趙顯國,孫振平,劉 偉

(中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518124)

0 前 言

目前國內在運、在建核電廠均布置在沿海地區(qū)，使用海水做為凝汽器的冷卻介質。凝汽器作為核電廠二次回路與海水的隔離邊界，如果發(fā)生泄漏，就會導致二次回路給水中Cl-超標，目前國內的核電廠蒸汽發(fā)生器U型管與管板通常采用Alloy 600鎳基合金材料或堆焊，這種材料對給水中的Cl-離子很敏感，濃縮的氯化物、硫酸鹽等雜物，將導致蒸汽發(fā)生器二次側應力腐蝕破裂、凹陷、點腐蝕等老化問題。在機組運行中當發(fā)生凝汽器泄漏，凝結水的水質惡化時，需要及時進行處理。凝汽器發(fā)生泄漏有多種原因，常由設備制造缺陷、機械撞擊、汽水沖刷、管束振動、焊縫缺陷等因素造成凝汽器的泄漏[1]。當凝汽器泄漏超過運行限值時，機組需要降功率運行，查找凝汽器泄漏部位并進行維修。

1 凝汽器泄漏監(jiān)測系統(tǒng)組成

目前核電機組凝汽器都設計有凝汽器泄漏監(jiān)測系統(tǒng)，凝汽器泄漏監(jiān)測系統(tǒng)主要由取樣管路、檢漏裝置(包括汽水分離器、取樣泵、離子交換柱、電導率表等)及閥門等組成。凝結水從凝汽器取樣口經(jīng)汽水分離、取樣泵增壓后，進入離子交換柱進行H+轉換，之后進入電導率表測量電導率，從而反映凝汽器中海水泄漏情況，以便及時發(fā)現(xiàn)泄漏問題。

為實現(xiàn)對泄漏部位的快速、準確定位，每個凝汽器管束模塊均應設置凝汽器泄漏監(jiān)測系統(tǒng)，以便及時發(fā)現(xiàn)泄漏問題，典型的凝汽器管束泄漏監(jiān)測系統(tǒng)流程見圖1。每個凝汽器管束模塊配置1套泄漏檢測系統(tǒng)：設有3個取樣口，進、出水側端管板(鈦復合板)下方各設有1個獨立的取樣口，分別用于監(jiān)測進、出水側鈦復合板與鈦管間的密封性，第三個取樣接口在各管束正下方的熱井集水板上、循環(huán)水出口側側板上，用于監(jiān)測凝汽器冷卻水管(鈦管)長度方向是否發(fā)生泄漏,每個凝汽器管束模塊上的3個取樣接口通過母管接至一臺取樣泵。每臺機組4個凝汽器管束模塊共設置有12個泄漏監(jiān)測系統(tǒng)取樣支路，共配置4臺取樣泵。

圖1 典型凝汽器管束泄漏監(jiān)測系統(tǒng)流程圖

2 問題描述

國內某CPR1000核電汽輪機組是一臺引進型、單軸、一次中間再熱、三缸、四排汽、沖動式、凝汽式、半轉速汽輪機組，每個低壓缸排汽配置一個凝汽器模塊，每個凝汽器模塊由兩個管束組成，即每臺機組凝汽器有4個管束模塊組成，每個凝汽器管束模塊配置1套泄漏檢測系統(tǒng)。

該機組在調試運行期間便發(fā)現(xiàn)凝汽器泄漏監(jiān)測系統(tǒng)取樣流量不足，取樣泵無法正常投運，在機組低負荷時問題更突出，主要表現(xiàn)為：當每個管束模塊取樣支路全開時，每臺取樣泵都有足夠流量可以正常投運，以凝汽器1A管束模塊為為例，其取樣流量為3.15升/分鐘，相同條件下，前期機組流量3.08為升/分鐘；在管束取樣支路中，當每個支路單獨運行時，取樣流量不足，取樣泵無法正常連續(xù)運行，表1為各取樣支管單獨投運時取樣泵可連續(xù)運行時間的試驗結果，只有1路的取樣流量能使取樣泵持續(xù)運行60分鐘以上。

表1 各取樣支管單獨投運時取樣泵連續(xù)運行時間

從表1可以看出，有些管板的取樣流量不足，有的管束幾乎沒有取樣流量，最長才能堅持運行幾分鐘時間，而為了判斷凝汽器的泄漏部位，每路支管都需要有足夠的取樣流量，保證取樣泵連續(xù)運行。

凝汽器泄漏監(jiān)測系統(tǒng)在機組調試、運行期間主要存在的問題：第一，機組低負荷下無法連續(xù)運行，出現(xiàn)搶水和無法取樣等問題；第二，取樣點布置不足，無法實現(xiàn)單個凝汽器模塊(由兩個管束組成，對應一個低壓缸)的管板、管束獨立監(jiān)測；第三，相鄰管束間凝結水竄樣，無法實現(xiàn)泄漏點的準確定位；第四，離子交換柱缺少冗余設置，無法實現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測。

因此，為了實現(xiàn)對凝汽器及時、準確的泄漏定位及在機組低負荷下能夠正常投用以及在線連續(xù)監(jiān)測，需要對凝汽器泄漏監(jiān)測系統(tǒng)存在的問題進行分析并改進。

3 原因分析

通過現(xiàn)場查找和分析形成該核電廠凝汽器泄漏監(jiān)測系統(tǒng)存在問題的主要原因分析，詳見表2。

表2 凝汽器泄漏監(jiān)測系統(tǒng)存在問題原因分析

圖2 原設計管束取樣口布置圖

圖3 管板取側樣口現(xiàn)場圖

4 泄漏監(jiān)測系統(tǒng)的改進

CPR 1 000核電機組投運初期，各主要廠家的凝汽器泄漏監(jiān)測系統(tǒng)在運行中基本都存在上述幾個問題，需要進行改進優(yōu)化，以便及時發(fā)現(xiàn)凝汽器泄漏并能準確確定泄漏發(fā)生位置，節(jié)省維修時間并保證機組的安全運行。

4.1 泄漏監(jiān)測系統(tǒng)無法連續(xù)運行問題的改進

對于凝汽器泄漏監(jiān)測系統(tǒng)在機組低負荷時無法連續(xù)運行和出現(xiàn)搶水、無法取樣等問題，實際采用的改進措施如下：

管束取樣管取水口改為向上，取樣管向下布置在水篩板液面下方，見圖4。同時取樣管增開32個Φ5小孔，開孔由原12個增為44個，有助于提高取樣流量。

圖4 設計改進后管束取樣口布置

前端管板和后端管板增加了濾網(wǎng)，降低了取樣管道被堵塞的風險。

一次隔離閥改造，將其內徑由7 mm改為20 mm，增加閥門內徑，避免閥門堵塞，保證流量及取樣連續(xù)性。

正常情況下，取樣水靠重力自流至檢漏系統(tǒng)汽水分離器，對沿程管線及閥門氣密性要求較高，采取安裝后全程管線打壓和采用密封性能好的閥門，如波紋管截止閥等，可以很好解決系統(tǒng)嚴密性不好的問題。

4.2 取樣點布置不足的改進

針對取樣點布置不足，無法實現(xiàn)單個凝汽器模塊的管板、管束獨立監(jiān)測的問題主要進行以下改進工作：在凝汽器管束下方布置帶孔管水篩板收集凝結水，用于管束泄漏監(jiān)測；同時設置管板凝結水收集裝置，用于管板泄漏監(jiān)測。典型凝汽器泄漏監(jiān)測系統(tǒng)管束和管板處取樣點布置方案見圖5、圖6，可實現(xiàn)管板、管束獨立取樣監(jiān)測。

圖5 凝汽器管束模塊泄漏監(jiān)測取樣布置方案一

圖6 凝汽器管束模塊泄漏監(jiān)測取樣布置方案二

管板取樣點的布置采用了圖7的方案，實際運行中發(fā)生了因取樣口堵塞等原因無法取樣的問題，后在取樣口增設了濾網(wǎng)。

圖7 凝汽器管束模塊管板泄漏監(jiān)測取樣布置方案

為實現(xiàn)泄漏點的快速、準確定位，每個凝汽器模塊(由兩個管束組成，對應一個低壓缸)至少配置2套檢漏裝置。每個凝汽器管束模塊泄漏監(jiān)測系統(tǒng)的取樣設計布置滿足典型取樣流程系統(tǒng)的布置要求，保證每個凝汽器管束模塊兩端管板、中間管束有獨立檢漏的功能。

4.3 相鄰管束間凝結水竄樣的改進

某項目核電廠機組在凝汽器發(fā)生海水泄漏時，由于相鄰管束間凝結水竄樣，導致凝汽器泄漏監(jiān)測系統(tǒng)無法從四個管束模塊中判斷哪個管束發(fā)生了泄漏，影響了維修時間。在凝汽器兩個相鄰管束模塊間增加分隔板，可有效避免相鄰管束間凝結水竄樣，實現(xiàn)同一個凝汽器模塊不同管束的獨立監(jiān)測，如圖8所示。

圖8 凝汽器相鄰管束模塊分隔板布置方案

4.4 離子交換柱缺少冗余設置，無法實現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測

由于系統(tǒng)原設計時沒配置冗余的離子交換柱，更換時，系統(tǒng)需要停運，無法實現(xiàn)連續(xù)對凝汽器泄漏情況的監(jiān)測。改進措施是在原系統(tǒng)中增加一路離子交換柱并聯(lián)運行，并將接口更新為快速更換接頭實現(xiàn)在線更換。

5 結束語

針對核電凝汽器泄漏監(jiān)測系統(tǒng)在調試、運行中存在的問題進行了系統(tǒng)性歸納分析，提出了解決方案并進行了實施改造，運行情況良好。

凝汽器泄漏監(jiān)測系統(tǒng)應滿足：兩端管板和管束獨立監(jiān)測，取樣流量連續(xù)、穩(wěn)定，合取樣點布置理，避免竄樣，且需有一定冗余設置，實現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測；管路、閥門選型需考慮對系統(tǒng)氣密性影響，以實現(xiàn)對海水泄漏的快速準確定位，縮短維修周期。上述技術要求也可作為凝汽器泄漏監(jiān)測系統(tǒng)的設計和采購的參考。