盧 蓋,張 祥,高 倩

(1.海南核電有限公司,海南 昌江 572733;2.南昌凱利核技術工程開發(fā)服務有限公司海口分公司,海南 ?？?572733)

M310核電機組二回路各系統(tǒng)設備材質(zhì)以碳鋼為主,大修期間二回路各系統(tǒng)設備處于敞開狀態(tài),泥渣、粉塵、焊渣等雜質(zhì)易進入設備及管道內(nèi)部,且碳鋼材質(zhì)表面會產(chǎn)生一定量的腐蝕產(chǎn)物。機組啟動期間,若二回路各系統(tǒng)設備未進行合理、有效沖洗,這些雜質(zhì)及腐蝕產(chǎn)物會被帶入蒸汽發(fā)生器中,導致蒸汽發(fā)生器水質(zhì)惡化,影響機組功率提升和安全運行。

機組啟動期間,核電廠二回路系統(tǒng)設備沖洗的工期安排一般較短,容易出現(xiàn)二回路沖洗效果不佳問題,此情況在工期較短的大修中尤為明顯。且技術規(guī)范中對二回路沖洗及啟動各階段的水質(zhì)控制指標均無明確要求,易出現(xiàn)水質(zhì)控制不嚴格,導致機組運行初期二回路WANO化學指標惡化狀況。因此建議核電廠為二回路啟動期間各階段制定完善的化學控制指標,在沖洗及啟動過程中逐漸優(yōu)化各系統(tǒng)水質(zhì),縮短機組運行初期二回路水質(zhì)滿足WANO化學指標所用時間。

1 二回路系統(tǒng)設備的沖洗及啟動流程

M310機組的啟動及功率提升按 《D14反應堆達臨界、零功率物理試驗及常規(guī)島啟動》《D15提升反應堆功率到100%FP》規(guī)程執(zhí)行。規(guī)程中二回路系統(tǒng)設備沖洗及啟動流程見圖1。

圖1 M310機組二回路系統(tǒng)設備的沖洗及啟動流程Fig.1 The flushing and startup processes of the secondary system of the M310 unit

2 二回路各系統(tǒng)逐級進水沖洗

二回路的系統(tǒng)設備的沖洗從凝汽器進水開始,凝汽器進水后啟動1臺凝結水泵對其內(nèi)部進行循環(huán)沖洗,同時打開凝結水泵出口母管上的排水閥進行排水,凝汽器補水閥按凝汽器水位控制系統(tǒng)運行以維持凝汽器內(nèi)部水位。

凝結水系統(tǒng) (CEX)水質(zhì)沖排合格可向低壓加熱器系統(tǒng) (ABP)和給水除氧器系統(tǒng) (ADG)供水。當除氧水箱液位達在+2 m左右,啟動除氧器再循環(huán)泵對除氧器內(nèi)部進行循環(huán)沖洗,同時打開除氧器水箱排水閥,對除氧器進行沖排水。除氧器水箱水質(zhì)合格后,向高壓加熱器系統(tǒng)(AHP)供水前。

為確保除氧器噴淋管不被腐蝕產(chǎn)物及懸浮雜質(zhì)堵塞,防止大顆粒雜質(zhì)在系統(tǒng)拐角及縫隙處沉積聚集。根據(jù)同行核電廠的經(jīng)驗[1-2],建議凝氣器和除氧器水箱水質(zhì)滿足表1水質(zhì)規(guī)范后,再向其下游系統(tǒng)供水。

表1 CEX、ADG系統(tǒng)向下游系統(tǒng)供水水質(zhì)規(guī)范Table 1 The quality specifications of water fromthe CEX and ADGsystems to the downstreamsystems

3 二回路大循環(huán)沖洗

高壓加熱器系統(tǒng) (AHP)進水完成后,二回路開始大循環(huán)沖洗,即CEX系統(tǒng)沖洗水依次經(jīng)過ABP、ADG、AHP系統(tǒng)后最終返回CEX系統(tǒng)。大循環(huán)沖洗同時,通過CEX和ADG系統(tǒng)的排水閥,保持二回路整體的沖排水。二回路大循環(huán)期間各系統(tǒng)沖洗水流量大,換水流量也較大,是二回路水質(zhì)沖洗的最佳階段。

二回路大循環(huán)沖洗結束后,除氧器開始升溫,期間AHP和ADG系統(tǒng)雜質(zhì)逐漸釋放,各雜質(zhì)離子較升溫前通常上漲5～10倍。以海南核電102、201大修為例,AHP和ADG大循環(huán)停止及除氧器升溫完成后,Fe和SO2-4變化情況見表2。

表2 ADG、AHP水質(zhì)升溫前后Fe、SO2-4 變化Table 2 The change of Fe and SO2-4 before and after the temperature rise of ADGand AHP water

除氧器升溫完成后,ADG、AHP系統(tǒng)水質(zhì)無法進行大流量更換。因此,除氧器升溫完成后兩系統(tǒng)水質(zhì)情況基本由大循環(huán)停止時的水質(zhì)確定。且升溫完成后通過啟動給水泵將除氧水箱水質(zhì)向蒸汽發(fā)生器提供,為確保蒸汽發(fā)生器供水水質(zhì)滿足功率運行期間限值要求,建議二回路大循環(huán)停止前,AHP和ADG系統(tǒng)水質(zhì)滿足表3規(guī)范。

表3 二回路大循環(huán)停止的水質(zhì)規(guī)范Table 3 The water quality standar d of the large cycle stop of the secondary circuit

4 凝結水泵和主給水泵上下游管道的沖洗

二回路大循環(huán)沖洗期間,通常利用1臺凝結水泵為二回路的沖洗提供壓頭,其他兩臺凝結水泵和三臺主給水泵不進行連續(xù)沖洗。但這些泵進出口管線較長、管徑較粗、管道水容積較大,大修后管道內(nèi)部積累大量雜質(zhì)和腐蝕產(chǎn)物。二回路沖洗期間,通常僅通過泵下游疏水管道排水,但由于疏水管道管徑比泵前后主管道小得多,沖洗時主管道內(nèi)水流緩慢,很難起到良好的沖洗效果。據(jù)資料顯示[3],機組提升功率期間,新投運一臺凝結水泵或主給水泵通常會導致二回路各雜質(zhì)離子成倍增加。為防止凝結水泵和主給水泵的啟動導致蒸汽發(fā)生器水質(zhì)突然惡化,建議在大循環(huán)沖洗期間,安排對泵前后管道進行充分沖洗。

3臺主給水泵啟動前的再鑒定試驗通常在二回路大循環(huán)期間執(zhí)行,建議在二回路沖洗水質(zhì)滿足表3規(guī)范要求下,利用再鑒定試驗逐臺啟動主給水泵,對泵上下游管道進行30 min左右的沖洗。另外,建議二回路大循環(huán)沖洗期間,逐臺切換凝結水泵運行,對每臺凝結水泵上下游管道進行沖洗。同時,凝結水泵和主給水泵管道沖洗期間,建議凝結水精處理系統(tǒng)處于投運狀態(tài),確保泵停運前,其上下游管道內(nèi)水質(zhì)通過凝結水精處理系統(tǒng)充分凈化。

5 啟機期間凝結水精處理系統(tǒng) (ATE)運行方式

二回路大循環(huán)沖洗期間,當二回路沖洗水鐵含量≤400μg/L,允許投運ATE系統(tǒng)對二回路水質(zhì)進行凈化。ATE系統(tǒng)投運后,在較短時間內(nèi)可使二回路水質(zhì)滿足大循環(huán)停止水質(zhì)要求。

蒸汽發(fā)生器切換至主給水系統(tǒng) (ARE)供水后,為確保進入蒸汽發(fā)生器的水質(zhì)充分凈化,需保證ATE系統(tǒng)全流量處理,即凈凝結水流量大于凝結水流量。尤其在各級疏水初次形成期間,需確保凈凝結水流量大于凝結水流量100 t/h左右。此時疏水管路雜質(zhì)含量較多,疏水被回收至凝汽器中,凝結水水質(zhì)差,即使少量未經(jīng)凈化的凝結水進入蒸汽發(fā)生器,經(jīng)蒸發(fā)濃縮后,蒸汽發(fā)生器中雜質(zhì)離子也會嚴重偏高。

機組功率提升期間,主給水和凝結水流量會隨機組功率的提升逐漸增大,期間需及時調(diào)整ATE系統(tǒng)的凈化流量,確保全流量處理。當機組穩(wěn)定功率運行后,ATE系統(tǒng)仍需全流量凈化2～3周時間,在蒸汽發(fā)生器水質(zhì)指標滿足WANO化學指標的要求后,可逐漸降低ATE系統(tǒng)的凈化流量。

6 啟機期間蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)運行方式

機組啟動階段,二回路雜質(zhì)比功率運行期間多,且雜質(zhì)進入蒸汽發(fā)生器后,只能通過蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)排出,此時保證APG系統(tǒng)最大流量運行對于控制蒸汽發(fā)生器水質(zhì)至關重要。針對APG系統(tǒng)運行方式,有以下經(jīng)驗可供借鑒:

1)汽輪機沖轉前,拆除APG系統(tǒng)樹脂床前過濾器濾芯,同時將除鹽床旁路運行。這樣可避免排污水中雜質(zhì)堵塞過濾器,導致排污流量降低。同時由于此時排污水雜質(zhì)多、水質(zhì)差,無回收必要,可直接排掉。

2)機組核功率升至8%Pn時,通常將APG系統(tǒng)的非再生式熱交換器切至再生式熱交換器,使APG系統(tǒng)排污流量由25 t/h提升至59 t/h,并將APG系統(tǒng)排污水切至凝汽器。但由于汽輪器沖轉成功 (14%FP)后,氣側和疏水管道的雜質(zhì)離子向二回路的釋放,APG系統(tǒng)排污水質(zhì)仍然較差。過早的回收蒸汽發(fā)生器排污水會惡化凝汽器水質(zhì),并加劇ATE系統(tǒng)負擔。建議機組功率達30%FP后,將排污水回收至凝汽器,利用ATE系統(tǒng)除鹽床對二回路水質(zhì)凈化,不投用APG除鹽床。待蒸發(fā)器排污水水質(zhì)滿足功率運行期間水質(zhì)期望值時,即各主要指標滿足表4水質(zhì)規(guī)范時,投用APG系統(tǒng)除鹽床對排污水進行凈化。此時蒸汽發(fā)生器排污水水質(zhì)基本穩(wěn)定至五區(qū)圖中第二區(qū),二回路各系統(tǒng)水質(zhì)已充分凈化,投入APG除鹽床即可降低ATE負擔,也可逐漸優(yōu)化二回路水質(zhì)。

表4 APG系統(tǒng)投用除鹽床的水質(zhì)規(guī)范Table 4 The water quality specifications for the desalination bed of APG

7 疏水管道的沖洗

二回路汽側疏水設備及管道設計上是無法進行沖洗的,這部分涉及的設備及管道較多,如汽輪機、汽水分離再熱器及疏水箱/疏水管道、高壓加熱器疏水管道等。大修后,這部分設備管道的初期疏水若不經(jīng)凈化直接進入蒸汽發(fā)生器,會導致蒸汽發(fā)生器水質(zhì)迅速惡化。

正常功率運行期間,汽水分離再熱器(GSS)和高壓加熱器系統(tǒng) (AHP)疏水回流至除氧器。機組啟動時,除氧器熱力除氧前,通常將GSS和AHP系統(tǒng)疏水回收至凝汽器,確保初期疏水全部經(jīng)過ATE系統(tǒng)凈化后再進入蒸汽發(fā)生器。一般認為當機組達50%FP時,各級疏水管道已得到充分沖洗,可將GSS和AHP系統(tǒng)疏水切換至除氧器。但經(jīng)過幾次大修跟蹤發(fā)現(xiàn),不同大修疏水側檢修內(nèi)容有所差異,機組達50%FP時,GSS和AHP系統(tǒng)疏水水質(zhì)差異較大。以海南核電201和102大修二回路水質(zhì)中硫酸根情況為例,當機組功率達50%時,GSS和AHP系統(tǒng)疏水及蒸發(fā)器排污水SO2-4情況見表5。

表5 201、102大修GSS和AHP系統(tǒng)疏水及蒸發(fā)器排污水SO2-4 情況Table 5 The content of SO2-4 in GSSand AHPsystem drain and evaporator effluent of the overhaul 201 and 102

海南核電站1、2號機組達50%FP時,GSS和AHP系統(tǒng)疏水總流量約為650 t/h,蒸發(fā)器給水流量約為2000 t/h左右,排污水流量為59 t/h。在不考慮其他系統(tǒng)雜質(zhì)釋放情況下,GSS和AHP系統(tǒng)疏水進入蒸發(fā)器經(jīng)濃縮后,蒸發(fā)器排污水中各雜質(zhì)含量約為GSS和AHP系統(tǒng)疏水的11.3倍。考慮機組在30%FP時開始計算WANO化學指標,為減少疏水水質(zhì)對于蒸發(fā)器排污水水質(zhì)的影響。綜合歷次大修及經(jīng)驗,建議當機組達50%FP時,且確保疏水水質(zhì)滿足表6指標,再執(zhí)行疏水切換工作。

表6 AHP、GSS疏水回收至凝汽器的水質(zhì)要求Table 6 The water quality specifications of AHP/GSSdrain recovery to condenser

8 總結及建議

1)二回路啟動沖洗期間,凝汽器和除氧器是水容積較大的兩個容器,當其為下游系統(tǒng)供水前,需確保凝汽器和除氧器本身水質(zhì)合格,否則無法起到好的沖洗效果;

2)二回路大循環(huán)沖洗期間各系統(tǒng)水流量較大,對管道設備沖洗效果較好,建議利用大循環(huán)對后期可能投運的設備管道進行沖洗,防止這些設備管道投運向二回路引入大量雜質(zhì);

3)ATE系統(tǒng)凈化流量需根據(jù)凝結水水質(zhì)和流量及時調(diào)整,在機組運行初期通常保持全流量運行;

4)APG系統(tǒng)排污水回收和疏水回收至CEX系統(tǒng)的節(jié)點,建議以化學指標作為參考標準。