點放在1LD系統(tǒng)（凝結(jié)水精處理系統(tǒng)）。1LD系統(tǒng)與LCA系統(tǒng)（凝結(jié)水系統(tǒng)）相連，它包括1LDB系統(tǒng)（凝結(jié)水精處理混床）入口、1LDF系統(tǒng)（凝結(jié)水精處理陽床）出口。[3]而1LDB/LDF系統(tǒng)排氣管道又與1LCM系統(tǒng)（凝結(jié)水疏水收集系統(tǒng)）相連。所以，排查工作依次從1LDF系統(tǒng)、1LDB系統(tǒng)進行。

2.2.1對1LDF系統(tǒng)（凝結(jié)水精處理混床）的排查分析

由于1LDF（凝結(jié)水精處理混床）出口直接與凝結(jié)水系統(tǒng)管道連接，根據(jù)以往經(jīng)驗判斷，最常見和最易發(fā)生樹脂漏出的位置就是1LDF出口。所以，排查工作從解體檢查1LDF21-25AT002（五列混床出口的樹脂捕捉器）開始。1LDF系統(tǒng)包括1LDF21-25AT001混床和1LDF21-25AT002樹脂捕捉器（見圖1）。[3]

維修工程技術(shù)人員先對1LDF21-25AT002五個樹脂捕捉器（見圖2）進行解體，打開出口管處端板進行檢查后，目測未發(fā)現(xiàn)樹脂；隨后，又對樹脂捕捉器出口腔室和樹脂捕捉器內(nèi)部濾元進行檢查，也未發(fā)現(xiàn)樹脂。

為徹底排除1LDF（凝結(jié)水精處理混床）系統(tǒng)漏出樹脂的可能，維修工程技術(shù)人員又對1LDF21-25AT001（五列混床）底部入孔門（見圖3）進行解體檢查，檢查結(jié)果亦顯示未發(fā)現(xiàn)樹脂漏出（如果漏樹脂，水帽板下部、穹底以及樹脂捕捉器中將都會有樹脂殘留，但解體后并沒有發(fā)現(xiàn)樹脂）。根據(jù)以上排查，可以排除掉1LDF系統(tǒng)出口漏樹脂的可能。

2.2.2 對1LCA20AA201內(nèi)樹脂成分的分析。

在對1LDF（凝結(jié)水精處理混床）系統(tǒng)進行排查的同時，化學分析人員采用酸堿處理方法對1LCA20AA201內(nèi)的樹脂進行取樣分析，其主要目的是對樹脂的成分進行分析，以此來判斷樹脂類型，為準確定位泄露的樹脂是屬于陽床還是混床提供重要依據(jù)。所取到樣品外觀見圖4，通過酸堿處理后樹脂如圖5。

取樣中，肉眼可以看到，絕大部分是白色、紅色及黑色不透明樹脂，極少一部分是透明淺黃色樹脂。用顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，紅色及黑色不透明樹脂絕大部分為白色樹脂外層包裹了一層黑色或紅色物質(zhì)，應該是樹脂被鐵污染了。用15%鹽酸和15%氫氧化鈉反復浸泡10h多，沒有發(fā)現(xiàn)樹脂外觀有明顯變化；用15%的NaOH浸泡，沒有發(fā)現(xiàn)樹脂分層現(xiàn)象；用10%的硫酸銅溶液浸泡后沒有發(fā)現(xiàn)樹脂變色，無法判斷出是陰樹脂、陽樹脂還是惰性樹脂。為此，化學分析人員聯(lián)系生產(chǎn)廠家，并將樣品郵寄給廠家協(xié)助進行化學分析，廠家分析得出的結(jié)論為樹脂全部是陽樹脂。依據(jù)廠家給出的樹脂類型分析結(jié)論，可以判定樹脂是從1LDB系統(tǒng)進入二回路的。

2.2.3 對LDB系統(tǒng)（凝結(jié)水精處理陽床）的排查

（1）1LDB系統(tǒng)運行情況排查：1LDB系統(tǒng)過濾器頂部補水裝置是杯中杯開孔式，見圖6，該裝置沒有阻攔樹脂進入二回路的功能，所以樹脂有可能通過該裝置流入凝結(jié)水系統(tǒng)中，但是在每個床體入口處都設計有逆止閥，其作用就是防止LDB中樹脂反向進入凝結(jié)水系統(tǒng)中，而機組運行中，LD系統(tǒng)（凝結(jié)水精處理系統(tǒng)）入口壓力要大于出口壓力，機組正常工作期間，不具備樹脂反向流入凝結(jié)水系統(tǒng)的條件。

（2）1LDB系統(tǒng)倒樹脂情況排查：1LDB系統(tǒng)再生倒樹脂過程中，設置有頂部頂壓流量，也不具備樹脂流入凝結(jié)水的條件。

（3）1LDB系統(tǒng)排氣閥誤操作情況排查：調(diào)取2016年9月后1LDB11-15AA111的開啟狀態(tài)和壓縮空氣壓力，亦未發(fā)現(xiàn)異常狀態(tài)。

（4）1LDB系統(tǒng)進入1LCM系統(tǒng)排查：1LDB系統(tǒng)樹脂進入1LCM的途徑，只有在再生中進行壓縮空氣吹平時有樹脂粘在過濾器的上穹頂，之后注滿水過程中可能會通過1LDB11-15AA111有少量樹脂流入1LCM系統(tǒng)。為驗證此種情況，在2LDB15和1LDB11壓縮空氣吹平和注水時在管道2LDB15AA111和1LDB11AA111管道后綁扎紗布，以驗證是否能有樹脂通過此通道流入LCM系統(tǒng)。在2LDB15吹平和注水時綁扎紗布未見樹脂（見圖7）。在1LDB11吹平和注水時綁扎紗布攔截進行驗證，攔截到少量樹脂（見圖8）。由此可以斷定1LDB系統(tǒng)樹脂會通過漏斗進入1LCM系統(tǒng)。

2.2.4 對1LCM（凝結(jié)水疏水收集）系統(tǒng)排查

與1LD系統(tǒng)相連的1LCM系統(tǒng)有封閉式、也有開放式（漏斗排水），1LCM改造時，這部分水沒有回收，通過1LCM29AA001排到地坑（見圖9）。[3]但是如果1LCM05AA001內(nèi)漏，則有可能1LDB漏斗排放的這部分水流入1LCM01水箱，進而運行中這部分水回到二回路系統(tǒng)中。由于工期較緊，維修工程技術(shù)人員無法隔離系統(tǒng)將1LCM05AA001拆御下來檢查，只能通過試驗判斷1LCM05AA001是有較大的內(nèi)漏。維修工程技術(shù)人員嘗試采取以下方法逐一進行驗證，即試驗前保證LCM05管線上的排水流量穩(wěn)定；啟泵將LCM01BB001液位降低到1.0m，然后轉(zhuǎn)打循環(huán)工況；用桶測量溢流管線接滿一桶水的時間；停運LCM泵，用桶測量溢流管線接滿一桶水的時間；比較兩次的時間來判斷1LCM05AA001是否有內(nèi)漏。試驗驗證該閥確實存在內(nèi)漏，不過無法判斷具體泄漏量。由此，徹底弄清了凝結(jié)水精處理陽床的樹脂是通過漏斗進入凝結(jié)水疏水收集箱（LCM），而后又通過凝結(jié)水疏水收集泵打入二號凝汽器，從而導致樹脂進入了二回路。

3 消除凝結(jié)水二級調(diào)節(jié)閥內(nèi)樹脂的應對措施

弄清了二回路二級調(diào)節(jié)閥內(nèi)樹脂產(chǎn)生的原因，必須采取有效措施加以防范。根據(jù)機組現(xiàn)行運行情況以及系統(tǒng)缺陷，維修工程技術(shù)人員采取了近期應對措施，并對如何通過技術(shù)改造，徹底解決系統(tǒng)缺陷提出了設想。

3.1 近期應對措施

按照機組檢修大綱要求，1LCM05AA001的檢修要等12個燃料循環(huán)檢修一次才能進行，二回路凝結(jié)水二級調(diào)節(jié)閥內(nèi)出現(xiàn)樹脂時，機組狀態(tài)沒有條件解體檢查1LCM05AA001。為了避免樹脂流入1LCM系統(tǒng)進而進入二回路系統(tǒng)中，維修工程技術(shù)人員，嘗試在1LDB11-15AA111排氣管道下漏斗中綁扎紗布，并在每次再生操作時進行檢查和清理。綁扎紗布后，2017年6月30日1LDB15再生時紗布截留的少量樹脂，2017年7月3日1LDB14再生時紗布截留的少量樹脂，2017年7月17日1LDB12再生時紗布截留的少量樹脂。通過現(xiàn)場驗證檢查，在LD系統(tǒng)樹脂再生過程中，會有少量樹脂通過漏斗進入到LCM系統(tǒng)。在排氣管線上綁扎的紗布，有效地攔截了樹脂，防止了樹脂再次進入二回路的可能。由于紗布的機械強度不高，維修工程技術(shù)人員又將紗布替換為機械強度更高的不銹鋼網(wǎng)。

3.2 后期技術(shù)改造設想

嚴格地講，上述方案只是臨時性應急措施。為了徹底解決樹脂漏入二回路的問題，必須在機組下一輪次的大修時，對兩臺機組的LCM05AA001閥門進行解體檢查，徹底解決樹脂通過內(nèi)漏的閥門進入LCM系統(tǒng)的缺陷。具體建議是必須對系統(tǒng)進行技術(shù)改造，即在LDB/LDF系統(tǒng)排氣管線下方漏斗后的集管上增加樹脂捕捉器，利用樹脂捕捉器濾芯孔徑比樹脂直徑小的特點，讓水從濾芯孔洞中流過，攔截下漏出的樹脂，以徹底解決樹脂進入LCM系統(tǒng)從而進入二回路的缺陷。當然，從理論上講，這一改進措施是可行的，但實施后的具體效果如何，還有待機組運行后的進一步驗證。

參考文獻：

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[2]顧穎賓.VVER-1000壓水堆系統(tǒng)與運行∥化水系統(tǒng)現(xiàn)場崗位培訓教材（化學制水）[M].北京：中國原子能出版社，2009：3-4.

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Resin and Countermeasures of Second Stage Regulating Valve for Condensate in a Nuclear Power Plant

LEI Zhou

（OPO， Jiangsu Nuclear Power Corporation， Lianyungang 222002， China）

Abstract： In the first phase project of a domestic nuclear power plant， resin appears in the second stage regulating valve for condensation water in the secondary circuit， which causes the deviation of water quality and exerts harmful influence on the steam generator. Based on the system design drawings， maintenance technicians adopt exclusive method and analysis method（the type of resin analysis） to screen out all possibilities that will result in the leakage of resin. And finally through the analysis， the reason has been found. In addition， considering the capability of the current operation unit and system deficiencies， measures have been taken recently and some ideas regarding how to solve the system deficiencies thoroughly by improving the technologies have been put forward.

Key words： condensate processing system； cation filter； anionic filter； second stage regulating valve for condensation water； resin

責任編輯 祁秀春