蒸汽發生器排污系統問題分析及改進

榮軍

摘 要

本文針對機組蒸汽發生器排污系統實際運行中出現的現象、問題進行解析，經過篩選、歸總得出根本原因，并從運行角度提出針對蒸汽發生器排污系統的可行的改進方案。

關鍵詞

問題;分析;改進

中圖分類號： TM623.4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.11.029

0 引言

蒸汽發生器排污作為壓水堆核電廠必要輔助系統之一，有如下功能：

（1）清除蒸汽發生器二次側有害的堆積物，清除濃集在蒸汽發生器二次側爐水中的雜質;

（2）使排污水經過凈化而減少放射性物質向環境排放;

（3）監測蒸汽發生器傳熱管的泄漏情況。它的運行狀態對機組穩定運行意義重大。本文運行角度提出針對蒸汽發生器排污系統的可行的改進建議。

1 蒸汽發生器排污系統介紹

SG排污系統是由上、下排污管、兩臺排污擴容器、兩臺排污冷卻器、兩臺排污泵、兩臺排污過濾器、四臺排污混床凈化器以及相應的管道、閥門和儀表所組成。還設有排污水放射性監測器，以監督蒸汽發生器傳熱管的泄漏情況。

SG的排污水由一根上排污管和兩根下排污管引出，經過節流孔板減壓后進入排污器擴容降壓，一部分排污水變成蒸汽排往二回路除氧器，余下的排污水流經一臺排污冷卻器，降溫后由排污泵送到排污過濾器和排污混床凈化器。凈化后的水根據比放值決定排放或送回凝汽器復用。在排污擴容器上游的排污管線上，設置一個電動流量調節閥按排污水取樣分析的結果調整排污流量。

圖1 蒸汽發生器排污系統流程圖

2 蒸汽發生器排污系統存在的問題

（1）系統控制調節效果不佳，增加運行操縱員負擔。由于兩臺排污擴容器并聯運行，而作為其液位控制的排污泵A/B及排污泵出口調節閥僅與對應的擴容器A/B連鎖控制調節，無法很好地使排污流量，擴容器壓力、水位各參數達到穩定狀態，必須操縱員不定時的進行手動干預進行調整。

（2）實際運行中排污擴容器液位控制置于手動，因其在自動控制下，控制輸入量為單臺排污擴容器液位，另一臺排污擴容器液位在連通器效應下自動跟蹤被控對象，跟蹤效果并不理想，常出現建立不了液位或液位高報甚至達到觸發排污隔離液位，而此時排污泵及其出口流量調節閥仍按設定被控量變化動作，導致液位控制失敗。

（3）蒸汽發生器排污泵和排污泵出口閥門受擴容器液位控制，當排污泵出口調節閥開度大于40%時，泵進出口壓力波動，嚴重時會造成泵汽蝕無流量。

蒸汽發生器排污水在排污擴容器中蒸發，分離成相對高濕度的蒸汽和低過冷度的水，此狀態下工質的氣液相狀態均不穩定。蒸汽未經分離干燥器直接排向除氧器，管線距離長，形成氣液兩相流對管道長期腐蝕、水擊，存在很大的破裂風險;反之對于排污水，由于過冷度低，很容易氣化，對之后設備造成氣蝕。

3 改進方案

3.1 取消排污擴容器

法國M310及其衍生機型的蒸汽發生器排污系統取消了排污擴容器的設計，對于工質的回收，采用另增設一臺再生熱交換器的做法。再生熱交換器冷卻水引自凝泵出口，將蒸汽發生器排污水熱量從再生熱交換器帶出，帶入除氧器循環利用。

美國AP1000及其衍生機組的蒸汽發生器排污系統同樣取消了排污擴容器的設計，對于工質的回收，取消了以設冷水為冷源的排污熱交換器，改為兩臺冗余的再生熱交換器，冷卻水為二回路凝結水。

由此可見，在新機組的設計中，已經取消了設置排污擴容器使得排污水先降壓再降溫的設計思路，改為直接經由冷卻器先降溫再降壓的設計思路，在此種設計方案下，排污水的汽化問題得到了避免。

方案分析：

取消排污擴容器后，排污熱交換器入口壓力將與蒸汽發生器二次側接近，即6Mpa左右，由此排污擴容器傳熱管應提高耐壓等級，帶來制造成本的上升。但耐壓等級提高所帶來的設備制造成本提升并不明顯，考慮到現有方案對設備使用壽命的折損和系統運行風險，無擴容器方案設備方面的經濟性是提高的。

由于沒有擴容器卸壓，排污冷卻器出口排污水仍保持相對高壓力，有足夠的驅動壓頭以克服樹脂床及管道阻力，無須另設排污水泵。

為保護樹脂床和控制排污系統排污水出口壓力，只需在樹脂床前加設減壓閥或降壓孔板，使系統運行實現非能動，進一步增強經濟效益。

3.2 排污擴容器A/B合二為一

將擴容器A/B合二為一。出口管道蒸汽和水管道都由原來的兩路變成一路。重新設置排污泵和調節閥的控制邏輯。排污泵的控制邏輯更改后，兩臺泵變成一備一用，泵不會再出現混亂控制情況。

應用實例：田灣核電站VVER機組蒸汽發生器排污系統，由三臺蒸汽發生器排污至一個擴容器中。

3.3 降低換熱器出口管道上升高度

汽蝕原因分析：

當擴容器內液位較高，會增加排污泵出口閥門的開度，增加排污量，但實際效果是排污泵出口調節閥開度大于40%后，泵汽蝕嚴重無流量。從理論上看，開大排污泵出口調節閥，排污泵流量增加，在其他條件不變的情況下，泵前動壓力增加。根據《流體阻力手冊》，管道的沿程阻力和閥門等阻力部件的阻力與流速成正比，沿程阻力也會增加。根據伯努利方程，可知泵前的靜壓減小。同時流量增加，換熱器的出口溫度會升高，即泵前流體溫度升高。在泵前溫度升高和靜壓減小共同作用下，使得泵前流體汽化量增加，當汽化超過泵的汽蝕余量后，泵將會因為汽蝕而無流量。

由現場可以發現，流體從換熱器出來后，先上升，到泵之前后再下降接入泵進口。通過伯努利方程計算得出動壓和高度差壓力，發現高度差壓力遠大于動壓，減小動壓帶來的效果遠小于減小高度差壓力。同時50℃水對應的飽和壓力為0.0123MPa，與高度差壓力相當。最佳解決方案為降低高度差壓力，即需要改造換熱器出口管道，減小管道向上走的高度。

3.4 排污系統分列運行

SG-A/B排污分列運行，排污泵A/B分別受各自擴容器液位控制，這樣排污流量容易控制，不會出現并聯運行時的相互干擾。

4 結語

蒸汽發生器排污系統的設計在滿足主要功能——SG水質控制的同時，充分考慮了機組經濟性指標，采用擴容器配合冷卻器、排污泵的方案做到了工質的回收和設備成本的降低。然而再優秀的設計都有其值得改進的地方，在實際運行中，經擴容器的排污方案帶來了諸如氣蝕、控制困難等問題，增添了運行成本，加大了運行風險，本文對實際運行中的問題加以解析，并提出了幾種改進方案，以期從根本上解決運行中出現的問題，降低運行成本，保障機組安全穩定運行。

參考文獻

[1]核工業部七二八工程研究設計院，蒸汽發生器排污系統說明書，1983.8.

[2]肖艷軍，蒸汽發生器排污系統運行規程，2019.9.