王亞東 秦鐵男 黃 亮 林 斌

（蘇州熱工研究有限公司，江蘇 蘇州 215004）

0 概述

海水系統(tǒng)主要分為海水過濾系統(tǒng)、海水循環(huán)冷卻系統(tǒng)以及重要廠用水系統(tǒng)，是核電站重要的輔助系統(tǒng)及冷源保障。其長期服役于海水環(huán)境中，一旦發(fā)生腐蝕不僅維修難度高、工期長，嚴(yán)重時將會威脅機組安全運行[1]。外加電流陰極保護(hù)是海水系統(tǒng)腐蝕防護(hù)的主要方法之一，但核電站工況復(fù)雜，電氣設(shè)備較多，會對陰極保護(hù)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，降低其對海水系統(tǒng)的保護(hù)效果，因此及時有效的對陰極保護(hù)進(jìn)行監(jiān)測尤為重要。早期，核電站海水陰極保護(hù)系統(tǒng)中采用的基本為可控硅整流器，無數(shù)據(jù)記錄功能，現(xiàn)場運維依靠人員定期記錄數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量過少，當(dāng)陰極保護(hù)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時并不能準(zhǔn)確地反饋實際問題，給原因分析及故障處理造成諸多不便。因此，部分核電站已將原有的可控硅整流恒電位儀替換成最新的智能數(shù)字式恒電位儀，采用自動化控制技術(shù)、人機交互友好并具有數(shù)據(jù)采集、查詢、存儲功能及遠(yuǎn)程實時監(jiān)測等功能。上述軟、硬件功能的提升，為陰極保護(hù)系統(tǒng)采用實時監(jiān)測提供了先決條件。本文列舉了幾個核電站海水相關(guān)設(shè)備陰極保護(hù)系統(tǒng)運行異常的案例，通過對陰極保護(hù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析查明了原因，并建立了失效故障數(shù)據(jù)庫，對后續(xù)同類故障的分析、預(yù)防及系統(tǒng)健康狀況評估具有重要的意義[2]。

1 系統(tǒng)簡介

1.1 鼓形旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)

鼓形濾網(wǎng)是核電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的主要過濾設(shè)備，鼓形濾網(wǎng)由主軸、軸承、鼓網(wǎng)骨架、不銹鋼網(wǎng)片、密封裝置、反沖洗裝置、驅(qū)動裝置、控制系統(tǒng)、壓差監(jiān)測系統(tǒng)及陰極保護(hù)及監(jiān)測系統(tǒng)等組成。其主要選用的材料為碳鋼和不銹鋼，其防腐措施主要采用陰極保護(hù)與防腐涂料聯(lián)合保護(hù)的方法。鼓形濾網(wǎng)處于半浸泡環(huán)境中，運行期間干濕交替，當(dāng)鼓網(wǎng)位于大氣區(qū)、浪濺區(qū)及水位變動區(qū)時，陰極保護(hù)系統(tǒng)無法提供有效的保護(hù)，此時主要通過防腐涂層和材料自身的耐蝕性及腐蝕裕量抵御海水腐蝕[3]。

1.2 重要廠用水系統(tǒng)（SEC）

重要廠用水系統(tǒng)（SEC）其主要功能是將由設(shè)備冷卻水（RRI）收集到的熱負(fù)荷輸送到最終熱井海水中。SEC管道從鼓型濾網(wǎng)過濾水池取水。輸送海水的管道主要為碳鋼襯膠管道、內(nèi)外部涂刷防腐涂料及外加電流陰極保護(hù)管道。

2 案例分析

2.1 電解制氯加藥對鼓網(wǎng)陰極保護(hù)系統(tǒng)運行的影響

某核電站在大修期間，某列鼓網(wǎng)檢修工作完成后，其陰極保護(hù)系統(tǒng)也完成調(diào)試后以恒電位模式運行，保護(hù)電位穩(wěn)定在150mV（相對于高純鋅參比，下同）左右，運行一段時間后，現(xiàn)場巡視人員發(fā)現(xiàn)鼓網(wǎng)保護(hù)電位在150～500mV之間波動，3d后波動消失，鼓網(wǎng)保護(hù)電位重新穩(wěn)定在150mV左右。

將鼓網(wǎng)保護(hù)電位異常期間的監(jiān)測數(shù)據(jù)拷出作圖，如圖1所示。從圖1中可以看出，電位從節(jié)點1開始上升。節(jié)點2處電位突然下降，節(jié)點3處電位又開始上升，節(jié)點4處電位開始下降至保護(hù)范圍內(nèi)。節(jié)點5之后鼓網(wǎng)保護(hù)電位逐漸下降，重新穩(wěn)定在150mV左右。圖1中節(jié)點5保護(hù)電位上升是因為人工干涉，為了使得鼓網(wǎng)3個區(qū)保護(hù)電位平衡，將預(yù)置電位設(shè)定值設(shè)定為230mV產(chǎn)生的。

鼓網(wǎng)保護(hù)電位異常期間，對參比電極、輔助陽極以及電纜進(jìn)行了檢查，均未發(fā)現(xiàn)問題，并且使用便攜式參比電極在鼓網(wǎng)主軸平臺測量了鼓網(wǎng)水下電位，測量結(jié)果與恒電位顯示一致，排除了陰極保護(hù)系統(tǒng)本身的問題。異常期間保護(hù)電位出現(xiàn)幾次大幅度變化，考慮有可能外界因素對鼓網(wǎng)陰極保護(hù)的影響。查看相關(guān)設(shè)備運行情況后發(fā)現(xiàn)：

（1）節(jié)點1處此列鼓網(wǎng)的循環(huán)水泵停止運行；

（2）節(jié)點2處此列鼓網(wǎng)加藥裝置進(jìn)行檢修，停止加藥；

（3）節(jié)點3處此列鼓網(wǎng)加藥裝置檢修結(jié)束，重新開始加藥；

（4）節(jié)點4處此列鼓網(wǎng)的循環(huán)水泵開始運行。

圖1 鼓網(wǎng)保護(hù)電位曲線

濱海電廠以海水作為冷源，但為了防止海水中的海生物在系統(tǒng)管道內(nèi)滋生導(dǎo)致堵塞，通常在海水取水口處加入由電解制氯系統(tǒng)制備的低濃度次氯酸鈉，以其作為殺生劑防止海生物滋生。結(jié)合圖1曲線及相關(guān)設(shè)備運行情況，節(jié)點1處循環(huán)水泵停止運行，但此時電解制氯裝置并未停運，導(dǎo)致鼓網(wǎng)水室內(nèi)海水中次氯酸鈉濃度持續(xù)增大，由于次氯酸鈉是一種去極化劑，當(dāng)海水中次氯酸鈉濃度過高時，使得鼓網(wǎng)難以極化，導(dǎo)致鼓網(wǎng)保護(hù)電位上升；節(jié)點2處此列鼓網(wǎng)加藥裝置進(jìn)行檢修，停止加藥，海水中次氯酸鈉濃度下降，鼓網(wǎng)保護(hù)電位下降；節(jié)點3處此列鼓網(wǎng)加藥裝置檢修結(jié)束，重新開始加藥，海水中次氯酸鈉濃度再度上升，鼓網(wǎng)保護(hù)電位隨之上升；節(jié)點4處此列鼓網(wǎng)的循環(huán)水泵開始運行，以40m3/s的速度抽取海水，鼓網(wǎng)間海水中次氯酸鈉濃度很快下降至正常水平，鼓網(wǎng)保護(hù)電位下降，恢復(fù)至0～250mV的保護(hù)范圍內(nèi)。

2.2 鼓網(wǎng)停運對陰極保護(hù)系統(tǒng)的影響

某核電站小修期間，主控反饋某列鼓網(wǎng)陰極保護(hù)系統(tǒng)觸發(fā)報警，經(jīng)運維人員現(xiàn)場核實，發(fā)現(xiàn)此列鼓網(wǎng)兩側(cè)保護(hù)區(qū)在恒電位模式運行下輸出電流滿載，觸發(fā)了過流報警，將該列鼓網(wǎng)陰極保護(hù)系統(tǒng)運行監(jiān)測數(shù)據(jù)作圖，如圖2所示。通過分析系統(tǒng)運行監(jiān)測數(shù)據(jù)，并查看相關(guān)設(shè)備運行情況后確定以下幾個關(guān)鍵節(jié)點：

（1）節(jié)點1：該列鼓網(wǎng)的循環(huán)水泵停止運行，但電解制氯加藥未停運，導(dǎo)致輸出電流開始上升，當(dāng)電流滿載后，電位開始上升；

（2）節(jié)點2：該列鼓網(wǎng)停止加藥，電位開始下降至正常范圍內(nèi)，輸出電流也隨之下降，鼓網(wǎng)陰極保護(hù)系統(tǒng)恢復(fù)至正常運行狀態(tài)；

（3）節(jié)點3：該列鼓網(wǎng)停止轉(zhuǎn)動。此后陰極保護(hù)系統(tǒng)輸出電流先減小后增大，當(dāng)輸出電流滿載后，鼓網(wǎng)保護(hù)電位開始上升；

（4）節(jié)點4：該類鼓網(wǎng)陰極保護(hù)系統(tǒng)輸出電流達(dá)到滿載，觸發(fā)系統(tǒng)過流報警；

（5）節(jié)點5：為運維人員介入系統(tǒng)運行，將恒電位儀切換至恒電流模式運行，恒電流輸出40A，進(jìn)行原因排查及故障處理；

（6）節(jié)點6：將恒電位儀切換至恒電位模式，預(yù)設(shè)保護(hù)電位210mV，輸出電流維持高位輸出，達(dá)到45A左右；

（7）節(jié)點7：該列鼓網(wǎng)開始轉(zhuǎn)動，10min內(nèi)輸出電流降至10A以下；

（8）節(jié)點8：將鼓網(wǎng)保護(hù)電位設(shè)置為150mV，輸出電流提高到20A左右，隨后鼓網(wǎng)保護(hù)電位以及輸出電流恢復(fù)正常。

圖2 輸出電流與鼓網(wǎng)保護(hù)電位曲線

圖2 中節(jié)點1和2之間的保護(hù)電位波動也是由于加藥濃度過高導(dǎo)致的，此處不再贅述。節(jié)點3至節(jié)點4之間的輸出電流異常上升是由于鼓網(wǎng)停止轉(zhuǎn)動后發(fā)生的，疑似與鼓網(wǎng)停止轉(zhuǎn)動有關(guān)。未對上述判斷進(jìn)行驗證，重新啟動鼓網(wǎng)旋轉(zhuǎn)，開啟反沖洗水，同時觀察鼓網(wǎng)網(wǎng)片狀態(tài)。鼓網(wǎng)開始旋轉(zhuǎn)后，可以發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)至水面以上的網(wǎng)片表面存在一層附著物，其繼續(xù)旋轉(zhuǎn)后附著物被沖洗干凈。隨著鼓網(wǎng)的持續(xù)轉(zhuǎn)動，鼓網(wǎng)輸出電流大幅降低，一天后鼓網(wǎng)輸出電流和保護(hù)電位均恢復(fù)到正常范圍。其原因可能為當(dāng)鼓網(wǎng)停止轉(zhuǎn)動后，海水中泥沙、浮游生物、海生物代謝物等混合物開始沉積并覆蓋在鼓網(wǎng)網(wǎng)片上，此時參比電極測得的保護(hù)電位正移，恒電位儀在恒電位模式下增大輸出電流，直至電流滿載，觸發(fā)了過流報警。當(dāng)鼓網(wǎng)重新開始旋轉(zhuǎn)后反沖洗水也同時開啟，其將網(wǎng)片沖洗干凈，此時參比電極測量的電位為鼓網(wǎng)的真實保護(hù)電位，陰極保護(hù)系統(tǒng)輸出電流恢復(fù)正常。

2.3 工頻干擾對SEC管道陰極保護(hù)的影響

某機組兩列SEC管道保護(hù)電位同時出現(xiàn)高頻異常波動，管道不同分區(qū)的電位波動程度不同，位于管道進(jìn)水口的首端波動最大、末端最小，電位波動幅度隨管道沿線方向遞減，且B列電位波動相對A列更為劇烈，1周內(nèi)產(chǎn)生的閃發(fā)報警數(shù)量高達(dá)6000個。經(jīng)檢查后可排除由測量回路接觸不良、接線錯誤或電流輸出不穩(wěn)定導(dǎo)致的電位波動。在該機組小修期間，當(dāng)該機組的循環(huán)水泵停運期間保護(hù)電位波動消失，啟運后電位波動隨即出現(xiàn)。將SEC陰極保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)拷出作圖，圖3為循環(huán)水泵啟/停對SEC管道保護(hù)電位波動的影響。從圖3中可以看出兩列循環(huán)水泵的運行均會導(dǎo)致該列管道的電位波動，當(dāng)循環(huán)水泵全部停運后A列管道電位波動基本消失，B列管道波動程度也大幅降低。將恒電位儀停運后，使用示波器測量管道首端參比電極與管道本體之間電位波形圖，發(fā)現(xiàn)存在頻率為50Hz的交流波形。由此推斷該機組SEC管道電位波動可能是由于管道首端與靠近循環(huán)水泵一側(cè)的上游管道絕緣不良，導(dǎo)致管道本體同時受到來自兩列循環(huán)水泵的工頻干擾。

圖3 循環(huán)水泵啟/停前后SEC管道保護(hù)電位曲線

為消除該交流頻率對管道陰極保護(hù)測量的影響，在測量回路中加裝具有濾波作用的電位隔離變送器。圖4為加裝電位隔離變送器前后管道測量電位波動變化。如圖4可知，加裝電位隔離變送器可使管道保護(hù)電位波動控制在±20mV的范圍內(nèi)，有效去除交流頻率對管道保護(hù)電位的影響。

圖4 加裝隔離變動器前后SEC管道保護(hù)電位曲線

3 結(jié)語

上述陰極保護(hù)系統(tǒng)異常運行案例分析，充分說明了陰極保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)在核電陰極保護(hù)系統(tǒng)運維管理中的重要作用。采用數(shù)字化設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)采集及存儲，通過數(shù)據(jù)管理及分析技術(shù)對系統(tǒng)運行監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及處理，能夠準(zhǔn)確反饋系統(tǒng)輸出電壓、輸出電流、保護(hù)電位及其他參數(shù)隨運行時間的變化趨勢及規(guī)律，為分析故障原因提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)參考，以便于制定對應(yīng)的處理措施，也可為系統(tǒng)故障預(yù)測及健康狀態(tài)評估提供數(shù)據(jù)支撐，確保系統(tǒng)正常、穩(wěn)定運行，保障濱海核電站重要海水相關(guān)設(shè)備安全、穩(wěn)定、健康運行。