核電廠凝汽器泄漏監測系統問題研究及改進應用

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，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 凝汽器泄漏監測系統組成

目前核電機組凝汽器都設計有凝汽器泄漏監測系統，凝汽器泄漏監測系統主要由取樣管路、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，以便及時發現泄漏問題。

為實現對泄漏部位的快速、準確定位，每個凝汽器管束模塊均應設置凝汽器泄漏監測系統，以便及時發現泄漏問題，典型的凝汽器管束泄漏監測系統流程見圖1。每個凝汽器管束模塊配置1套泄漏檢測系統：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、循環水出口側側板上，用于監測凝汽器冷卻水管(鈦管)長度方向是否發生泄漏,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個泄漏監測系統取樣支路，共配置4臺取樣泵。

圖1 典型凝汽器管束泄漏監測系統流程圖

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。

該機組在調試運行期間便發現凝汽器泄漏監測系統取樣流量不足，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運行，表1為各取樣支管單獨投運時取樣泵可連續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運行60分鐘以上。

表1 各取樣支管單獨投運時取樣泵連續運行時間

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，保證取樣泵連續運行。

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

因此，為了實現對凝汽器及時、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監測，需要對凝汽器泄漏監測系統存在的問題進行分析并改進。

3 原因分析

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

表2 凝汽器泄漏監測系統存在問題原因分析

圖2 原設計管束取樣口布置圖

圖3 管板取側樣口現場圖

4 泄漏監測系統的改進

CPR 1 000核電機組投運初期，各主要廠家的凝汽器泄漏監測系統在運行中基本都存在上述幾個問題，需要進行改進優化，以便及時發現凝汽器泄漏并能準確確定泄漏發生位置，節省維修時間并保證機組的安全運行。

4.1 泄漏監測系統無法連續運行問題的改進

對于凝汽器泄漏監測系統在機組低負荷時無法連續運行和出現搶水、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，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性。

正常情況下，取樣水靠重力自流至檢漏系統汽水分離器，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，無法實現單個凝汽器模塊的管板、管束獨立監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，用于管束泄漏監測；同時設置管板凝結水收集裝置，用于管板泄漏監測。典型凝汽器泄漏監測系統管束和管板處取樣點布置方案見圖5、圖6，可實現管板、管束獨立取樣監測。

圖5 凝汽器管束模塊泄漏監測取樣布置方案一

圖6 凝汽器管束模塊泄漏監測取樣布置方案二

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。

圖7 凝汽器管束模塊管板泄漏監測取樣布置方案

為實現泄漏點的快速、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測系統的取樣設計布置滿足典型取樣流程系統的布置要求，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，導致凝汽器泄漏監測系統無法從四個管束模塊中判斷哪個管束發生了泄漏，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，實現同一個凝汽器模塊不同管束的獨立監測，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，無法實現連續監測

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

5 結束語

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

凝汽器泄漏監測系統應滿足：兩端管板和管束獨立監測，取樣流量連續、穩定，合取樣點布置理，避免竄樣，且需有一定冗余設置，實現連續監測；管路、閥門選型需考慮對系統氣密性影響，以實現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測系統的設計和采購的參考。