李志勇　朱峰　章磊杰

【摘要】壓水堆核電站的主蒸汽是飽和蒸汽，其含濕量是衡量蒸汽品質(zhì)的重要性能指標(biāo)，對機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的意義重大。本文結(jié)合國內(nèi)某核電廠主蒸汽濕度測量試驗(yàn)過程，重點(diǎn)介紹核電廠普遍采用的示蹤劑法，并提出了一些可行的優(yōu)化建議。

概述

與火電廠的過熱蒸汽不同，壓水堆型核電站的主蒸汽是飽和蒸汽，具有一定的含濕量。濕蒸汽對汽輪機(jī)部件產(chǎn)生浸蝕、腐蝕作用，濕蒸汽中的水珠會對高速旋轉(zhuǎn)的汽輪機(jī)葉片產(chǎn)生巨大的撞擊力，嚴(yán)重影響設(shè)備的安全性。因此，準(zhǔn)確測定蒸汽發(fā)生器出口蒸汽的濕度對于保證主蒸汽的品質(zhì)，從而確保汽輪機(jī)安全、穩(wěn)定運(yùn)行有著重要意義。

1、試驗(yàn)原理和方法

將示蹤劑加入二回路給水并隨之進(jìn)入蒸汽發(fā)生器，由于示蹤劑本身特性是易溶于水而不揮發(fā)，示蹤劑不溶于蒸汽發(fā)生器出口干蒸汽，僅少部分被蒸汽發(fā)生器飽和蒸汽中的水分?jǐn)y帶出，進(jìn)入汽輪機(jī)做功，然后被冷凝成水重新進(jìn)入蒸汽發(fā)生器。經(jīng)過給水-蒸汽發(fā)生器-濕蒸汽-給水循環(huán)后，示蹤劑在給水系統(tǒng)和蒸汽發(fā)生器本體內(nèi)部達(dá)到平衡，此時，被濕蒸汽攜帶出去的示蹤劑質(zhì)量等于通過二回路給水系統(tǒng)返回蒸汽發(fā)生器的示蹤劑質(zhì)量。

在蒸汽發(fā)生器內(nèi)部汽-水結(jié)合面處有公式：，整理得：

2、試驗(yàn)實(shí)施

2.1示蹤劑的選擇

普遍采用于蒸汽濕度測量的示蹤劑有兩種：化學(xué)試劑碳酸銫和放射性24Na[1]。24Na是美國西屋公司推薦使用的示蹤劑，具有測量精度高，對蒸汽發(fā)生器水質(zhì)影響小的特點(diǎn)，但核素半衰期短（15h），且測量時需要的放射源活度強(qiáng)度較大（約1Ci），國內(nèi)條件采購運(yùn)輸難度很大。與之相比，普通化學(xué)試劑碳酸銫采購運(yùn)輸方便，無放射性，且測量精度滿足試驗(yàn)要求，因此，綜合考慮采購運(yùn)輸、放射性防護(hù)和測量精度等方面的優(yōu)劣，某核電廠最終選擇碳酸銫作為示蹤劑。

2.2示蹤劑準(zhǔn)備和注入

為了減少碳酸銫注入對蒸汽發(fā)生器水質(zhì)的影響，碳酸銫的添加量應(yīng)經(jīng)過事先計(jì)算，在滿足國內(nèi)實(shí)驗(yàn)室ICP-MS痕量銫分析方法檢出限的情況下，添加量盡可能少。

碳酸銫注入前應(yīng)完成以下準(zhǔn)備工作：a）蒸汽發(fā)生器水化學(xué)特性合格，最好處于Na-陽電導(dǎo)率五區(qū)圖1區(qū)范圍內(nèi)；b）凝汽器液位抬高至高液位；c）二回路系統(tǒng)疏排水回收至相應(yīng)系統(tǒng)，不得排入地溝；d）隔離給水凈化和排污系統(tǒng)，避免示蹤劑的流失。

示蹤劑注入可通過臨時裝置實(shí)現(xiàn)。碳酸銫的注入位置應(yīng)選擇在二回路給水系統(tǒng)盡量靠近蒸汽發(fā)生器的地方，這樣可以保障示蹤劑注入后很短時間內(nèi)完全進(jìn)入蒸汽發(fā)生器，有效避免示蹤劑在二回路給水系統(tǒng)中滯留，即縮短試驗(yàn)時間，也可提高試驗(yàn)樣品的代表性。

2.3取樣

取樣的代表性直接決定了試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確度和真實(shí)性，為取到代表性的樣品，取樣點(diǎn)應(yīng)遠(yuǎn)離示蹤劑注入點(diǎn)，以保證水樣在系統(tǒng)內(nèi)得到充分?jǐn)嚮臁６芈方o水系統(tǒng)樣品從高加給水母管取樣，從工藝流程角度該位置距離示蹤劑注入點(diǎn)最遠(yuǎn)，能夠最大程度保障示蹤劑混合的均勻性。蒸汽發(fā)生器內(nèi)部樣品從SG上部取樣，主要考慮是蒸汽發(fā)生器上部樣品是濕蒸汽被汽水分離后產(chǎn)生的。

取樣期間，可通過監(jiān)測兩個位置在線電導(dǎo)率表的趨勢變化來判斷最終取樣時間。當(dāng)電導(dǎo)率從一開始的明顯波動升高到逐步趨緩時，說明碳酸銫已正確注入系統(tǒng)，且逐步混合均勻，此時的樣品可作為最后一個樣品，用來計(jì)算主蒸汽濕度最準(zhǔn)確。

2.4主蒸汽濕度換算

主蒸汽的濕度是指蒸汽發(fā)生器出口的蒸汽濕度，而本試驗(yàn)測量所得的蒸汽濕度是蒸汽發(fā)生器內(nèi)部汽-水結(jié)合面處蒸汽濕度。忽略蒸汽發(fā)生器內(nèi)部到其出口截面的熱損失，可根據(jù)蒸汽發(fā)生器內(nèi)部和出口截面積、主蒸汽壓力等參數(shù)采用等焓過程計(jì)算獲得，蒸汽發(fā)生器出口節(jié)流截面示意如圖1所示。

換算關(guān)系式：

式中：

T2：截面2蒸汽發(fā)生器出口蒸汽含濕量，%

T1：截面1蒸汽發(fā)生器內(nèi)蒸汽含濕量，%

He1、He2：分別為蒸汽發(fā)生器內(nèi)部、出口的飽和水焓，J/kg

He1、He2：分別為蒸汽發(fā)生器內(nèi)部、出口的干蒸汽焓，J/kg

ρ1、ρ2：分別為蒸汽發(fā)生器內(nèi)部、出口處的飽和蒸汽密度，kg/m3

S1、S2：分別為蒸汽發(fā)生器上部、出口蒸汽管道的截面面積，m2

Q：蒸汽流量，kg/s

其中，蒸汽和水的特性（焓值、密度）He1、He2、He1、He2、ρ1、ρ2可根據(jù)1、2截面的壓力查表獲得。

3、結(jié)論

非放射性示蹤法測量壓水堆核電站主蒸汽濕度具有較高的實(shí)用性和測量精度，通過對國內(nèi)某核電廠的試驗(yàn)過程分析，提出了具有借鑒意義的建議。a）試驗(yàn)前后應(yīng)避免可能的示蹤劑流失或額外引入；b）示蹤劑注入位置應(yīng)靠近蒸汽發(fā)生器入口，且與取樣點(diǎn)距離足夠遠(yuǎn)，此時試驗(yàn)結(jié)果最接近真實(shí)值；c）試驗(yàn)期間監(jiān)測取樣位置的電導(dǎo)率趨勢變化可有效識別示蹤劑混合的均勻性。

參考文獻(xiàn)

[1]蒲代偉，許兆洋.ICP-MS測定核電廠蒸汽濕度試驗(yàn)中的銫[J].分析儀器，2012，1：35-38.