核電站凝結水精處理系統（ATE）投運優化

白彬彬

（中核核電運行管理有限公司，浙江嘉興 314300）

0 引言

核電站凝結水精處理系統用于二回路水質的凈化，保證機組正常運行或凝汽器發生泄漏時的水質，延緩蒸發器水質的惡化，降低機組停機的概率。凝結水精處理系統安全穩定運行，可以大大減緩二回路設備的腐蝕速率，延長蒸汽發生器的使用壽命，進而保護機組的穩定運行。

1 凝結水精處理系統

在火電廠凝結水精處理系統設計中，為避免凝結水精處理裝置因故障退出運行而導致凝結水斷水，增加了旁路管道，旁路管道上設置閥門加以控制，保證正常運行時凝結水能夠經過精處理裝置過濾，但由于旁路管道閥門會出現拒動，導致凝結水斷水或精處理床體反向跑樹脂事故，進而危及機組的穩定運行。因此在核電站的典型設計中，二回路凝結水精處理系統一般采用無閥旁路運行（圖1），旁路沒有任何其他設備或部件設計，在凝結水精處理裝置的終端串聯升壓泵，當需要對凝結水進行處理時，需要啟動升壓泵，這種無閥旁流模式可以從根本上解決此缺陷，大幅提升使機組安全系數。

圖1 凝結水精處理系統無閥旁路流程

秦山核電站凝結水精處理系統大部分采用無閥旁路設計，運行狀況良好，從未發生過凝結水斷水或精處理床體反向跑樹脂事故。

2 核電站凝結水精處理系統典型問題

2.1 系統投運時間長

壓水堆核電站中的凝結水精處理系統在二回路水質達標時停運，只有在水質超標時才投運，這種運行模式可以大幅度降低運行成本、操作工作量及廢水排污量。退出后的凝結水精處理系統面臨凝汽器出現海水滲漏或泄漏時，按傳統的系統設置與運行要求，從冷停運到凝結水精處理系統全流量運行所需要的時間為2～2.5 h。寧德1#機組曾因海水通過補給水管道進入凝汽器引發退出模式，大亞灣核電4CEX 曾因泄漏最終停機，都有啟動投運比較慢的因素，投運時間為1～3 h 不等。

2.2 升壓泵投運操作復雜

雖然核電站凝結水精處理系統在設計理念上比較先進，安全性能高，但在自動化水平方面要弱于火電廠，大部分火電廠精處理系統是自動投運，自動化程度高于核電站。核電廠考慮到核安全，精處理系統一般需要人工一一投運，費時，且操作方面也稍遜于火電廠。升壓泵投運時需要三方面的配合：①升壓泵本體需要人員觀察是否有異聲、冒煙、跑、冒、滴、漏等；②凝結水精處理值班室工控機操作閥門，確認精處理系統在線無問題，啟動升壓泵；③主控調節凝結水精處理系統流量。這三方面需要互相配合、溝通，才能完成系統的啟動，操作程序非常麻煩。在沒有時間要求時，這種啟動方式沒有壓力，但在發生凝汽器泄漏、需要緊急啟動干預時，及時性和便捷性差。

3 系統投運時間長的原因分析和解決方案

3.1 原因分析

3.1.1 系統升壓時間長

停運后的凝結水精處理系統和二回路脫開，通過一個氣動總閥實現和二回路的分離。系統中的各陽床和混床裝置進出口閥門關閉，處于冷停模式。在冷停模式下，由于系統的微小泄漏（一般來自于取樣管線無法關嚴或儀表管線微露）導致陽床總管和混床總管以及各床體壓力無法保持，會降至大氣壓。當再次投運凝結水精處理系統時需要一一進行升壓，非常耗時。因二回路和凝結水精處理系統之間只有氣動總閥，沒有升壓閥，在氣動總閥開啟后二回路的壓力會迅速傳導至精處理系統，導致較大的水錘，時間長后很容易引起系統漏水。

3.1.2 陽床和混床裝置打循環時間長

為了減少凝結水精處理系統再投運后，其釋放的雜質對二回路的的污染，需要先對陽床裝置和混床裝置打循環，待出水水質合格后再投運陽床和混床。一般打循環的時間需要10 min 左右，如果每個床體都需要打循環，則非常耗時。

3.2 解決方案

3.2.1 系統停運后保壓，各陽床或混床進出口閥全開

凝結水精處理系統停運時處于保壓狀態，和二回路連通的風險主要有以下2 點：

（1）由于進入凝結水處理系統的管徑非常粗（≥600 mm），在凝結水精處理系統發生大規模漏水時，也會導致二回路的水大規模泄漏，非常不安全。

（2）凝結水精處理系統入口來自于凝結水泵出口，凝結水泵出口管線有非常明顯的高頻振動，在凝結水精處理系統入口管道處可以聽到像波浪一樣的振動聲，威脅著精處理系統，時間長以后很容易導致系統中的墊片發生泄漏。

在盡量不大動的原有設計基礎上考慮，降低改造成本，建議采取以下優化措施：

（1）目前壓水堆凝結水精處理系統和二回路連通時一般只有一個氣動總閥隔斷，可以在進水總閥旁安裝一個升壓管線，并加裝升壓閥，在精處理系統停運時進水總閥關閉，升壓管線開啟。這樣既可以限制凝結水精處理系統漏水的后果，也可以降低高頻振動對系統的損害，還可以保證系統時刻處于帶壓狀態。

（2）在與二回路連通期間，為了減少二回路系統的補水、床體交換容量的損失以及廢水的產生，需要關閉凝結水精處理系統的取樣管線，需要緊急投運時，短時沒有儀表不會影響系統投運，投運后再投取樣管線無風險。

3.2.2 取消陽床打循環，混床定期打循環

為了避免已接近失效的樹脂在停運期間向精處理系統的釋放以及在緊急投運后向二回路釋放、對二回路造成污染，在每次精處理系統投運后，先對陽床裝置和混床裝置進行打循環。而單個陽床或混床打循環耗時近10 min，非常費時。

（1）取消陽床打循環：①在采用陽床+混床+升壓泵的精處理系統中，陽床可以不用打循環，因為在其后有混床對陽床釋放的雜質截留；②在凝結水精處理系統停運后將陽床再生為新樹脂，進一步減少系統停運期間雜質的釋放；陽床再生工藝簡單，不會顯著增加工作量。

（2）混床定期打循環：在采用陽床+混床+升壓泵的凝結水精處理系統中，因為大部分交換容量消耗在陽床上，混床的再生周期很長，以秦山核電廠某擴建機組為例，混床一般能制水150萬噸，累計運行3500 h 左右。另外，混床再生工藝復雜、時間長、操作繁瑣，在精處理系統停運時混床可以不需要再生，采用定期打循環的方式來減少雜質向二回路系統的釋放。在采用混床+凈凝結水泵的凝結水精處理系統中，若周期制水量短，可以在系統停運后對其進行再生，若周期制水量長，也可以采取定期打循環的方式減少雜質向二回路系統的釋放。

4 升壓泵投運操作復雜的原因和解決方案

4.1 升壓泵投運操作復雜的原因

目前在各核電站的精處理系統設計中，主控人員可以看到升壓泵的運行、停止狀態，可以調節精處理系統的流量，但卻不可以啟動凈凝結水泵。如圖1 所示，凝結水精處理系統簡稱ATE。

從圖2 可以看到，在核電站主控室只能看到升壓泵和出口閥以及流量調節閥的狀態，而主控人員能操作的只有流量調節閥。主控人員可操作設備較少的根本原因是核電行業的保守決策理念。主控不設置升壓泵的啟動按鈕，也是為了避免誤操作，因為精處理系統各陽床和混床的進出口閥門狀態，主控人員是看不到，因此不能設置啟動按鈕。

圖2 某核電廠凝結水精處理系統（ATE）主控界面

因為凝結水精處理系統專業性強，輸送和再生操作步序復雜、設備聯動多，容易出現動作卡澀或不到位的情況，若出現問題，一般需要專工（專業人員的簡稱）及時進行干預，恢復正常狀態。因此凝結水精處理系統在正常情況下處于冷備用狀態，與二回路系統是脫開的。這種設計偏于保守，在應對凝汽器泄漏，需要緊急啟動升壓泵時，顯得應對能力不足，需要人員三方面就位（就地泵本體、值班室、主控），復雜而費時，可能會導致機組降負荷，嚴重時導致機組停機。

4.2 升壓泵投運優化方案

主控室可以增加凝結水精處理系統各陽床以及混床進出口閥門的狀態、流量監控畫面，實時監測各陽床、混床進出口閥門狀態和流量顯示，這樣就可以在主控設置升壓泵啟動按鈕，但不改變原有的職能劃分，閥門的操作（除凝結水精處理系統的進水總閥和升壓閥外）、樹脂輸送和再生操作仍需由專工負責，減少機組的風險。在不增加機組風險的前提下，可以大大提高在機組發生凝汽器泄漏時的緊急應對能力。圖3 為優化后的主控ATE 界面。

圖3 優化后的主控ATE 界面

4.3 優化后的管理運行模式

（1）正常工況下凝結水精處理系統停運后處于保壓狀態，其總閥關閉，升壓閥開啟，在凝汽器泄漏緊急投運時，主控開啟凝結水精處理總閥，關閉升壓閥。

（2）檢查各陽床和混床的進出口閥門狀態，若無問題，即可啟動升壓泵，調節凝結水精處理系統流量。這樣可以大大減少投運時間，減少雜質在蒸汽發生器的濃縮時間，避免機組降負荷或停機。

（3）增加流量顯示是為了避免閥門限位反饋有誤，造成床體超流量運行，如果投運時發現床體流量不對，主控可以調小凝結水精處理系統的處理流量，并進行現場核實，但不影響系統的投運。

（4）為了進一步保障安全，需要專工在凝結水精處理系統停運將樹脂再生為新樹脂后，恢復各床體閥門在線到投運狀態，并匯報主控，后續若因工作需要改變閥門狀態，需匯報主控，保證交流溝通。

上述運行模式在不大幅度改變原有模式的情況下，可以大大提高工作效率，保證設備的安全運行，限制了設備泄漏時對二回路的影響，并提高了機組應對突發事件的能力，降低機組降負荷甚至停機的風險。