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        寧德核電站循環(huán)水過濾系統(tǒng)儀控部分技術(shù)改進(jìn)

        2018-10-21 11:25:00李懷洲陸海榮
        電力安全技術(shù) 2018年9期
        關(guān)鍵詞:液位計差壓濾網(wǎng)

        李懷洲,陸海榮

        (1.福建寧德核電有限公司,福建 寧德 355209;2.蘇州熱工研究院有限公司,江蘇 蘇州 215004)

        0 引言

        寧德核電站循環(huán)水過濾系統(tǒng)(CFI系統(tǒng))主要用于給廠用水系統(tǒng)提供過濾后的海水,部分具備核安全相關(guān)的功能(主要用于提供三回路以及核島核安全系統(tǒng)、常規(guī)島設(shè)備的冷卻用水等)。但自正式投運(yùn)以來,該系統(tǒng)缺陷多發(fā),且現(xiàn)場維修無法從根本上解決問題,只能頻繁重復(fù)性維修,暫時維持系統(tǒng)功能。這對保障電站冷源的可靠性不利,甚至曾出現(xiàn)過因CFI系統(tǒng)故障導(dǎo)致機(jī)組降功率的事件。

        因此,需對系統(tǒng)缺陷進(jìn)行梳理,做出技術(shù)改進(jìn)以緩解或根治系統(tǒng)問題,保障冷源系統(tǒng)的可靠運(yùn)行和機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行,進(jìn)而提升核電站的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

        1 循環(huán)水過濾系統(tǒng)功能存在的問題

        寧德核電站循環(huán)水過濾系統(tǒng)主要為機(jī)組三回路用水、設(shè)備冷卻用水以及海水淡化系統(tǒng)水源提供過濾功能,防止直徑大于3 mm的海生物和廢棄物等經(jīng)由海水夾帶進(jìn)入電站泵站。

        循環(huán)水過濾系統(tǒng)主要由粗格柵、細(xì)格柵、格柵清污機(jī)、鼓型濾網(wǎng)、反沖洗設(shè)備等組成。

        在設(shè)計循環(huán)水過濾系統(tǒng)時,由于引用的是寧德核電站《廠址有關(guān)設(shè)計數(shù)據(jù)》以及海生物調(diào)查報告中的相關(guān)資料,且資料中未涉及或未考慮當(dāng)?shù)睾I?如海地瓜、棕囊藻等)的入侵,因此在設(shè)計基準(zhǔn)中未考慮大量海生物入侵以及應(yīng)對預(yù)案;同時,設(shè)計基準(zhǔn)未將寧德核電站海水水域中的泥沙含量作為關(guān)注點。

        其中,格柵清污機(jī)主要用于刮除攔截在細(xì)格柵上的垃圾。原設(shè)計過于理想化,認(rèn)為竹竿等體積較大的雜物應(yīng)在進(jìn)水明渠前段就被攔污網(wǎng)攔截了,未考慮竹竿等雜物漂過攔污網(wǎng)進(jìn)入細(xì)格柵的情況,因此在格柵清污機(jī)的設(shè)計基準(zhǔn)中未考慮去除竹竿、木頭等較大雜物。此類雜物被攔截在細(xì)格柵處,會被清污機(jī)打撈,但大型雜物容易卡在清污機(jī)耙齒與墻壁之間,輕則導(dǎo)致清污機(jī)上的鋼絲繩錯亂斷絲,重則導(dǎo)致清污機(jī)電機(jī)過載燒毀。

        由于上述設(shè)計基準(zhǔn)未充分考慮寧德核電站的實際情況,導(dǎo)致格柵清污機(jī)頻繁損壞、鼓型濾網(wǎng)網(wǎng)片變形,甚至循環(huán)水泵脫扣事件發(fā)生。

        變更設(shè)計基準(zhǔn)需要收集大量數(shù)據(jù)進(jìn)行論證,需要較長時間。由于現(xiàn)場問題的表象基本均是體現(xiàn)在儀控設(shè)備上,例如鼓型濾網(wǎng)頻繁出現(xiàn)差壓高報警、監(jiān)測格柵清污機(jī)前后差壓的水位差計頻繁報警等,因此在設(shè)計基準(zhǔn)進(jìn)行變更之前,需要通過技術(shù)改進(jìn)提升儀控設(shè)備的可靠性,減少因儀控設(shè)備故障導(dǎo)致的循環(huán)水過濾系統(tǒng)可用性下降的概率,這對收集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性非常重要。

        2 儀控設(shè)備技術(shù)改進(jìn)

        根據(jù)歷史故障記錄,寧德核電站CFI系統(tǒng)儀控設(shè)備的故障主要集中在接近開關(guān)(SM/SX)、超聲波液位計/靜壓式水位差計(MN)和壓力開關(guān)(SP)。現(xiàn)通過對這幾型開關(guān)故障原因的梳理與分析,進(jìn)行換型改造。

        2.1 接近開關(guān)換型

        根據(jù)運(yùn)行故障統(tǒng)計數(shù)據(jù),格柵清污機(jī)上的接近開關(guān)在1年期間總故障次數(shù)將近40次,具體故障現(xiàn)象表現(xiàn)為:耙斗與柵條嚙合/脫離到位開關(guān)出現(xiàn)故障,開關(guān)無法觸發(fā)時,耙斗嚙合電機(jī)對應(yīng)絲桿將其端蓋頂出,無法自動復(fù)位,需要機(jī)械、電氣、儀控3個專業(yè)同時配合處理,耗時約15天;耙斗搭在攔污擋板上,無法脫離;嚙合電機(jī)與其對應(yīng)絲桿脫扣,需要機(jī)械、電氣、儀控3個專業(yè)相繼處理,耗時約15天;松繩開關(guān)無法正常觸發(fā),導(dǎo)致耙斗位置偏移,嚴(yán)重時導(dǎo)致格柵清污機(jī)損毀;設(shè)備過載開關(guān)故障產(chǎn)生誤報警,導(dǎo)致“提升減速電機(jī)”誤動作。

        格柵清污機(jī)使用的接近開關(guān)為電感型,型號為XS630B1NAM12,安裝于CFI系統(tǒng)格柵清污機(jī)本體上,用于監(jiān)測格柵清污機(jī)的松繩或耙斗狀態(tài)。其中松繩開關(guān)用于監(jiān)測松繩狀態(tài)。當(dāng)監(jiān)測到1根或2根鋼絲繩出現(xiàn)松弛狀態(tài)時,將觸發(fā)報警,且聯(lián)動停運(yùn)下游設(shè)備“提升減速電機(jī)”;耙斗與柵條嚙合/脫離到位開關(guān)用于監(jiān)測耙斗狀態(tài),其邏輯信號參與控制下游設(shè)備“電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)”的投運(yùn)動作。

        設(shè)備接近開關(guān)用于監(jiān)測格柵清污機(jī)的耙斗是否過載,其邏輯信號參與控制下游設(shè)備“提升減速電機(jī)”的動作,一旦過載報警,則停運(yùn)電機(jī)。

        根據(jù)現(xiàn)場運(yùn)行經(jīng)驗和歷次維修經(jīng)驗反饋,由于上述接近開關(guān)的電氣連接為防護(hù)等級較低的小型航空插頭,易受外部雨水、空氣濕度和空氣中鹽分的影響,長期使用后航空插頭接口處生銹腐蝕,導(dǎo)致接觸不良,進(jìn)而使得接近開關(guān)無法正常動作?,F(xiàn)場航空插頭更換前3個月故障率明顯低于其他時段,進(jìn)一步印證了故障引發(fā)的原因。

        因此,技術(shù)改進(jìn)方案擬定為更換防護(hù)等級更高的航空插頭或者去除電纜的航空插頭,變?yōu)橐惑w式接近開關(guān)?;诤娇詹孱^的不穩(wěn)定性,現(xiàn)場通過重新設(shè)計并與廠家定制了去除航空插頭的一體式接近開關(guān)XS630B1NAL10/XS8D1A1NAL5,分別替代原物項XS630B1NAM12/XS8D1A1NAM12,具體情況如表1所示。替代物項應(yīng)用于現(xiàn)場2年多時間,接近開關(guān)的故障率下降至2次/年,有效解決了格柵清污機(jī)上儀控設(shè)備故障率高的問題。

        2.2 超聲波液位計換型

        寧德核電站格柵清污機(jī)、鼓型濾網(wǎng)處均安裝有液位計,用于測量細(xì)格柵、鼓型濾網(wǎng)上下游的液位差,以監(jiān)測是否存在堵塞,并產(chǎn)生細(xì)格柵清污機(jī)和鼓型濾網(wǎng)的聯(lián)動動作及報警信號??紤]監(jiān)測形式的多樣性,現(xiàn)場初始設(shè)計的液位測量儀表有靜壓式水位差計和超聲波液位計2種類型。

        正常運(yùn)行時細(xì)格柵必須保持干凈,2臺格柵清污機(jī)自動啟動,并且不在同一高度上運(yùn)行;與水頭損失傳感器的指令同步,并保持半個循環(huán)的距離運(yùn)行。鼓型濾網(wǎng)由水頭損失傳感器控制其運(yùn)行狀態(tài),其中1列沖洗回路運(yùn)行(每臺鼓型濾網(wǎng)1列)。如果液位計檢測出水頭損失超過第1正常值,格柵清污機(jī)自動啟動。當(dāng)水頭損失回落至正常值時,將自動關(guān)閉。如果檢測水頭損失超過第2閾值,向控制室發(fā)出報警信號。當(dāng)3套液位計中的任意2個檢測到鼓型濾網(wǎng)進(jìn)出口的水位差持續(xù)升高達(dá)到0.3 m時,向控制室輸出第1次報警信號。當(dāng)3套水位差計中的任意2個檢測到鼓型濾網(wǎng)進(jìn)出口的水位差繼續(xù)增大并達(dá)到0.8 m時,向控制室輸出第2次報警信號,同時該鼓型濾網(wǎng)對應(yīng)的循環(huán)水泵停止運(yùn)行,該列退出運(yùn)行。

        表1 格柵清污機(jī)上儀控設(shè)備技術(shù)改進(jìn)統(tǒng)計

        超聲波液位計經(jīng)常誤發(fā)液位差高信號,但現(xiàn)場實際液位差在正常范圍內(nèi)。超聲波液位計發(fā)射脈沖波到被測介質(zhì)表面上,同時接收由被測介質(zhì)表面反射回來的回波,由發(fā)射波和回波的時間差,也就是用聲波在空間中的往返穿行時間來測出探頭與被測介質(zhì)表面的距離。對超聲波液位計誤發(fā)液位差高信號的原因分析如下:使用高濃度的次氯酸鈉對進(jìn)入粗格柵內(nèi)的海生物進(jìn)行消殺,海生物及雜物與次氯酸鈉發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后在流道內(nèi)產(chǎn)生大量泡沫。當(dāng)距離恒定時,超聲波液位計回波強(qiáng)度比率取決于被測介質(zhì)反射面的特性。海水表面的泡沫及漂浮物會吸收或擴(kuò)散超聲波,導(dǎo)致回波減弱或不穩(wěn)定。當(dāng)泡沫比較黏稠、濃厚時,超聲波液位計測量誤差較大,易產(chǎn)生液位差高信號。

        靜壓式水位差計利用液位高度與液體靜壓成正比的原理,將測量單元浸入海水之中,海水壓力使測量單元發(fā)生形變,轉(zhuǎn)化為電信號,經(jīng)過溫度補(bǔ)償和線性修正,輸出4—20 mA電流信號。靜壓式水位差計測量不受海水表面泡沫和漂浮物的影響,歷史數(shù)據(jù)表明其故障率和誤報率明顯低于超聲波液位計,因此可使用靜壓式水位差計替代超聲波液位計。原設(shè)計采用2套靜壓式水位差計及1套超聲波液位計,組成“3取2”邏輯來控制鼓型濾網(wǎng)的轉(zhuǎn)速。靜壓式水位差計型號選用WELL72 XX-AGA-P-2-2.5bar-H-T/FEP25,控制器型號選用VEGA MET625。

        原設(shè)計采用超聲波液位計和靜壓式水位差計,側(cè)重于測量多樣性,避免單一故障。經(jīng)分析,這些液位計均為非安全相關(guān)設(shè)計,沒有單一故障準(zhǔn)則的要求。在邏輯設(shè)計時,3個液位計任一動作或任2個動作會引起邏輯聯(lián)動,沒有必須3個液位計同時動作聯(lián)動設(shè)備的要求,所以液位計可以選型一致。因?qū)幍潞穗娝蛩|(zhì)差,靜壓式水位差計的測量筒長期浸沒在海水中,底部容易積累泥沙,測量筒內(nèi)壁易附著海生物。為保證靜壓式水位差計可靠使用,制定了每半年清洗1次測量筒的預(yù)防性維修策略。

        通過以上技術(shù)改進(jìn)和預(yù)防性維修措施,水位差計誤發(fā)報警的問題得以解決。

        2.3 壓力/差壓開關(guān)技術(shù)改進(jìn)

        懸浮泥沙觀測站的實測資料統(tǒng)計表明:寧德核電站海域海水懸沙的平均含沙量為0.076 6 kg/m3,其中夏季懸浮泥沙的平均含沙量為0.056 6 kg/m3,冬季平均懸浮含沙量為0.096 6 kg/m3。實測含沙量最大值為0.275 4 kg/m3,實測含沙量最小值為0.012 3 kg/m3。

        寧德核電站近海區(qū)海水水體懸沙含量較低,但是在水體底下分布大量由粘土質(zhì)粉砂組成的淤泥,平均中值粒徑為0.007 6 mm,粒徑偏細(xì)。隨著漲潮落潮及海浪的影響,海域底部淤泥被攪渾后進(jìn)入水體,海水混合運(yùn)動強(qiáng)烈,水體懸沙含量增大。

        由于漲潮、落潮時海水中泥沙含量大,壓力/差壓開關(guān)的取樣管長期直接與海水接觸,海水內(nèi)的泥沙逐漸積累在儀表管內(nèi),導(dǎo)致壓力/差壓開關(guān)故障,堵塞頻次平均高達(dá)每2個月1次。每臺機(jī)組共計4個壓力開關(guān)、8個差壓開關(guān)。壓力開關(guān)用于測量過濾器沖洗水出口壓力,差壓開關(guān)用于測量過濾器水頭損失。由于這些儀表為核級儀表,而市場上滿足核級要求的壓力/差壓開關(guān)均為接觸式。因此,使用非接觸式儀表進(jìn)行換型的設(shè)想無法實施。

        由于壓力/差壓開關(guān)的取樣管堵塞后需要拆卸儀表管進(jìn)行排污,不便維修。從方便維修的角度,在原有取樣管最底部增加了三通和排污閥。同時,增加沖洗取樣管的預(yù)防性維修策略(每2個月1次),定期打開排污閥排出取樣管內(nèi)的淤泥。當(dāng)淤泥將取樣管堵死不能排出時,才需要拆卸儀表管沖洗,從而減少了儀表維修工作量。

        3 結(jié)束語

        通過對寧德核電站循環(huán)水過濾系統(tǒng)儀控設(shè)備(接近開關(guān)、超聲波液位計、壓力/差壓開關(guān))存在的問題進(jìn)行梳理與分析,并提出了技術(shù)改進(jìn)方案,有效降低了設(shè)備故障頻次,緩解了因系統(tǒng)故障隔離導(dǎo)致電站冷源可靠性下降的問題,提升了機(jī)組運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。上述方案簡單易實施,效果明顯,為同類電站技術(shù)的改進(jìn)工作提供了參考。

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