張振宇,張 巍, 劉新福,張 毅,何 慶 ,張利鋒,龐振華,況常委

(1.中核核電運(yùn)行管理有限公司 浙江 嘉興 314300;2.萬納神核控股集團(tuán)有限公司 浙江 嘉興 314300)

0 前 言

凝汽器是核能發(fā)電中的重要設(shè)備，其作用是降低排汽壓力、提高蒸汽動力循環(huán)效率以及將排汽冷凝為凝結(jié)水。核電站凝汽器中的冷凝管一般采用鈦管，管腔和凝汽器內(nèi)腔密封隔離，循環(huán)冷卻水由管道內(nèi)通過，當(dāng)蒸汽進(jìn)入凝汽器內(nèi)腔時，兩者通過鈦管表面進(jìn)行熱交換，使蒸汽冷凝成凝結(jié)水。由于蒸汽凝結(jié)成水時體積驟然縮小，所以凝汽器內(nèi)部形成真空，絕對壓力一般在0.003 4～0.006 0 MPa之間。[1]而循環(huán)冷卻水在一定正壓力下運(yùn)行，因此，所謂凝汽器泄漏，就是循環(huán)冷卻水向凝結(jié)水側(cè)泄漏，導(dǎo)致凝結(jié)水水質(zhì)超出化學(xué)技術(shù)規(guī)范限值，引發(fā)蒸汽發(fā)生器二次側(cè)水質(zhì)惡化，對機(jī)組正常穩(wěn)定運(yùn)行造成重大影響，嚴(yán)重情況下甚至?xí)?dǎo)致停機(jī)停堆。凝汽器檢漏裝置是凝汽器的“眼睛”，其設(shè)計的目的就是通過檢漏裝置上的化學(xué)儀表實(shí)時監(jiān)測并快速判斷凝汽器設(shè)備是否存在循環(huán)水泄漏。

1 凝汽器檢漏裝置的介紹

1.1 凝汽器檢漏的原理

核電站凝汽器中的冷凝管一般采用鈦管，管側(cè)和凝汽器汽側(cè)隔離，熱力系統(tǒng)中做完功的汽輪機(jī)排汽在凝汽器內(nèi)通過循環(huán)冷卻水的冷卻而凝結(jié)成凝結(jié)水，[1]凝汽器為表面式冷卻器，循環(huán)冷卻水有可能從管側(cè)向汽側(cè)發(fā)生泄漏，其泄漏點(diǎn)一般發(fā)生在循環(huán)冷卻水進(jìn)出口端的冷卻管或冷卻管本體。凝汽器熱井的冷凝水是凝結(jié)水，水質(zhì)中的鈉離子達(dá)到μg/kg級別，而冷卻水的水源是海水或江河水，水質(zhì)較差。一旦冷卻水漏入凝結(jié)水，會使凝結(jié)水水質(zhì)惡化導(dǎo)致鈉離子、陽電導(dǎo)率等升高，直接影響蒸汽發(fā)生器等二回路系統(tǒng)設(shè)備水質(zhì)。檢漏裝置的工作原理是通過真空泵從凝汽器各取樣點(diǎn)分別抽取樣水，根據(jù)在線陽電導(dǎo)表或在線鈉表達(dá)到的報警設(shè)定值判定凝汽器是否泄漏，另外通過切換取樣點(diǎn)來判斷具體泄漏位置。

以某百萬核電機(jī)組凝汽器為例：在凝汽器管束的下方布置了集水盤，在每個集水盤(冷卻管側(cè))設(shè)置1個取樣點(diǎn)；在前后端管板的下部都有集水槽，用于前后端管板(循環(huán)水進(jìn)水側(cè)與循環(huán)水出水側(cè))的泄漏取樣，每塊端管板設(shè)置1個取樣點(diǎn)，1套檢漏取樣裝置共接3個取樣點(diǎn)，用于1組管束取樣，如圖1所示。

圖1 某百萬核電機(jī)組凝汽器檢漏取樣點(diǎn)示意圖[2]

1.2 凝汽器檢漏裝置的組成

為監(jiān)測凝汽器的泄漏，對每臺機(jī)組配備凝汽器A汽機(jī)側(cè)檢漏裝置、凝汽器A電機(jī)側(cè)檢漏裝置、凝汽器B汽機(jī)側(cè)檢漏裝置、凝汽器B電機(jī)側(cè)檢漏裝置(詳見圖2～5)，共4套檢漏裝置。每套凝汽器檢漏裝置由檢漏架和儀表架兩部分組成。凝汽器每一側(cè)分循環(huán)水進(jìn)水側(cè)、冷卻管側(cè)、循環(huán)水出水側(cè)3個監(jiān)測點(diǎn)，因而兩臺凝汽器共設(shè)有監(jiān)測點(diǎn)12個，通過4臺取樣泵分別將凝汽器不同部位樣水吸出，送往儀表架進(jìn)行化學(xué)監(jiān)測和人工化學(xué)取樣分析，通過鈉離子濃度或陽電導(dǎo)率來監(jiān)測凝汽器的泄漏部位(圖6)。

圖2 凝汽器A汽機(jī)側(cè)檢漏裝置系統(tǒng)圖

圖3 凝汽器A側(cè)電機(jī)側(cè)檢漏裝置系統(tǒng)圖

圖4 凝汽器B汽機(jī)側(cè)檢漏裝置系統(tǒng)圖

圖5 凝汽器B電機(jī)側(cè)檢漏裝置系統(tǒng)圖

圖6 凝汽器檢漏裝置報警位置圖

1.3 凝汽器檢漏報警信號判斷

電源模塊(圖7)的作用是給凝汽器報警信號：真空泵過載、樣水液位過低、電導(dǎo)表超載、鈉表高報模塊分配電源。

圖7 凝汽器檢漏裝置電源模塊

以某百萬核電凝汽器檢漏裝置為例，對凝汽器檢漏報警信號進(jìn)行分析。凝汽器檢漏架觀察4個報警模塊(電導(dǎo)表超載、真空泵過載、樣水液位過低、鈉表高報)報警(以1#機(jī)組凝汽器B電機(jī)側(cè)檢漏架為例)。

電導(dǎo)表超載燈亮： 切換到備用樹脂觀察其電導(dǎo)率是否呈陽性且偏高，如備用樹脂陽電導(dǎo)率也偏高，再檢測凝泵出口母管陽電導(dǎo)率是否偏高，如果偏高要分別隔離循環(huán)水進(jìn)水側(cè)取樣管、循環(huán)水出水側(cè)取樣管、冷卻管側(cè)下方取樣管觀察哪一路陽電導(dǎo)率高，并結(jié)合凝汽器檢漏在線鈉表數(shù)據(jù)來判斷泄漏點(diǎn)。

真空泵過載燈亮：檢查凝汽器B電機(jī)側(cè)檢漏架柜門內(nèi)監(jiān)流器是否充滿水，取樣泵是否正常運(yùn)行，如發(fā)現(xiàn)凝汽器檢漏裝置信號缺失，則為真空泵缺陷。

樣水液位過低燈亮：凝汽器B電機(jī)側(cè)檢漏架的光電液位開關(guān)錯誤發(fā)出低液位信號，導(dǎo)致取樣泵停止，實(shí)際液位高(檢查監(jiān)流器是否充滿水)顯示液位低報警。

鈉表高報燈亮：查看檢漏裝置鈉表在線讀數(shù)是否大于1 μg/kg(限值≤1 μg/kg)：

①檢查鈉表瓶里堿化劑是否缺失引起。

②查看凝結(jié)水母管在線鈉表讀數(shù)是否正常，例如0.04 μg/kg (限值≤0.5 μg/kg)正常，則可排除凝汽器泄漏，是凝汽器檢漏光電液位開關(guān)發(fā)出低液位信號，導(dǎo)致取樣泵停止樣水?dāng)嗔饕疴c表讀數(shù)偏高。

③循環(huán)水泄漏：切換循環(huán)水進(jìn)水側(cè)或循環(huán)水出水側(cè)或冷卻管側(cè)其中一路取樣點(diǎn)來水運(yùn)行；關(guān)閉其他兩路來水一二次側(cè)閥門，記錄循環(huán)水進(jìn)水側(cè)或循環(huán)水出水側(cè)或冷卻管側(cè)一路來水在線鈉表讀數(shù)來判斷哪一側(cè)泄漏。

2 使用過程中出現(xiàn)的異常

以某百萬核電凝汽器檢漏裝置出現(xiàn)的異常為例。2021年7月29日，1#凝汽器B電機(jī)側(cè)檢漏裝置錄波器記錄波形圖，如圖8所示。電源模塊首先出現(xiàn)故障造成凝汽器檢漏光電液位開關(guān)發(fā)出低液位信號，導(dǎo)致取樣泵停止樣水?dāng)嗔饕疴c表讀數(shù)偏高。

圖8 錄波器監(jiān)測1#凝汽器B電機(jī)側(cè)波形圖

數(shù)字電廠實(shí)時監(jiān)測1#凝汽器B電機(jī)側(cè)檢漏裝置鈉表大于1 μg/kg的高報警(如圖9)，原因是電源模塊故障使光電液位開關(guān)發(fā)出低液位信號取樣泵停運(yùn)樣水?dāng)嗔饕稹?/p>

圖9 數(shù)字電廠實(shí)時監(jiān)測1#凝汽器B電機(jī)側(cè)鈉離子濃度

2021年9月3日，2#凝汽器A電機(jī)側(cè)檢漏裝置錄波器記錄波形圖只有光電液位開關(guān)動作，電源電壓穩(wěn)定，可以判斷電源模塊未出現(xiàn)故障是光電液位開關(guān)故障發(fā)出低液位信號，導(dǎo)致取樣泵停止樣水?dāng)嗔饕疴c表讀數(shù)偏高(圖10)。

圖10 錄波器監(jiān)測2#凝汽器A電機(jī)側(cè)波形圖

數(shù)字電廠實(shí)時監(jiān)測2#凝汽器A電機(jī)側(cè)檢漏裝置鈉表大于1 μg/kg的高報警(圖11)，原因是光電液位開關(guān)發(fā)出低液位信號取樣泵停運(yùn)樣水?dāng)嗔饕稹?/p>

圖11 數(shù)字電廠實(shí)時監(jiān)測2#凝汽器A電機(jī)側(cè)鈉離子濃度

某百萬核電凝汽器檢漏裝置液位開關(guān)使用BJ01D型號光電開關(guān)，該開關(guān)使用紅外線探測，利用光線折射及反射原理，光線在兩種不同介質(zhì)的分界面將產(chǎn)生反射或折射現(xiàn)象。當(dāng)被測液體處于高位時被測液體與光電開關(guān)形成一種分界面，當(dāng)被測液體處于低位時，則空氣與光電開關(guān)形成另一種分界面，這兩種分界面使光電開關(guān)內(nèi)部光接受晶體所接受的反射光強(qiáng)度不同，既對應(yīng)兩種不同的開關(guān)狀態(tài)。這樣的作用原理要求光束探頭清潔度非常高，水中微細(xì)小的氣泡、流量波動均會影響該探頭的使用，易造成探頭損壞。按每個季度預(yù)維一次的頻度清洗一次液位開關(guān)，故障還是時有發(fā)生。統(tǒng)計1#/2#號機(jī)組SIT系統(tǒng)凝汽器檢漏架光電液位開關(guān)從2015年至2021年10月已出現(xiàn)34次故障，平均1個半月到3個月出現(xiàn)一次故障。

3 改進(jìn)措施及方法

針對電源模塊與光電液位開關(guān)故障造成異常報警現(xiàn)象，電源模塊可以通過技改變更；光電液位開關(guān)通過技改換型等手段減少異常報警，從而保障檢漏裝置的正常實(shí)時監(jiān)測。方法如下：

對開關(guān)電源模塊增加繼電器延時保護(hù)或者增加雙電源，避免短時間電壓波動觸發(fā)報警信號。

振動音叉開關(guān)是成熟的液位測量產(chǎn)品，廣泛使用于自來水、礦泉水、啤酒、廢水等液體介質(zhì)的液位定值測量。音叉開關(guān)的工作原理是通過安裝在基座上的一對壓電晶體使音叉在一定共振頻率下振動。當(dāng)音叉與被測介質(zhì)相接觸時，音叉頻率和振幅的改變，這些變化由智能電路來進(jìn)行檢測，處理并將之轉(zhuǎn)換為一個開關(guān)信號，達(dá)到液位報警或控制的目的。優(yōu)點(diǎn)：振動音叉開關(guān)能不受流量、氣泡、振動等液體特性的影響，并且不需要校準(zhǔn)安裝方便免維護(hù)，故障率低，音叉開關(guān)可以不受凝汽器檢漏裝置樣水中的微細(xì)小氣泡、流量波動的影響。

4 結(jié) 論

通過錄波器對凝汽器檢漏裝置實(shí)時波形圖記錄分析的結(jié)果來看，改用穩(wěn)定性好的振動音叉開關(guān)與電源模塊增加保護(hù)等手段可有效減少凝汽器“假報警”現(xiàn)象，從而保障檢漏裝置的正常實(shí)時監(jiān)測。