趙東波
摘 ? 要:核電站常規(guī)島水質控制與核心設備蒸汽發(fā)生器的運行壽命有著密切關系。疏水占給水總流量的40%。在升負荷階段疏水切換是化學水質控制的重點。本文簡要分析三門核電常規(guī)島系統(tǒng)疏水的特點及化學水質控制要求。介紹三種行動等級及水質盡快滿足WANO化學指標的響應措施和實踐成果,為后續(xù)機組常規(guī)島水化學優(yōu)化提供指導。
關鍵詞:常規(guī)島 ?水化學 ?疏水切換 ?WANO化學性能指標
中圖分類號:TL94 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼:A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號:1674-098X(2019)02(b)-0092-03
三門核電一期工程是我國第三代核電AP1000自主化依托項目,裝機容量2×1251MWe。單機組滿功率總給水流量6799t/h,其中凝結水流量4080t/h,疏水流量2719t/h。疏水占總給水流量40%。絕大部分疏水未經(jīng)凝結水精處理系統(tǒng)處理直接進入給水系統(tǒng)。如果疏水水質差將影響蒸汽發(fā)生器排污水質。機組升功率階段疏水水質控制是常規(guī)島水化學控制的重要環(huán)節(jié)。
疏水水質控制目標是:(1)疏水切換盡量不占機組升功率主線;(2)機組滿功率后蒸汽發(fā)生器排污水質盡早滿足WANO化學指標。本文介紹四種響應措施應對疏水水質不合格問題。通過實踐1號機組小修后啟動時間由32h壓縮至19h。在同類機組中有一定的借鑒和推廣意義。
1 ?常規(guī)島疏水量及水質要求
圖1是三門核電1號機組常規(guī)島熱力循環(huán)圖。汽輪機為單軸四缸六排汽、凝汽式、半轉速型汽輪機。高壓缸處于濕蒸汽區(qū),設置3級回熱抽汽。高壓缸排汽出口設置汽水分離再熱器(MSR),MSR包含一級和二級再熱器。MSR一級/二級再熱器產(chǎn)生的疏水進入7號高加。MSR本體產(chǎn)生的疏水(MS疏水)進入除氧器。6/7號高加疏水通過逐級自流最終進入除氧器。3/4號低加疏水進入低加疏水箱,通過低加疏水泵輸送至3號低加出口。1/2號低加疏水通過逐級自流方式進入凝汽器[1-3]。
1.1 疏水量與水質要求
機組升功率階段需要切換的疏水如下:低加疏水箱、MS疏水、6號高加疏水和MSR一級/二級疏水。疏水量如表1所示。
疏水量最大為6號高加疏水,其次是MS疏水。在機組啟動階段,如果這兩路疏水未及時切換至正常路徑,將極大增加凝結水流量和凝結水精處理負擔。根據(jù)當前運行規(guī)程,各疏水切換平臺及水質控制要求如表2所示。
三門核電蒸汽發(fā)生器內爐水濃縮倍率約160倍,比M310機組高1倍。因此疏水回收指標比M310嚴格。M310機組50%功率后疏水切換指標為Na<2ppb,Cl<4ppb,SO4<4ppb。
1.2 蒸汽發(fā)生器排污水質的行動等級
三門核電常規(guī)島采用還原性全揮發(fā)處理,以緩解系統(tǒng)設備腐蝕,減小腐蝕產(chǎn)物向蒸汽發(fā)生器遷移,從而提高電廠安全運行性能,確保核電機組在設計壽期內安全穩(wěn)定運行。國內現(xiàn)階段主要利用世界核營運者協(xié)會(WANO)制定的壓水堆核電機組化學指標評價二回路水質控制的優(yōu)劣,即選取幾個影響蒸汽發(fā)生器性能的關鍵指標,利用公式計算WANO值。WANO值越接近1,表明電廠在運行過程中,二回路水質控制得越好,二回路系統(tǒng)發(fā)生影響關鍵設備腐蝕機理的可能性越小[2]。如果要達到WANO指標優(yōu)秀,給水水質要求非常嚴格。因給水的40%來自疏水。因此疏水切換會極大影響WANO化學指標。根據(jù)蒸汽發(fā)生器排污水質,有三個行動等級,如表3所示。
2 ?疏水水質不合格情況下的響應措施
低加疏水箱切至3號低加出口、MS疏水切至除氧器、6號高加疏水切至除氧器的水質都要求Fe<100ppb、Na<0.2ppb、Cl<0.5ppb、SO4<0.5ppb。在疏水切換前容易出現(xiàn)Na、Cl,SO4不合格。在水質不合格的情況下,需綜合計算疏水切換前后對蒸汽發(fā)生器排污水質的影響。例1:本次春節(jié)調停啟動后,在50%功率平臺6號高加疏水SO4為0.7ppb,疏水量為615t/h,給水流量為3489t/h,蒸汽發(fā)生器排污流量為50t/h,如果6號高加疏水切換至除氧器,6號高加疏水經(jīng)過除氧器→主給水泵→高加→蒸汽發(fā)生器,在蒸汽發(fā)生器排污的SO4上升量預期值為8.61ppb,未達到行動等級1。為做好疏水切換工作,需采取以下四種措施。
2.1 提前分析水質數(shù)據(jù),建立化學趨勢
在30%功率平臺,低加疏水箱、MS疏水、6號高加疏水、MSR一級疏水已建立流量。40%功率平臺,MSR二級疏水已建立流量。此時需對各疏水水質的Na、Cl,SO4化學分析。將水質數(shù)據(jù)與時間和功率做成趨勢圖,確保在疏水切換前有清晰的水質數(shù)據(jù)及趨勢。同時也能判斷水質污染源并為運行人員提供疏水切換指導意見。
2.2 增大蒸汽發(fā)生器排污流量,降低離子濃縮倍率
蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)(BDS)配置電除鹽單元,在電除鹽單元運行情況下,BDS設計最大的排污流量為42t/h。如果電除鹽單元退出運行,BDS設計最大流量為68t/h。在電除鹽單元退出運行情況下,排污水可選擇回收至凝汽器或者汽機房排污箱。
若BDS流量為68t/h,例1中蒸汽發(fā)生器排污的SO4可降低至6.33ppb。升功率階段增大蒸汽發(fā)生器排污流量一方面降低離子濃縮倍率,另一方面可加強蒸汽發(fā)生器管板區(qū)域沖洗。
2.3 投運所有凝結水精處理床體
凝結水精處理系統(tǒng)設置6臺前置陽床和6臺混床。正常運行時五用一備。前置陽床除去凝結水中絕大部分氨及腐蝕產(chǎn)物?;齑渤ツY水中微量鹽分及前置陽床漏過的離子狀雜質,滿足蒸汽發(fā)生器水質的要求。設計上凝結水精處理系統(tǒng)處理量為4096t/h,最大為4283t/h。
表2的疏水在對應功率平臺如果沒有由凝汽器及時切換至正常路徑,如果繼續(xù)升負荷,凝結水流量將增大。在升負荷過程中可能會超過5臺CPS床體的上限流量,屆時根據(jù)凝結水流量投運第6臺床體,以滿足凝結水全流量處理。
2.4 凝結水流量超過4400t/h,啟動第三臺凝結水泵
凝結水系統(tǒng)設置三臺凝結水泵,單臺額定流量為2300t/h,正常運行期間兩用一備。表2的疏水在對應平臺如果沒有及時切換至正常路徑,如果繼續(xù)升負荷,凝結水流量將增大。在升負荷過程中可能會超過2臺凝泵的能力(4600t/h)。如果凝結水流量超過4400t/h,應啟動第三臺凝泵。一方面防止凝結水超流量,另一方面防止凝結水精處理系統(tǒng)入口壓力低(2.0MPa)自動退出運行。
3 ?疏水切換優(yōu)化后的應用效果
2019年春節(jié),1號機組調停小修后機組上行時間由32h縮短至19h。蒸汽發(fā)生器排污水質未超出行動等級1的范圍,Na、Cl,SO4分別在滿功率后37h、1h、32h后達到WANO值水平。各離子趨勢如圖2所示。
4 ?結語
因疏水流量占總給水流量的40%,為提高蒸汽發(fā)生器給水品質,降低傳熱管腐蝕。三門核電在2019年春節(jié)調停后啟動時對疏水切換控制進行了優(yōu)化。對Na、Cl和SO4指標進行嚴格控制,達到了機組較快啟動以及水質在較短時間內達到WANO化學指標的兩個目標??蔀楹罄m(xù)機組啟動提供借鑒意義。
參考文獻
[1] 冀潤景.核電汽輪機熱力系統(tǒng)及熱經(jīng)濟性的分析[J].汽輪機技術,2016,58(1):61-64.
[2] 方嵐.秦山三期重水堆核電站二回路水化學優(yōu)化[J].核科學與工程,2007(3):246-253.
[3] 顧軍.AP1000核電廠系統(tǒng)與設備[M].北京:原子能出版社,2010.