蒸汽發生器排污系統取樣回路運行情況分析及改進

黃賢華，苑景凱，張偉強，李 鵬

（中核核電運行管理有限公司，浙江嘉興 314300）

1 蒸汽發生器排污系統概述

壓水堆核電站利用蒸汽發生器將一回路的熱量傳至二回路，保持蒸汽發生器二次側良好的水質是至關重要的。二次側水質會由于凝汽器鈦管破裂、蒸汽發生器傳熱管泄漏、二回路補給水不合格或系統和設備完整性破壞而導致水質變差。在管板上表面，管子和管板的連接部位，流動死區部位等，很容易由于水的不斷蒸發而導致雜質（主要為鹽類）的積聚。雜質會使這些部位的應力腐蝕加劇，引起一回路向二次側的泄漏或傳熱管的破裂，最終導致反應堆停閉，造成放射性污染及經濟損失。

為了改善蒸汽發生器的工作條件，防止蒸汽發生器由于二回路水質惡化導致傳熱管腐蝕破裂，延長蒸汽發生器的使用壽命，電廠設置了蒸汽發生器排污系統，對蒸汽發生器二次側水進行連續排污和取樣監測。

正常運行工況下，來自蒸汽發生器二次側的水以可調流量連續排污，排污水經過冷卻、減壓和凈化處理后送入凝汽器，熱量通過使用凝結水冷卻的再生熱交換器進行回收。

小部分排污水作為取樣樣品排至核取樣系統，以監測蒸汽發生器二次側水質。取樣水經過pH 儀和鈉離子（Na+）測量儀后排至核島疏水排氣系統的化學排水坑，地坑液位達到一定高度后地坑排水泵自動啟動，將取樣水重新打入蒸汽發生器排污系統回收至凝汽器。

2 排污系統取樣回路運行

蒸汽發生器排污水的取樣監測均通過核取樣系統完成，與蒸汽發生器排污系統有關的主要有兩部分，分別是蒸汽發生器二次側取樣管線和蒸汽發生器排污除鹽裝置的取樣管線。

2.1 蒸汽發生器二次側取樣管線

每個蒸汽發生器二次側的水樣來自蒸汽發生器二次側的兩個部位：一個在蒸汽發生器殼側上部取樣接頭處，用于濕保養期間的監測；另一個在排污管線上盡可能靠近蒸汽發生器的取樣接頭處，用于正常運行時的監測。

兩個取樣管線合并成一根管線后經兩道安全殼隔離閥穿過安全殼，在通過兩級冷卻后分別進行排污水總γ 放射性、pH 值、陽離子電導率和Na+濃度測量。

蒸汽發生器排污水的取樣結果可為傳熱管的破裂提供重要信息：總γ 放射性測量通道用于探測一、二回路泄漏量，陽離子電導率、Na+和pH 用于監測蒸發器二回路的參數，探測可能由凝汽器泄漏等造成的二回路水質惡化。

核電廠技術規格書對排污水的取樣頻度和取樣結果有著嚴格限定，要求連續測量排污水的陽離子電導率、Na+濃度和總γ比活度，并且當自動取樣裝置失效不可運行時，10 d 內必須修復，期間采取手動取樣方式。

2.2 蒸汽發生器排污除鹽裝置的取樣管線

蒸汽發生器排污水回路上的4 個除鹽床取樣經一級冷卻后分別進行Na+和陽離子電導率監測，用于監視除鹽床的運行情況，該取樣回路同樣采用連續監測運行。

3 排污水取樣回路運行情況對系統的影響

3.1 對蒸汽發生器排污系統的影響

正常運行工況下，蒸汽發生器排污系統排污流量通過排污氣動調節閥自動調節，當調節閥下游壓力低于1.4 MPa 時，調節閥接收流量控制信號，調節排污流量至整定值，隨著運行時間增加，當調節閥下游壓力逐漸上漲至1.4 MPa 時，調節閥調節下游壓力不高于1.4 MPa。

當化學排水坑內液位達到高定值時，排水泵自動啟動，泵出口排水接入排污流量計上游，引起排污流量計指示、排污下游壓力同時變大，排污流量調節閥關小以保持排污流量在定值水平。地坑液位下降至低定值后泵停運，排污流量瞬間降低，調節系統控制調節閥開大以維持流量恒定。因此，排污流量隨著排水泵啟停出現周期性波動，并導致排污流量和冷卻水流量的周期性波動，引起閥門控制系統的頻繁波動，對調節閥的性能產生不利影響。

3.2 對凝汽水氧含量的影響

取樣水通過取樣儀表后排至化學排水坑，地坑雖有蓋板但不是密封式地坑，地坑上部由空氣覆蓋，地坑內的取樣水與氧氣充分接觸，排水泵啟動后地坑內的富氧水返回到蒸汽發生器排污系統，與排污水混合后通過噴淋除氧方式進入凝汽器。

該電廠某機組凝結水泵出口氧含量均存在周期性出現尖峰的現象，幅值5×10-9～1×10-8，而電廠二回路水化學對凝結水泵出口氧含量的期望值是1×10-8，尖峰情況下氧含量將超過該限值。通過觀察其變化趨勢并與排污流量趨勢進行比較，發現氧含量尖峰與相應機組排水泵的啟停存在對應關系，通過排除其他條件的影響后，可以判定該氧含量尖峰為排水泵啟動時將富氧水排至凝汽器引起。

查看凝汽器接口圖，排污水進入凝汽器的接口位置距底部高差為1.929 m，正常運行時凝汽器水位800 mm，因此實際高差僅1 m。

對排水泵啟動時對凝結水氧含量的影響進行計算，初始條件如下：假定地坑內廢水處于氧飽和狀態，取溫度20 ℃對應的溶解氧含量為9.17 mg/L，泵的標稱流量為6.5 m3/h，凝結水泵出口流量按2400 m3/h 計算，忽略排污水進入凝汽器時的噴淋除氧作用，并假定直接從蒸汽發生器來的排污水和凝結器內原有凝結水內氧含量為0，計算結果為6.5×9.17×1000/（6.5+2400）=24.8×10-9,遠高于氧含量期望值1×10-8，可見地坑富氧水確實會導致凝結水氧含量出現尖峰。實際運行中，考慮到噴淋除氧、凝結水攪混、取樣精度等因素，尖峰會略小于上述計算值。

二回路氧含量的提高將導致二回路設備銹蝕，對二回路設備的安全性和可用性產生不利的影響，特別是對壽期內無法更換的大型設備帶來損傷，影響設備的使用壽期，影響電站的安全性和經濟性。

3.3 放射性廢水污染二回路風險

接收取樣回水的化學排水坑位于核輔助廠房，該房間還布置有核島工藝疏水坑及其他RPE 閥門和管道，存在誤傾放射性廢水、地坑滿溢、管道泄漏、檢修漏水等導致放射性廢水誤入化學排水坑的風險，從而導致放射性廢水進入二回路，對電廠的輻射防護控制不利。

4 取樣回路運行改進

為解決排污水帶來的氧含量尖峰，該電廠實施技改，將排污水接至凝汽器背包的接口位置上移1.15 m，目的是通過接口位置的變化提高排污水進入凝汽器后的噴淋高度，延長噴淋除氧時間，以達到更好的除氧效果。實際運行顯示，改造前波動幅度約6×10-9，改造后為4×10-9～5×10-9，即該改造降低了凝結水泵出口氧含量尖峰幅值，但氧含量尖峰依然存在。改造效果不佳的原因在于，接口位置高度僅提升1 m 左右，提高有限且排污水接口在凝汽器的疏水擴容器上，靠近凝結水泵吸入口，排污水進入凝汽器后迅速吸入凝結水泵，除氧時間較短。

針對蒸汽發生器排污系統取樣回路存在的運行問題和影響，提出如下應對措施。

4.1 將取樣回路疏水排至廢液排放系統

將取樣回路疏水就近排至地面廢水收集地坑，經電廠廢液處理系統過濾后排放至廢液排放系統，據估算每月新增廢水排放量約400 t。

正常情況下二回路取樣水是非放射性廢水，疏水排至廢液排放系統將不會對電廠放射性流出物排放管理值造成影響，但該方案將大大增加電廠放射性廢水處理量并增加二回路補水量，對電站運行經濟性不利。

4.2 精確控制取樣流量

通過與該地區其他M310 機組的蒸汽發生器排污系統運行情況進行比較，發現該電廠各機組蒸汽發生器排污系統取樣回路計算累計流量明顯偏大。由于取樣回路原設計未安裝流量計，導致流量很難控制，當前取樣回路的流量主要通過目視、量杯和秒表等手段調節各儀表取樣流量，靠化學取樣人員人為控制，難于達到精確控制流量的目的。此外，取樣儀表受流量影響比較大，不利于儀表測量的準確性和穩定性。

通過在儀表管線上加裝流量計，可以精確控制儀表流量，流量下限取決于滿足儀表精度下的運行要求，在保證儀表運行可靠性的前提下，應保持較低的取樣流量，這樣可以達到減少排污水熱量損失、降低對蒸汽發生器排污系統和常規島凝結水氧含量的影響等目的，同時也有利于提高取樣儀表的可用性，避免儀表因流量過低而損壞。

4.3 將化學排水坑改成浮頂式水箱

在安裝流量計的基礎上，將取樣排水管線改為封閉式管線，并將化學排水坑改造成浮頂式水箱，既可以隔絕空氣，又可以最大限度地減少放射性廢水進入二回路。

4.4 將地坑排水泵出口接管直接接至凝汽器

將泵出口接管直接接至凝汽器背包，該方案可以徹底解決泵間斷啟動造成的對蒸汽發生器排污系統的擾動，同時不影響二回路水的復用。

5 結論

該電廠M310 機組的蒸汽發生器排污取樣回路普遍采取取樣水回收至蒸汽發生器排污系統的運行方式，該方式存在導致二回路氧含量尖峰、排污流量波動、取樣儀表流量不精確等問題。通過加裝流量計、改造化學排水泵及取樣回水管線去向，可以在一定程度上消除甚至根治上述問題，提高電站的安全穩定運行能力.