示范快堆儲鈉罐調試策略研究

楊 冬

（中核霞浦核電有限公司，福建 霞浦 355100）

示范快堆單臺機組共有13 個φ4000×14000mm 的儲鈉罐，其中，蒸汽發生器事故保護系統中有2 個一級事故排放罐，一回路鈉充排系統中有5 個儲鈉罐和1 個補償容器，二回路鈉充排系統中有5 個儲鈉罐。本文旨在對機組這13 臺儲鈉罐的調試策略進行研究，形成標準的調試策略，對同類型設備的調試工作產生指導意義。

1 調試試驗策略研究

通過對不同儲鈉罐的系統知識進行研究，并對儲鈉罐的功能、工況、運行參數進行逐一分析，最終確定同類儲鈉罐大致包括三項工藝調試試驗，包括清潔度檢查試驗、電加熱試驗和抽真空及氬氣置換試驗。而因系統功能的差異，儲鈉罐的綜合試驗略有不同，本文將會對這些試驗的調試策略進行闡述。

1.1 清潔度檢查試驗

根據系統工藝要求，儲鈉罐的清潔度將直接影響鈉的雜質含量，調試時需盡最大可能保證罐體及管線的清潔度。本文討論的清潔度檢查試驗以最高標準一級作為研究對象，制定嚴格的罐體及管線清潔度調試策略。需要指出的是，設備生產廠家出廠前會進行清潔度檢查[1]，但隨著儲鈉罐的運輸及安裝，期間將不可避免產生異物或粉塵，本試驗是設備進鈉前必不可少的試驗。本試驗的檢查方法是調試人員穿著無紐扣的封閉連體服，并佩戴安全帽和干凈的鞋套進入罐體內部，使用白色純棉抹布對罐體內部進行抽樣擦拭，若擦拭結果存在粉塵或污染物，調試人員根據實際情況使用便攜式吸塵器對罐內進行除塵處理，并通過丙酮或無水乙醇等清洗溶劑進行表面清潔，確保使用白布擦拭后，白布仍是干凈的，無任何污垢；同時，一級清潔度的罐子清潔度合格標準是過24h 后再次進行清潔度檢查，須保證二次檢查的白布仍是干凈且無任何污垢，直至試驗結果滿足調試期望。

1.2 電加熱試驗

為了實現鈉的熱傳輸功能，介質必須具備流動性，在示范快堆中，鈉需要保持液態。根據鈉的物理性質，鈉的熔點是98℃，沸點是883℃[2]。因此，示范快堆中管道必須具備實時加熱的功能，為系統及管道提供穩定的溫度，將鈉保持在液態。而電加熱試驗的目的正是為了驗證儲鈉罐及連接管道的加熱能力，同時驗證溫升速率滿足設計要求，保持在10℃/h ～20 ℃/h。

以蒸汽發生器事故保護系統的一級事故排放罐及管線為例，該系統主要通過加熱柱對罐體進行加熱，而通過電加熱絲對相關管道進行加熱，調試主要驗證整個加熱功能的完整性。首先，需對電加熱元器件進行絕緣電阻的測量，用以檢驗元器件的初始狀態，使用500V 的搖表檢查時，絕緣電阻應至少大于1MΩ[3]。隨后，對電加熱器進行預熱，在不同的電壓梯度下對其進行充分預熱；其次，通過PLC系統對電加熱的加熱性能進行整體調試；最后，調試過程中需要驗證電加熱試驗中所包含的所有DCS 信號的匹配性。

此外，通過本試驗需要檢查罐體及連接管道中是否“死區”，也就是某些區域出現無加熱或過度加熱的現象，出現冷熱段，從而增加罐體及連接管道的熱應力，可能導致壽命的大大縮短。其中，出現冷熱段的原因可能包括：

1）電加熱絲的安裝不到位

這個原因可能是由于電站基建期間，電加熱絲的長度與管道長度之間的不匹配導致；安裝人員對于電加熱絲安裝不到位造成的風險認識不深；電加熱絲安裝過于密集或過于稀疏都會直接影響加熱效率。

2）電加熱絲的安裝受其他類型儀表的影響

例如，在某一根管道上，可能會安裝鈉泄漏測量裝置、熱位移測量裝置或熱電偶測溫裝置，在原設計過程中，這些設備可能由不同的設計部門或設計人員設計，在實際安裝的過程中，安裝人員不能清晰區分不同類型設備的安裝規范細則，容易出現不同類型儀表相互影響、相互干擾的情況。

3）電加熱設備調試過程中的故障

在調試過程中，信號將及時傳輸到電站DCS 系統中，同時，也需要通過主控室CRU 或BUP 盤的控制，對現場設備進行聯調。在調試期間，信號傳輸及控制信號的故障率導致設備電加熱功能異常的占比將會更大。

4）電加熱元器件或測溫元器件的損壞

在調試過程中，若溫升速率異常，則需要考慮是否出現元器件的損壞現象。若出現，則調試隊將對故障的元器件進行維修或者更換。

當調試過程中，出現以上任何一種異常現象，調試隊將會對異常原因進行診斷及處理，直至試驗結果滿足調試期望。

1.3 抽真空及氬氣置換試驗

示范快堆中使用鈉作為熱傳輸介質，而鈉的性質非常活潑，極易與空氣、水等發生反應。為了保證機組的安全狀態，在示范快堆中，采用氬氣作為惰性氣體，禁止鈉與空氣的接觸。在系統進鈉之前，需要將儲鈉罐及連接管道進行抽真空及氬氣置換試驗。值得注意的是，對罐體及管道的加熱過程，將會將管道及設備罐體內部的雜質及氧化物析出，從而增加雜質含量，在開展本項試驗前，建議先完成電加熱試驗。

將儲鈉罐及關聯管道的邊界進行劃分，使用抽真空系統對儲鈉罐進行抽真空到-0.04MPa，然后使用氬氣分配系統進行充氬氣操作，重復循環抽真空和氬氣置換試驗的步驟；最終，通過本試驗，實現氬氣中氧氣含量限值3000ppm；氮氣含量限值10000ppm；水氣含量限值3000ppm；含碳化合物 1000ppm（說明：該標準僅用作參考），通過此試驗為系統進鈉創造工藝條件。

在試驗過程中，也有可能出現一些異常現象，異常的原因可能包括：

負壓無法保持目標值。在工程移交階段，會開展獨立的正壓試驗，通過給相對密閉的管道打正壓，檢查一定時間段內壓力變化量來實現管道的密封性檢查，但是在儲鈉罐調試過程中，會利用抽負壓和充氬氣的交替操作來開展本試驗。在儲鈉罐、管道與其他系統之間的邊界，通常采用閥門類設備進行隔離。這類隔離設備有可能因為自身結構的原因，出現正壓不泄漏、負壓泄漏的現象；調試過程中，考慮儲鈉罐和管道在實際運行工況下屬于正壓運行，無需受抽真空不包壓現象的困擾。在實際操作中，若出現儲鈉罐和管道抽真空時，負壓無法保持在目標值時，可通過固定抽真空的時間，隨后開始充裝氬氣，進而保證抽真空及氣體置換試驗的效果。

圖1 綜合試驗邊界圖Fig.1 Comprehensive test boundary chart

1.4 綜合試驗

不同系統的儲鈉罐存在功能不同，但在進鈉之前，所有儲鈉罐負責接收鈉廠運輸的鈉。為此，儲鈉罐倒鈉試驗作為綜合試驗中一項試驗進行，主要實現將鈉轉移至用戶系統中。通過邊界劃分，將綜合試驗區域劃分如圖1 所示。儲鈉罐中的鈉首先通過阻塞計測量阻塞溫度，反應鈉中雜質含量；隨后經過鈉凈化系統對鈉進行雜質凈化，使雜質含量降低；再將鈉倒入用戶系統中。

對于一級事故排放罐，還有特殊的一項綜合試驗，即當蒸汽發生器發生鈉水反應后，即出現三回路的水進入二回路的鈉中，系統快速將事故列蒸汽發生器快速隔離，鈉水混合物快速排放至一級事故排放罐，而罐體需要實現保證壓力波動不超過設計限值的功能，同時接收并排放系統的鈉水混合物。在事故蒸汽發生器處理之后，將一級事故排放罐的罐體溫度從200℃加熱至420℃，使鈉及雜質保持液態；隨后關閉電加熱系統，待溫度自動下降至200℃，此時雜質將析出，同時沉積在罐體底部；啟動鈉電磁泵，即可將干凈的鈉排入鈉充排系統，供循環使用。而再次將溫度加熱至400℃，此時，將含雜質的廢液整體排出，即實現了廢鈉的排出。該試驗也是一級事故排放罐重要的綜合試驗之一。

2 結束語

本文以儲鈉罐為研究對象，摒除系統的差異對調試策略的影響，通過對儲鈉罐的清潔度試驗、電加熱試驗、氣體置換試驗進行研究，對同類設備相同調試試驗進行了整體分析，同時對不同的綜合試驗進行逐一分解，并對調試過程中可能出現的異常現象與原因進行了闡述。本文通過對示范快堆儲鈉罐的調試策略進行全面分析，更好地指導示范快堆儲鈉罐的現場調試。目前，示范快堆存在人力緊缺、工期緊張的實際困難，以同類設備調試策略研究為切入點，尋找儲鈉罐的標準調試策略，從廣義的視角出發，提高調試工作效率，為公司節約成本，積極助力機組調試工作。