核電廠大修后凝結(jié)水泵出口氧含量高的原因分析及降低策略

□程 軍

氧是一種活波的氧化劑，水中的游離氧的存在是造成金屬材料腐蝕的重要原因，水中溶解氧和氯離子的共同作用是不銹鋼穿晶間應(yīng)力腐蝕破裂的重要原因，這種腐蝕曾造成蒸汽發(fā)生器等主要設(shè)備的嚴(yán)重破壞。氧最大的危害還在于它和氯和氟的共同作用下造成不銹鋼的應(yīng)力腐蝕斷裂[1]。系統(tǒng)腐蝕產(chǎn)物的增加和遷移，會(huì)導(dǎo)致蒸汽發(fā)生器傳熱管積聚的腐蝕產(chǎn)物含量增大，對(duì)蒸汽發(fā)生器傳熱管造成安全隱患，并影響換熱效率。氧含量高還會(huì)使給水系統(tǒng)設(shè)備的表面產(chǎn)生均勻腐蝕及點(diǎn)腐蝕，這些腐蝕會(huì)在管道及閥門密封面上形成腐蝕點(diǎn)，造成管道管壁減薄發(fā)生腐蝕泄漏、閥門閥瓣腐蝕導(dǎo)致關(guān)閉不嚴(yán)密，介質(zhì)泄漏，造成熱力損失。雖然這些腐蝕短時(shí)不會(huì)使設(shè)備發(fā)生故障，但會(huì)緩慢降低設(shè)備的使用壽命，使設(shè)備提前報(bào)廢，縮短使用年限。因此，控制二回路的氧含量是二回路水化學(xué)控制非常重要的一個(gè)指標(biāo)。

一、二回路氧含量控制方法

(一)物理除氧。物理除氧包括凝汽器的真空除氧和除氧器的熱力除氧，即利用凝汽器抽真空系統(tǒng)及時(shí)將不凝結(jié)氣體抽出，另外通過(guò)除氧器熱力除氧，利用道爾頓分壓定律和亨利定律，使用輔助蒸汽或者主蒸汽系統(tǒng)的蒸汽對(duì)除氧器加熱，排氣通過(guò)除氧器頂部排氣管道排向凝汽器，再利用凝汽器抽真空系統(tǒng)將不凝結(jié)氣體不斷抽出。

(二)化學(xué)除氧?；瘜W(xué)除氧采用全揮發(fā)處理，通過(guò)二回路加藥系統(tǒng)向給水系統(tǒng)注入聯(lián)氨(N2H4)。聯(lián)氨是一種還原劑，它一方面使Fe和Cu處在非氧化態(tài)(Fe3O4，CuO)，另一方面是物理除氧的補(bǔ)充，除去回路中少量殘余氧氣，其化學(xué)反應(yīng)式為：

N2H4+O2→N2+2H2O

聯(lián)氨在水中的含量一般控制在30～200μg/kg，控制下限保持足夠的還原能力，保證殘余氧含量非常低；控制上限防止與可能存在或出現(xiàn)的離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物在蒸汽發(fā)生器傳熱管中聚集，對(duì)蒸汽發(fā)生器傳熱管產(chǎn)生腐蝕。

二、影響二回路氧含量的因素分析及排查

某核電廠大修后機(jī)組并網(wǎng)后二回路凝結(jié)泵出口氧含量一直維持在9.8ppb，接近控制上限10ppb。因此盡快查出氧含量高的原因迫在眉睫。機(jī)組正常功率運(yùn)行時(shí)氧含量偏高的原因以及進(jìn)行排查的結(jié)果如下。

(一)凝汽器負(fù)壓系統(tǒng)密封性差。凝汽器正常運(yùn)行處于負(fù)壓狀態(tài)，或多或少均會(huì)漏入一些空氣，因此凝結(jié)水中溶氧的存在不可避免。正常運(yùn)行時(shí)漏入的大部分空氣通過(guò)凝汽器抽真空系統(tǒng)及時(shí)排出，以減少凝結(jié)水中的溶氧。但如果與凝汽器系統(tǒng)相連接的負(fù)壓系統(tǒng)密封性較差，漏入的外界空氣較多，真空系統(tǒng)來(lái)不及抽走，會(huì)導(dǎo)致較多的氧溶于凝結(jié)水中。這些泄漏包括汽側(cè)泄漏和水側(cè)泄漏。包括低壓缸爆破膜、二回路負(fù)壓系統(tǒng)相關(guān)疏水排氣管道、凝汽器本體結(jié)構(gòu)、凝汽器抽真空系統(tǒng)、凝汽器本體至凝結(jié)水泵入口負(fù)壓部分，與凝汽器相連的疏水管道、法蘭、閥門、儀表接管等。

對(duì)于凝汽器的嚴(yán)密性檢查，技術(shù)部門有凝汽器真空嚴(yán)密性試驗(yàn)，對(duì)于運(yùn)行部門來(lái)說(shuō)，在凝汽器初始充水完畢建立真空前，利用熱阱充水水位較高時(shí)的靜壓差，對(duì)凝汽器真空系統(tǒng)熱阱水位以下部分存在泄漏或在線錯(cuò)誤的閥門進(jìn)行檢查，檢查是否有水泄漏。

對(duì)于熱阱水位以上的汽側(cè)系統(tǒng)查漏，主要是真空建立之后檢查，通過(guò)判斷是否有吸氣現(xiàn)象來(lái)判斷漏點(diǎn)。包括低壓缸爆破膜、凝汽器抽真空泵、管線、閥門。

凝汽器真空建立之后，在隔離全部真空泵后計(jì)算凝汽器背壓平均上升值均滿足要求(≤0.4kPa/min)。

通過(guò)以上原因分析并針對(duì)性地逐一檢查，均未發(fā)現(xiàn)異常有明顯漏點(diǎn)。因此可以判斷負(fù)壓系統(tǒng)密封性相對(duì)較好，不是氧含量偏高的主要原因。

(二)凝結(jié)水過(guò)冷度大。凝結(jié)水的過(guò)冷度是指凝結(jié)水溫度和低壓缸排汽壓力對(duì)應(yīng)的水的飽和溫度之差，表征凝結(jié)水被過(guò)度冷卻的程度，用溫度表示形式為：

△tn=ts-tc

式中△tn——凝結(jié)水過(guò)冷度；

ts——凝汽器絕對(duì)壓力下的飽和溫度；

tc——凝汽器熱井中凝結(jié)水溫度。

凝結(jié)水過(guò)冷度太大，說(shuō)明被循環(huán)水帶走的熱量增加，除了使凝結(jié)水的氧含量增大，還會(huì)使凝結(jié)水回?zé)峒訜崴璧臒崃吭黾?，從而降低系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性。一般的凝汽器設(shè)計(jì)要求過(guò)冷度≤0.5℃[3]。根據(jù)道爾頓分壓定律，過(guò)冷度增加，即凝結(jié)水溫度太低，導(dǎo)致凝結(jié)水水面的蒸汽分壓力降低，氧氣和其他不凝氣體分壓力增加，導(dǎo)致冷凝水中的溶解氧增加。引起過(guò)冷度增加的原因包括凝汽器鈦管結(jié)構(gòu)不合理、凝汽器液位太高導(dǎo)致凝結(jié)水被過(guò)度冷卻、凝汽器漏入空氣、抽真空系統(tǒng)出力不足、循環(huán)水量過(guò)大或海水溫度太低、低壓缸排氣溫度太高等。

低壓缸排氣壓力即凝汽器絕對(duì)壓力，通過(guò)凝汽器絕對(duì)壓力對(duì)應(yīng)的水的飽和溫度以及凝結(jié)水溫度趨勢(shì)，計(jì)算凝汽器的過(guò)冷度，可以得出凝汽器的過(guò)冷度是否滿足設(shè)計(jì)要求，現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)收集了機(jī)組額定功率下的運(yùn)行數(shù)據(jù)得出，凝汽器的過(guò)冷度滿足設(shè)計(jì)要求(≤0.5℃)，過(guò)冷度不是影響氧含量高的主要原因。

(三)真空泵出力不足。真空泵出力不足直接影響氧氣和其他不凝結(jié)氣體的抽出效果。影響真空泵效率的因素主要有真空系統(tǒng)管道、閥門泄漏、冷卻水溫度、流量、吸入口壓力、吸入口混合物溫度和真空泵轉(zhuǎn)速等。其中最主要的是密封冷卻水溫度和吸入口壓力。影響設(shè)備冷卻水溫的因素又有海水溫度，板式熱交換器效率、閥門開(kāi)度變化影響(如板式熱交換器入口的海水與設(shè)備冷卻水側(cè)出水的溫差)等。通過(guò)切換真空泵的方法對(duì)比真空和氧含量變化分析得出，在設(shè)備冷卻水溫基本穩(wěn)定情況下，凝汽器的真空滿足真空泵技術(shù)規(guī)格書(shū)的要求(水溫26.8℃/真空7.7kPa(a))[4]，切換真空泵運(yùn)行對(duì)二回路氧含量變化影響很小。

(四)蒸汽發(fā)生器排污的取樣返回水含氧量高。蒸汽發(fā)生器排污水收集地坑是對(duì)空的，溶氧大約為8,000～10,000ppb左右，高溶氧的水通過(guò)排污管道進(jìn)入凝汽器背包。根據(jù)趨勢(shì)判斷，地坑取樣泵約每4h啟動(dòng)一次，啟動(dòng)期間凝結(jié)水泵出口氧含量大約上升4ppb，持續(xù)時(shí)間約1h，因此在功率運(yùn)行期間蒸汽發(fā)生器排污取樣返回水導(dǎo)致凝泵出口含氧量超出限值的時(shí)間貢獻(xiàn)約1/4。因此降低蒸汽發(fā)生器排污水收集地坑取樣返回水的氧含量對(duì)降低凝泵出口氧含量貢獻(xiàn)較大，

但排除蒸汽發(fā)生器排污取樣返回水影響，凝泵出口氧含量仍然較高達(dá)9.9ppb，還需排查其他原因。

(五)補(bǔ)水系統(tǒng)漏入。漏入凝汽器的含氧水主要是補(bǔ)水，主要有以下幾個(gè)方面。

1.補(bǔ)水閥內(nèi)漏。二回路系統(tǒng)正?；蚨嗷蛏倬行孤?，此部分泄漏通過(guò)補(bǔ)水閥根據(jù)凝汽器液位變化定期開(kāi)啟，補(bǔ)水進(jìn)入凝汽器A背包。大流量補(bǔ)水閥，在凝汽器充水和凝汽器大流量泄漏時(shí)補(bǔ)水。通過(guò)隔離大流量補(bǔ)水閥前后隔離閥以及旁路閥，發(fā)現(xiàn)氧含量基本無(wú)變化，排除大流量補(bǔ)水閥前后隔離閥泄漏的可能。

2.凝結(jié)水泵密封水漏入。凝結(jié)水泵的密封水分為兩部分，一部分為除鹽水提供，用于凝結(jié)水泵首次啟動(dòng)前，防止二回路水質(zhì)不合格導(dǎo)致密封損壞。另外一部分為泵出口母管提供，用于二回路水質(zhì)合格后時(shí)給泵提供密封水。若除鹽水供水管線閥門內(nèi)漏，壓力超過(guò)自密封水壓力，則有可能導(dǎo)致二回路氧含量高。現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)檢查自密封水壓力，均保持在正常范圍(0.15～0.45MPa)，且除鹽水密封水隔離。另外通過(guò)切換凝結(jié)水泵檢查均未發(fā)現(xiàn)氧含量有異常變化，排除除鹽密封水大量漏入可能。

(六)1、2號(hào)低加殼側(cè)積氣。1、2號(hào)低加為復(fù)合式加熱器，布置在凝汽器的喉部，其排氣系統(tǒng)用于收集并排除加熱器內(nèi)殼側(cè)的不凝結(jié)氣體，以保證加熱器的傳熱性能，排氣有兩種，啟動(dòng)排氣和運(yùn)行排氣，啟動(dòng)排氣排入大氣中，運(yùn)行排氣是連續(xù)的，每臺(tái)加熱器的不凝結(jié)氣體獨(dú)立排向凝汽器。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)比分析1、2號(hào)低加出口給水溫度以及疏水溫度比上個(gè)壽期都要小。將1、2號(hào)低加12個(gè)排氣閥分別打開(kāi)1～2圈后，凝泵出口氧含量由9.8ppb降到7.3ppb，三列低加出水溫度平均由88℃漲到92℃，三列低加疏水溫度平均由60℃漲到70℃。說(shuō)明在1、2號(hào)低加殼側(cè)頂部有不凝結(jié)氣體積聚無(wú)法排走，積氣影響低加抽汽加熱效率，影響低加出水溫度，降低二回路效率。

三、結(jié)論及建議

(一)將1、2號(hào)低加排氣閥開(kāi)度固化。通過(guò)以上分析，導(dǎo)致電廠大修后二回路氧含量高的原因?yàn)?、2號(hào)低加殼側(cè)有不凝結(jié)氣體積聚。采取措施為在機(jī)組啟動(dòng)階段在線時(shí)，將這些閥門開(kāi)度增加1～2圈開(kāi)度，確保機(jī)組運(yùn)行時(shí)低加殼側(cè)不凝結(jié)氣體能夠不斷排出。

(二)蒸汽發(fā)生器排污取樣返回水技改優(yōu)化。

1.降低排污泵流量。排污泵根據(jù)取樣水地坑液位間歇啟動(dòng)，泵出口壓力正常約1.5Mpa.a，額定流量為6.5m3/h，降低取樣泵流量，可以使取樣返回水進(jìn)入凝汽器后，小流量排污水在經(jīng)過(guò)多孔管噴流后，可以增大噴霧面積，保證氧氣及不凝結(jié)氣體溢出，降低水側(cè)氧含量。

2.調(diào)整取樣返回水至凝汽器位置。正常運(yùn)行時(shí)，取樣水排污管進(jìn)入凝汽器C側(cè)背包，凝汽器C背包與凝汽器熱阱相通。凝汽器水室底部位置為-7.419m，正常運(yùn)行凝汽器液位為860mm，對(duì)應(yīng)標(biāo)高為-6.559m。APG排污水進(jìn)入背包位置標(biāo)高為-5.49m，距離熱阱水位約1.069m，此部分水雖通過(guò)多孔管進(jìn)入，但1.069m的水程不足以導(dǎo)致排污水中的氧氣充分溢出。通過(guò)提高排污水進(jìn)入背包位置，保證含氧排污水在凝汽器背包下降過(guò)程中，有充分的時(shí)間保證氧氣析出，降低進(jìn)入熱阱的氧含量。

(三)優(yōu)化大修期間打壓項(xiàng)目。在凝汽器真空建立后，一般通過(guò)利用高精度的氦檢漏技術(shù)，對(duì)凝汽器負(fù)壓部分進(jìn)行氦檢，但氦檢成本較高。如在大修期間增加對(duì)二回路與凝汽器負(fù)壓相接的系統(tǒng)管線進(jìn)行打壓試驗(yàn)，則可以在正壓狀態(tài)下通過(guò)檢漏液等方式方便快捷檢查出微小漏點(diǎn)，減少啟機(jī)后查漏的人力、物力成本，進(jìn)一步提升凝汽器真空的嚴(yán)密性。