核電站凝汽器檢漏裝置及其異常情況的分析

張振宇,張 巍, 劉新福,張 毅,何 慶 ,張利鋒,龐振華,況常委

(1.中核核電運行管理有限公司 浙江 嘉興 314300;2.萬納神核控股集團有限公司 浙江 嘉興 314300)

0 前 言

凝汽器是核能發電中的重要設備，其作用是降低排汽壓力、提高蒸汽動力循環效率以及將排汽冷凝為凝結水。核電站凝汽器中的冷凝管一般采用鈦管，管腔和凝汽器內腔密封隔離，循環冷卻水由管道內通過，當蒸汽進入凝汽器內腔時，兩者通過鈦管表面進行熱交換，使蒸汽冷凝成凝結水。由于蒸汽凝結成水時體積驟然縮小，所以凝汽器內部形成真空，絕對壓力一般在0.003 4～0.006 0 MPa之間。[1]而循環冷卻水在一定正壓力下運行，因此，所謂凝汽器泄漏，就是循環冷卻水向凝結水側泄漏，導致凝結水水質超出化學技術規范限值，引發蒸汽發生器二次側水質惡化，對機組正常穩定運行造成重大影響，嚴重情況下甚至會導致停機停堆。凝汽器檢漏裝置是凝汽器的“眼睛”，其設計的目的就是通過檢漏裝置上的化學儀表實時監測并快速判斷凝汽器設備是否存在循環水泄漏。

1 凝汽器檢漏裝置的介紹

1.1 凝汽器檢漏的原理

核電站凝汽器中的冷凝管一般采用鈦管，管側和凝汽器汽側隔離，熱力系統中做完功的汽輪機排汽在凝汽器內通過循環冷卻水的冷卻而凝結成凝結水，[1]凝汽器為表面式冷卻器，循環冷卻水有可能從管側向汽側發生泄漏，其泄漏點一般發生在循環冷卻水進出口端的冷卻管或冷卻管本體。凝汽器熱井的冷凝水是凝結水，水質中的鈉離子達到μg/kg級別，而冷卻水的水源是海水或江河水，水質較差。一旦冷卻水漏入凝結水，會使凝結水水質惡化導致鈉離子、陽電導率等升高，直接影響蒸汽發生器等二回路系統設備水質。檢漏裝置的工作原理是通過真空泵從凝汽器各取樣點分別抽取樣水，根據在線陽電導表或在線鈉表達到的報警設定值判定凝汽器是否泄漏，另外通過切換取樣點來判斷具體泄漏位置。

以某百萬核電機組凝汽器為例：在凝汽器管束的下方布置了集水盤，在每個集水盤(冷卻管側)設置1個取樣點；在前后端管板的下部都有集水槽，用于前后端管板(循環水進水側與循環水出水側)的泄漏取樣，每塊端管板設置1個取樣點，1套檢漏取樣裝置共接3個取樣點，用于1組管束取樣，如圖1所示。

圖1 某百萬核電機組凝汽器檢漏取樣點示意圖[2]

1.2 凝汽器檢漏裝置的組成

為監測凝汽器的泄漏，對每臺機組配備凝汽器A汽機側檢漏裝置、凝汽器A電機側檢漏裝置、凝汽器B汽機側檢漏裝置、凝汽器B電機側檢漏裝置(詳見圖2～5)，共4套檢漏裝置。每套凝汽器檢漏裝置由檢漏架和儀表架兩部分組成。凝汽器每一側分循環水進水側、冷卻管側、循環水出水側3個監測點，因而兩臺凝汽器共設有監測點12個，通過4臺取樣泵分別將凝汽器不同部位樣水吸出，送往儀表架進行化學監測和人工化學取樣分析，通過鈉離子濃度或陽電導率來監測凝汽器的泄漏部位(圖6)。

圖2 凝汽器A汽機側檢漏裝置系統圖

圖3 凝汽器A側電機側檢漏裝置系統圖

圖4 凝汽器B汽機側檢漏裝置系統圖

圖5 凝汽器B電機側檢漏裝置系統圖

圖6 凝汽器檢漏裝置報警位置圖

1.3 凝汽器檢漏報警信號判斷

電源模塊(圖7)的作用是給凝汽器報警信號：真空泵過載、樣水液位過低、電導表超載、鈉表高報模塊分配電源。

圖7 凝汽器檢漏裝置電源模塊

以某百萬核電凝汽器檢漏裝置為例，對凝汽器檢漏報警信號進行分析。凝汽器檢漏架觀察4個報警模塊(電導表超載、真空泵過載、樣水液位過低、鈉表高報)報警(以1#機組凝汽器B電機側檢漏架為例)。

電導表超載燈亮： 切換到備用樹脂觀察其電導率是否呈陽性且偏高，如備用樹脂陽電導率也偏高，再檢測凝泵出口母管陽電導率是否偏高，如果偏高要分別隔離循環水進水側取樣管、循環水出水側取樣管、冷卻管側下方取樣管觀察哪一路陽電導率高，并結合凝汽器檢漏在線鈉表數據來判斷泄漏點。

真空泵過載燈亮：檢查凝汽器B電機側檢漏架柜門內監流器是否充滿水，取樣泵是否正常運行，如發現凝汽器檢漏裝置信號缺失，則為真空泵缺陷。

樣水液位過低燈亮：凝汽器B電機側檢漏架的光電液位開關錯誤發出低液位信號，導致取樣泵停止，實際液位高(檢查監流器是否充滿水)顯示液位低報警。

鈉表高報燈亮：查看檢漏裝置鈉表在線讀數是否大于1 μg/kg(限值≤1 μg/kg)：

①檢查鈉表瓶里堿化劑是否缺失引起。

②查看凝結水母管在線鈉表讀數是否正常，例如0.04 μg/kg (限值≤0.5 μg/kg)正常，則可排除凝汽器泄漏，是凝汽器檢漏光電液位開關發出低液位信號，導致取樣泵停止樣水斷流引起鈉表讀數偏高。

③循環水泄漏：切換循環水進水側或循環水出水側或冷卻管側其中一路取樣點來水運行；關閉其他兩路來水一二次側閥門，記錄循環水進水側或循環水出水側或冷卻管側一路來水在線鈉表讀數來判斷哪一側泄漏。

2 使用過程中出現的異常

以某百萬核電凝汽器檢漏裝置出現的異常為例。2021年7月29日，1#凝汽器B電機側檢漏裝置錄波器記錄波形圖，如圖8所示。電源模塊首先出現故障造成凝汽器檢漏光電液位開關發出低液位信號，導致取樣泵停止樣水斷流引起鈉表讀數偏高。

圖8 錄波器監測1#凝汽器B電機側波形圖

數字電廠實時監測1#凝汽器B電機側檢漏裝置鈉表大于1 μg/kg的高報警(如圖9)，原因是電源模塊故障使光電液位開關發出低液位信號取樣泵停運樣水斷流引起。

圖9 數字電廠實時監測1#凝汽器B電機側鈉離子濃度

2021年9月3日，2#凝汽器A電機側檢漏裝置錄波器記錄波形圖只有光電液位開關動作，電源電壓穩定，可以判斷電源模塊未出現故障是光電液位開關故障發出低液位信號，導致取樣泵停止樣水斷流引起鈉表讀數偏高(圖10)。

圖10 錄波器監測2#凝汽器A電機側波形圖

數字電廠實時監測2#凝汽器A電機側檢漏裝置鈉表大于1 μg/kg的高報警(圖11)，原因是光電液位開關發出低液位信號取樣泵停運樣水斷流引起。

圖11 數字電廠實時監測2#凝汽器A電機側鈉離子濃度

某百萬核電凝汽器檢漏裝置液位開關使用BJ01D型號光電開關，該開關使用紅外線探測，利用光線折射及反射原理，光線在兩種不同介質的分界面將產生反射或折射現象。當被測液體處于高位時被測液體與光電開關形成一種分界面，當被測液體處于低位時，則空氣與光電開關形成另一種分界面，這兩種分界面使光電開關內部光接受晶體所接受的反射光強度不同，既對應兩種不同的開關狀態。這樣的作用原理要求光束探頭清潔度非常高，水中微細小的氣泡、流量波動均會影響該探頭的使用，易造成探頭損壞。按每個季度預維一次的頻度清洗一次液位開關，故障還是時有發生。統計1#/2#號機組SIT系統凝汽器檢漏架光電液位開關從2015年至2021年10月已出現34次故障，平均1個半月到3個月出現一次故障。

3 改進措施及方法

針對電源模塊與光電液位開關故障造成異常報警現象，電源模塊可以通過技改變更；光電液位開關通過技改換型等手段減少異常報警，從而保障檢漏裝置的正常實時監測。方法如下：

對開關電源模塊增加繼電器延時保護或者增加雙電源，避免短時間電壓波動觸發報警信號。

振動音叉開關是成熟的液位測量產品，廣泛使用于自來水、礦泉水、啤酒、廢水等液體介質的液位定值測量。音叉開關的工作原理是通過安裝在基座上的一對壓電晶體使音叉在一定共振頻率下振動。當音叉與被測介質相接觸時，音叉頻率和振幅的改變，這些變化由智能電路來進行檢測，處理并將之轉換為一個開關信號，達到液位報警或控制的目的。優點：振動音叉開關能不受流量、氣泡、振動等液體特性的影響，并且不需要校準安裝方便免維護，故障率低，音叉開關可以不受凝汽器檢漏裝置樣水中的微細小氣泡、流量波動的影響。

4 結 論

通過錄波器對凝汽器檢漏裝置實時波形圖記錄分析的結果來看，改用穩定性好的振動音叉開關與電源模塊增加保護等手段可有效減少凝汽器“假報警”現象，從而保障檢漏裝置的正常實時監測。