趙顯國(guó),孫振平,劉 偉

(中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518124)

0 前 言

目前國(guó)內(nèi)在運(yùn)、在建核電廠均布置在沿海地區(qū)，使用海水做為凝汽器的冷卻介質(zhì)。凝汽器作為核電廠二次回路與海水的隔離邊界，如果發(fā)生泄漏，就會(huì)導(dǎo)致二次回路給水中Cl-超標(biāo)，目前國(guó)內(nèi)的核電廠蒸汽發(fā)生器U型管與管板通常采用Alloy 600鎳基合金材料或堆焊，這種材料對(duì)給水中的Cl-離子很敏感，濃縮的氯化物、硫酸鹽等雜物，將導(dǎo)致蒸汽發(fā)生器二次側(cè)應(yīng)力腐蝕破裂、凹陷、點(diǎn)腐蝕等老化問(wèn)題。在機(jī)組運(yùn)行中當(dāng)發(fā)生凝汽器泄漏，凝結(jié)水的水質(zhì)惡化時(shí)，需要及時(shí)進(jìn)行處理。凝汽器發(fā)生泄漏有多種原因，常由設(shè)備制造缺陷、機(jī)械撞擊、汽水沖刷、管束振動(dòng)、焊縫缺陷等因素造成凝汽器的泄漏[1]。當(dāng)凝汽器泄漏超過(guò)運(yùn)行限值時(shí)，機(jī)組需要降功率運(yùn)行，查找凝汽器泄漏部位并進(jìn)行維修。

1 凝汽器泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成

目前核電機(jī)組凝汽器都設(shè)計(jì)有凝汽器泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，凝汽器泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由取樣管路、檢漏裝置(包括汽水分離器、取樣泵、離子交換柱、電導(dǎo)率表等)及閥門等組成。凝結(jié)水從凝汽器取樣口經(jīng)汽水分離、取樣泵增壓后，進(jìn)入離子交換柱進(jìn)行H+轉(zhuǎn)換，之后進(jìn)入電導(dǎo)率表測(cè)量電導(dǎo)率，從而反映凝汽器中海水泄漏情況，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)泄漏問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)對(duì)泄漏部位的快速、準(zhǔn)確定位，每個(gè)凝汽器管束模塊均應(yīng)設(shè)置凝汽器泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)泄漏問(wèn)題，典型的凝汽器管束泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)流程見圖1。每個(gè)凝汽器管束模塊配置1套泄漏檢測(cè)系統(tǒng)：設(shè)有3個(gè)取樣口，進(jìn)、出水側(cè)端管板(鈦復(fù)合板)下方各設(shè)有1個(gè)獨(dú)立的取樣口，分別用于監(jiān)測(cè)進(jìn)、出水側(cè)鈦復(fù)合板與鈦管間的密封性，第三個(gè)取樣接口在各管束正下方的熱井集水板上、循環(huán)水出口側(cè)側(cè)板上，用于監(jiān)測(cè)凝汽器冷卻水管(鈦管)長(zhǎng)度方向是否發(fā)生泄漏,每個(gè)凝汽器管束模塊上的3個(gè)取樣接口通過(guò)母管接至一臺(tái)取樣泵。每臺(tái)機(jī)組4個(gè)凝汽器管束模塊共設(shè)置有12個(gè)泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)取樣支路，共配置4臺(tái)取樣泵。

圖1 典型凝汽器管束泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)流程圖

2 問(wèn)題描述

國(guó)內(nèi)某CPR1000核電汽輪機(jī)組是一臺(tái)引進(jìn)型、單軸、一次中間再熱、三缸、四排汽、沖動(dòng)式、凝汽式、半轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)組，每個(gè)低壓缸排汽配置一個(gè)凝汽器模塊，每個(gè)凝汽器模塊由兩個(gè)管束組成，即每臺(tái)機(jī)組凝汽器有4個(gè)管束模塊組成，每個(gè)凝汽器管束模塊配置1套泄漏檢測(cè)系統(tǒng)。

該機(jī)組在調(diào)試運(yùn)行期間便發(fā)現(xiàn)凝汽器泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)取樣流量不足，取樣泵無(wú)法正常投運(yùn)，在機(jī)組低負(fù)荷時(shí)問(wèn)題更突出，主要表現(xiàn)為：當(dāng)每個(gè)管束模塊取樣支路全開時(shí)，每臺(tái)取樣泵都有足夠流量可以正常投運(yùn)，以凝汽器1A管束模塊為為例，其取樣流量為3.15升/分鐘，相同條件下，前期機(jī)組流量3.08為升/分鐘；在管束取樣支路中，當(dāng)每個(gè)支路單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，取樣流量不足，取樣泵無(wú)法正常連續(xù)運(yùn)行，表1為各取樣支管單獨(dú)投運(yùn)時(shí)取樣泵可連續(xù)運(yùn)行時(shí)間的試驗(yàn)結(jié)果，只有1路的取樣流量能使取樣泵持續(xù)運(yùn)行60分鐘以上。

表1 各取樣支管單獨(dú)投運(yùn)時(shí)取樣泵連續(xù)運(yùn)行時(shí)間

從表1可以看出，有些管板的取樣流量不足，有的管束幾乎沒有取樣流量，最長(zhǎng)才能堅(jiān)持運(yùn)行幾分鐘時(shí)間，而為了判斷凝汽器的泄漏部位，每路支管都需要有足夠的取樣流量，保證取樣泵連續(xù)運(yùn)行。

凝汽器泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在機(jī)組調(diào)試、運(yùn)行期間主要存在的問(wèn)題：第一，機(jī)組低負(fù)荷下無(wú)法連續(xù)運(yùn)行，出現(xiàn)搶水和無(wú)法取樣等問(wèn)題；第二，取樣點(diǎn)布置不足，無(wú)法實(shí)現(xiàn)單個(gè)凝汽器模塊(由兩個(gè)管束組成，對(duì)應(yīng)一個(gè)低壓缸)的管板、管束獨(dú)立監(jiān)測(cè)；第三，相鄰管束間凝結(jié)水竄樣，無(wú)法實(shí)現(xiàn)泄漏點(diǎn)的準(zhǔn)確定位；第四，離子交換柱缺少冗余設(shè)置，無(wú)法實(shí)現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測(cè)。

因此，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)凝汽器及時(shí)、準(zhǔn)確的泄漏定位及在機(jī)組低負(fù)荷下能夠正常投用以及在線連續(xù)監(jiān)測(cè)，需要對(duì)凝汽器泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在的問(wèn)題進(jìn)行分析并改進(jìn)。

3 原因分析

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)查找和分析形成該核電廠凝汽器泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在問(wèn)題的主要原因分析，詳見表2。

表2 凝汽器泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在問(wèn)題原因分析

圖2 原設(shè)計(jì)管束取樣口布置圖

圖3 管板取側(cè)樣口現(xiàn)場(chǎng)圖

4 泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的改進(jìn)

CPR 1 000核電機(jī)組投運(yùn)初期，各主要廠家的凝汽器泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在運(yùn)行中基本都存在上述幾個(gè)問(wèn)題，需要進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)凝汽器泄漏并能準(zhǔn)確確定泄漏發(fā)生位置，節(jié)省維修時(shí)間并保證機(jī)組的安全運(yùn)行。

4.1 泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無(wú)法連續(xù)運(yùn)行問(wèn)題的改進(jìn)

對(duì)于凝汽器泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在機(jī)組低負(fù)荷時(shí)無(wú)法連續(xù)運(yùn)行和出現(xiàn)搶水、無(wú)法取樣等問(wèn)題，實(shí)際采用的改進(jìn)措施如下：

管束取樣管取水口改為向上，取樣管向下布置在水篩板液面下方，見圖4。同時(shí)取樣管增開32個(gè)Φ5小孔，開孔由原12個(gè)增為44個(gè)，有助于提高取樣流量。

圖4 設(shè)計(jì)改進(jìn)后管束取樣口布置

前端管板和后端管板增加了濾網(wǎng)，降低了取樣管道被堵塞的風(fēng)險(xiǎn)。

一次隔離閥改造，將其內(nèi)徑由7 mm改為20 mm，增加閥門內(nèi)徑，避免閥門堵塞，保證流量及取樣連續(xù)性。

正常情況下，取樣水靠重力自流至檢漏系統(tǒng)汽水分離器，對(duì)沿程管線及閥門氣密性要求較高，采取安裝后全程管線打壓和采用密封性能好的閥門，如波紋管截止閥等，可以很好解決系統(tǒng)嚴(yán)密性不好的問(wèn)題。

4.2 取樣點(diǎn)布置不足的改進(jìn)

針對(duì)取樣點(diǎn)布置不足，無(wú)法實(shí)現(xiàn)單個(gè)凝汽器模塊的管板、管束獨(dú)立監(jiān)測(cè)的問(wèn)題主要進(jìn)行以下改進(jìn)工作：在凝汽器管束下方布置帶孔管水篩板收集凝結(jié)水，用于管束泄漏監(jiān)測(cè)；同時(shí)設(shè)置管板凝結(jié)水收集裝置，用于管板泄漏監(jiān)測(cè)。典型凝汽器泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)管束和管板處取樣點(diǎn)布置方案見圖5、圖6，可實(shí)現(xiàn)管板、管束獨(dú)立取樣監(jiān)測(cè)。

圖5 凝汽器管束模塊泄漏監(jiān)測(cè)取樣布置方案一

圖6 凝汽器管束模塊泄漏監(jiān)測(cè)取樣布置方案二

管板取樣點(diǎn)的布置采用了圖7的方案，實(shí)際運(yùn)行中發(fā)生了因取樣口堵塞等原因無(wú)法取樣的問(wèn)題，后在取樣口增設(shè)了濾網(wǎng)。

圖7 凝汽器管束模塊管板泄漏監(jiān)測(cè)取樣布置方案

為實(shí)現(xiàn)泄漏點(diǎn)的快速、準(zhǔn)確定位，每個(gè)凝汽器模塊(由兩個(gè)管束組成，對(duì)應(yīng)一個(gè)低壓缸)至少配置2套檢漏裝置。每個(gè)凝汽器管束模塊泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的取樣設(shè)計(jì)布置滿足典型取樣流程系統(tǒng)的布置要求，保證每個(gè)凝汽器管束模塊兩端管板、中間管束有獨(dú)立檢漏的功能。

4.3 相鄰管束間凝結(jié)水竄樣的改進(jìn)

某項(xiàng)目核電廠機(jī)組在凝汽器發(fā)生海水泄漏時(shí)，由于相鄰管束間凝結(jié)水竄樣，導(dǎo)致凝汽器泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無(wú)法從四個(gè)管束模塊中判斷哪個(gè)管束發(fā)生了泄漏，影響了維修時(shí)間。在凝汽器兩個(gè)相鄰管束模塊間增加分隔板，可有效避免相鄰管束間凝結(jié)水竄樣，實(shí)現(xiàn)同一個(gè)凝汽器模塊不同管束的獨(dú)立監(jiān)測(cè)，如圖8所示。

圖8 凝汽器相鄰管束模塊分隔板布置方案

4.4 離子交換柱缺少冗余設(shè)置，無(wú)法實(shí)現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測(cè)

由于系統(tǒng)原設(shè)計(jì)時(shí)沒配置冗余的離子交換柱，更換時(shí)，系統(tǒng)需要停運(yùn)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)連續(xù)對(duì)凝汽器泄漏情況的監(jiān)測(cè)。改進(jìn)措施是在原系統(tǒng)中增加一路離子交換柱并聯(lián)運(yùn)行，并將接口更新為快速更換接頭實(shí)現(xiàn)在線更換。

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)核電凝汽器泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在調(diào)試、運(yùn)行中存在的問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)性歸納分析，提出了解決方案并進(jìn)行了實(shí)施改造，運(yùn)行情況良好。

凝汽器泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)滿足：兩端管板和管束獨(dú)立監(jiān)測(cè)，取樣流量連續(xù)、穩(wěn)定，合取樣點(diǎn)布置理，避免竄樣，且需有一定冗余設(shè)置，實(shí)現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測(cè)；管路、閥門選型需考慮對(duì)系統(tǒng)氣密性影響，以實(shí)現(xiàn)對(duì)海水泄漏的快速準(zhǔn)確定位，縮短維修周期。上述技術(shù)要求也可作為凝汽器泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和采購(gòu)的參考。