核電廠凝汽器檢漏系統的取樣點設計要求和方案

孫振平，褚孝榮，周李軍

（中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518124）

0 概 述

凝汽器是核電站汽輪機的重要輔機。在凝汽器運行中，發生泄漏故障的事例占相當大的比例。若凝汽器冷卻管發生泄漏，冷卻水混入凝結水中，會影響凝結水和給水水質，機組必須強迫停機或降負荷運行。需待機組停機或凝汽器單側運行時，對凝汽器進行查漏或堵漏工作。然而，面對具有5～6萬根冷卻管的凝汽器，欲迅速準確地找到管束泄漏所在位置，絕非易事。凝汽器的檢漏系統對診斷凝汽器是否發生泄漏及定位泄漏點位置起著重要作用。凝汽器的檢漏取樣設計方案對準確判斷漏點，縮短檢漏時間有著重大的經濟意義。

1 凝汽器泄漏的原因及特征

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、焊縫缺陷等因素引起。

目前，國內核電機組的選址均在沿海地區，使用海水作為凝汽器的冷卻水。在機組運行階段，凝汽器的蒸汽側處于高真空狀態。當凝汽器冷卻管發生泄漏時，海水將直接漏入凝結水中。出現的第一個現象就是凝結水的電導率上升，給水的電導率也將隨之上升。給水雜質上升速率取決于泄漏量的大小及凝結水精處理系統的處理能力。

海水混入凝結水，將影響凝結水和給水的品質，蒸汽發生器二次側濃縮的氯化物、硫酸鹽等雜質，將導致蒸汽發生器發生二次側應力腐蝕破裂、凹陷、點腐蝕等老化問題。蒸汽發生器是核電一回路中的主設備，其使用壽命直接影響核電機組的運行壽命。核電廠對蒸汽發生器有嚴格的老化管理制度，因此，對于直接影響機組安全性和經濟性的凝汽器泄漏事故，必須及時得到處理。

2 凝汽器泄漏事故的處理邏輯

核電廠對二回路的水質有嚴格的要求，某核電廠對凝結水水質的要求，如表1所示［1］。

表1 凝結水水質的質量指標

按照蒸汽發生器排污水的Na離子含量和電導率，某核電廠將機組劃分為五個運行區域，如圖1所示［1］。

圖1 蒸汽發生器排污水中的Na含量和λ所決定運行區域圖

當凝汽器泄漏后，凝結水的水質開始惡化。電廠將給水的全部流量投入凝結水精處理系統，對凝結水進行凈化處理。凝結水精處理系統對凝結水的處理能力是有限的，當海水泄漏量大于凝結水處理系統的處理能力后，蒸汽發生器排污水的水質惡化，機組運行可能進入圖1中5區狀態。在此情況下，應立即停機。在停機狀態下，對凝汽器進行查漏或堵漏。當海水泄漏量較小時，蒸汽發生器排污水的水質變化未能使機組進入5區的運行狀態。在這種情況下，機組應降功率運行，停運發生泄漏的凝汽器管束對應的循環水泵，機組降功率后讓凝汽器單側運行。在凝汽器單側運行狀態下，對凝汽器進行查漏或堵漏。核電廠對凝汽器泄漏事故的處理邏輯，如圖2所示。

圖2 凝汽器泄漏事故的處理邏輯

3 查檢凝汽器泄漏的方法

對于國內火電機組凝汽器的查漏方法有很多種，如灌水法、薄膜覆蓋法、燭火法、泡沫法、壓縮空氣法、氦氣檢漏法等。各種查漏方法各有優缺點。氦氣檢漏法的靈敏度高，具有能查出微小泄漏的優點，曾經在大亞灣核電機組［2］、秦山二期核電機組上有過成功應用［3］。

4 凝汽器檢漏系統的工作原理

當凝汽器泄漏后，循環冷卻水污染了凝結水水質，使凝結水的水質惡化，各種離子濃度升高，凝結水的導電率上升。根據這一運行機理，從凝汽器熱井中取得具有代表性的凝結水樣品，用精密可靠的化學分析儀表，在線對凝結水樣品進行分析，檢測凝結水的水質變化，可以判斷出凝汽器是否發生泄漏。

5 凝汽器檢漏系統取樣點的設計要求

從凝汽器熱井中抽取具有代表性的樣品水，是凝汽器檢漏技術中的重要環節。核電凝汽器一般是雙通道、單流程結構。讓凝汽器單側運行，從氦氣檢漏的步驟可知，凝汽器檢漏系統首先應能夠判斷出那個凝汽器管束模塊已泄漏。為實現該功能，要求2個相鄰的管束模塊的凝結水不能互混，使得從每個管束模塊的取樣具備代表性，檢漏系統才能定位已泄露的管束模塊。

氦氣檢漏法能夠精確定位發生泄漏的鈦管，但無法區分該根鈦管的泄漏的具體位置，泄漏位置可能在前端管板處的焊縫泄漏、后端管板處的焊縫泄漏，或者是在鈦管中間位置有泄漏點，需要用滲透探傷、渦流探傷等方法作進一步檢查。為縮短檢漏時間，給檢漏工作提供更多的信息，每個管束模塊至少應設置3個取樣點，分別代表前端管板焊縫泄漏水樣、后端管板焊縫泄漏水樣、中間端鈦管端泄漏水樣，3個取樣點均應具備代表性。

6 三種凝汽器檢漏系統取樣點設計方案

國內三大核電凝汽器供貨商分別是上海電氣電站設備有限公司電站輔機廠（簡稱SAP）、東方汽輪機廠（簡稱DTC）和哈爾濱汽輪機廠（簡稱HTC）。三大公司設計的凝汽器結構各不相同，所以，凝汽器取樣點的設計也有所不同，各具特點。

6.1 SAP取樣點設計方案

SAP的取樣點設計方案，是在凝汽器管束的下方，布置4根多孔管用于管束的泄漏取樣。在前、后端管板下部設置了集水槽，用于前、后端管板的泄漏取樣，相鄰2個管束模塊間的底板被完全隔開。每個凝汽器（相鄰的2個管束模塊）設置8個管束檢漏取樣口和4個端管板檢漏取樣口。管束檢漏和前、后端管板的檢漏各用1套檢漏裝置，檢漏取樣的位置，如圖3所示。

圖3 SAP凝汽器檢漏系統取樣點位置

6.2 DTC取樣點設計方案

DTC的取樣點設計方案，是在凝汽器管束的下方，布置了集水盤，管束泄漏取樣來自集水盤。在前、后端管板的下部設置集水槽，用于前、后端管板泄漏取樣。每個管束模塊設置1個管束檢漏取樣口和2個端管板檢漏取樣口，檢漏取樣點和端管板取樣點共用1套檢漏裝置，泄漏取樣的位置，如圖4所示。

圖4 DTC凝氣器檢漏取樣點位置

6.3 HTC取樣點設計方案

在HTC的取樣點設計方案中，管束泄漏取樣來自熱井凝結水的出口管處。在熱井底部設置了隔板（在隔板中間位置的底部設置有方孔，以便凝結水的流通），將前、后端管板與管束凝結水隔離。前、后端管板泄漏取樣來自熱井底部兩端。相鄰2個模塊用隔板隔開，隔板中間存在缺口，該缺口可使相鄰2個熱井模塊的凝結水位保持一致，并可作為熱井檢修通道。同一管束模塊的1個管束取樣點和2個端管板取樣點共用1套檢漏裝置，泄漏取樣的位置，如圖5所示。

圖5 HTC凝氣器檢漏取樣點位置

7 檢漏系統存在誤判情況

凝汽器的內部空間很大，不能預先確定泄漏位置，檢漏系統有時存在誤判情況。

（1）因凝汽器中相鄰兩個管束模塊是相通的，間隔比較近。假設A管束模塊邊緣處的鈦管破損，就可能會噴射至B管束熱井處，造成誤判B管束模塊泄漏。HTC設計的相鄰管束模塊熱井不完全隔離，存在與凝結水互混的可能，也會造成管束模塊已泄漏的誤判。

（2）如果靠近前、后端管板處的鈦管泄漏，海水可能會噴入前、后端管板焊縫泄漏的取樣區域，造成前、后端管板焊縫已泄漏的誤判。

（3）管束凝結水區域的面積較大，但取樣管的長度已設定，如泄漏點不在取樣管的長度范圍內，存在不能取到泄漏處海水的情況，造成凝汽器沒有發生泄漏的誤判。

8 結 語

凝汽器檢漏系統主要是為檢漏工作提供信息，以便盡可能地縮短檢漏工作的時間。核電機組設計有二回路取樣檢測系統，可對二回路的水質進行實時檢測，某種情況下的誤判，不會對機組運行和檢修工作造成很大的影響。通過原因分析，可盡量避免誤判情況的發生。