核電站海水系統加氯框堵塞故障分析與改進措施

張亞州，趙明程

（1.中國能源建設集團江蘇省電建第三工程有限公司卡拉奇K2/K3 核電項目部，江蘇鎮江 212000；2.北京卓眾出版有限公司，北京 100083）

0 引言

加氯框是核電廠聯合泵房取水的重要設備，主要功能是抑制和殺死進水渠道的貝類、水母等海洋生物。如果加氯框失去作用，就會使核電廠重要廠用水系統（WES）管道內滋生海洋生物物，系統管道無法正常運轉，導致核島失去大部分的熱阱，也就是說核島和常規島設備運行所產生的熱量，大部分都無法及時排出，將導致大部分轉動設備無法繼續工作，迫使機組停堆。

加氯框是一種能夠持續投加次氯酸鈉（NaClO）溶液的設備。現場使用中發現，加氯框內的加藥噴口存在堵塞的風險，加藥噴口堵塞后藥液從加藥漏斗內溢出，加藥量達不到預期標準，從而降低了進水口浮游生物的抑制效果。分析加氯框堵塞的原因，并采取有針對性的措施，提高加氯框的工作質量，同時改善加藥量減少和加藥點不均勻的情況，減少管道內海洋生物的存在，減少大修期間維修部門的工作量。

1 故障現象

華龍一號海外機組聯合泵房加氯框材料為316L，設置38 個加氯噴口，孔徑為5 mm，加氯管材質為UPVC，加藥管主管徑110 mm，壁厚5 mm，生產廠商為南京某自動化設備有限公司。2021 年8 月，現場發現在上游來藥量正常的情況下，加藥漏斗內有藥液溢出，隨后檢查發現兩套加氯框加藥管堵塞（圖1），加氯框實際工作效果下降，需要檢修處理。

圖1 加氯框堵塞

2 故障后果例舉

（1）2006 年5 月，UIchin 電廠1 號、2 號機組滿功率運行中，大量蝦群侵入電廠取水口，鼓形濾網兩側差壓高導致循環泵跳閘，隨著循泵跳閘冷凝器真空迅速降低，導致兩機組停堆。

（2）2014 年12 月，某核電站配合BAS55A 列試驗，發現1SEC001/004PO 運行過程中頻繁閃發1SEC702/703KA，泵出口壓力緩慢上升，打開貝類捕集器，發現大量藻類堆積，進而檢查取水明渠，發現大量棕囊藻將貝類捕集器堵塞。

（3）2015 年8 月，國內某電廠3 號機組因海生物涌入鼓網，導致循環水過濾系統3CFIB 列鼓網出現壓差高信號，導致B 列循環水泵停運，機組手動降功率，之后鼓網壓差快速上漲，A 列循泵也停運，從而導致反應堆緊急停堆。

這類事件的結果基本上是直接導致反應堆停堆，反應堆停堆所造成的損失巨大，華龍一號K2、K3 機組反應堆停堆一天少發的電量保守估值2000 萬元人民幣。因此保證加氯框的正常運行是WES 系統正常運轉的關鍵環節。

3 故障分析

3.1 上游藥液混合不均勻

由于加氯框深入水下，加藥量減少往往不能直接觀測到，當堵塞情況較為嚴重導致加藥溢出時才能被察覺。經現場檢查發現，上游來藥時藥液混合不均勻，存在細小未溶解顆粒，加之加藥系統是利用高差產生的壓力差來進行藥液噴灑，因此管道內部壓力不大。當下方加藥噴口出現部分堵塞后，主管道內部未溶解的顆粒逐步累積增多，就會導致加藥管主管道堵塞。

3.2 加氯框設計問題

加氯框采用下噴口設計，當管道內有未溶解的顆粒時，下噴口設計往往更容易造成堵塞。加氯框主管口截面積78.5 cm2，而下方38 個噴口截面積7.45 cm2，差距較大，使上游來藥在加藥漏斗內處于靜置的時間較長，使本就混合不充分的藥液出現沉淀。加氯框本身未考慮出現堵塞后的疏通設計，因此在堵塞后只能將加氯框從入水口取出，管道逐段切開沖洗，耗時耗力。

3.3 日常維護不充分

加氯框日常使用中暴露在外部空氣中，隨著使用時間的延長，積累的沙石灰塵隨著加藥漏斗上端的大開口進入加藥管道內部，日常維護不細致，未發現加氯框出現堵塞的情況，因此應定期檢查加藥漏斗內的下藥情況，定期檢查上游來藥品質，定期進行加氯框管道的清理維護。

4 故障處理及改進措施

4.1 控制上游來藥的品質

核電站子項制氯站的功能通過電解鹽水生產次氯酸鈉溶液，經過循環水處理系統向海水循環水和重要廠用水系統的管路投加[1]。通過對上游來藥的品質進行控制，上游制氯站生產NaClO 溶液時應確保內部難溶物比例小于一定比例來作為生產指標之一，確保上游來藥的品質，確保NaClO 的充分溶解。上游來藥的難溶物越少、溶解越充分，后期維護的頻率就越低。核電站各子項的完工要求都是環環相扣的，只有各環節的精益求精，才能使整個系統順利運行。

4.2 現場修改原設備部分結構尺寸

現場拆除原加藥漏斗下方管道，分段清理管道內堵塞物，拆除原加氯框UPVC 管道進行清理，將管道噴水口直徑擴大至10 mm，增加管道噴藥口數量，確保藥物的均勻噴灑。但這些措施只能治標不能治本，如上游來藥的品質不進行控制，或長時間投用以后，下方管道仍然會出現堵塞。

4.3 加強操作人員的技能培訓

加氯框作為一個長期使用且不可或缺的設備，其正常運轉對核電站的正常運行起著關鍵作用，因此對維護人員的基礎技能培訓至關重要。對人員因不懂或失誤未發現加氯框來藥量減少的情況進行管理。操作人員定期檢測加藥量的速率可以有效判斷加氯框是否需要撈出清理，避免加氯框失效后才發現。當加氯框失效時，如遇到浮游生物大面積侵入則會導致后方鼓網壓力驟增，進水量減少，迫使機組降功率運行甚至停機。因此泵房操作人員應具有一定的預防和處理緊急情況的技能。

4.4 改進加氯框部分設計（圖2）

圖2 加氯框設計改進

（1）改進后的加氯框架裝有相互連通的加藥管，加藥管上設有相互連通的加藥噴嘴，水平管道采用上噴口設計（原設計是下噴口設計），減少管口因上游雜質以及未溶解的次氯酸鈉（或其他藥物）造成噴口堵塞，且經過加氯框壁的反射后，藥物濺射面更大，加氯時噴灑更均勻。

（2）由于下方管道壓強大于上方管道，下方噴射流速大于上方噴射流速，上方噴液后溶質受到自身重力影響會持續下沉，因此下方噴口數量設計少于上方噴口數（原設計上下噴口數量相同），使溶液均勻分布在海水中。

（3）根據設計加氯量來設置主管徑截面積和加藥口數量，確保加藥量在需要的范圍內可控（原設計主管徑和噴藥口截面積差距過大，使上游來藥在加藥漏斗內靜置沉淀）。上方加藥漏斗內排藥口設置浮球，漏斗內溶液一滿自動停止，避免溶液溢出。

（4）設置PVC 管道終端活動堵頭和喇叭口儲污倉（原設計無），定期使用抓斗抽出加氯框打開活動堵頭，通入清水沖洗清理，降低由于噴藥口堵塞帶來的維護成本，改善了加氯框在使用過程中由于噴口堵塞導致的加藥量減少，以及藥點不均勻的情況，有效減少了海洋生物的存在，減少大修期間維護部門的工作量。

5 結語

加氯框是聯合泵房取水口的重要設備，也是整個核電場發電的重要環節，因此保證加氯框穩定地發揮作用才能實現核電廠的正常運轉。加氯框常見的問題之一就是加藥噴口堵塞，作為近十多年剛出現的設備，由于應用面狹窄，此類設備的優化改進還不夠多，因此分析加氯框出現堵塞故障的原因并提出解決措施對核電站的正常運行具有十分重要的意義。在實際工作過程中，要根據現場實際不斷優化加氯框的設計，尤其要重視過程維護交底。一旦出現部分堵塞要及時處理，不能等到加氯框完全失效后去處理。只有前面取水口抑制了浮游生物的入侵，才能減少后方鼓網或旋轉濾網的壓力。另外要增加智能設備的使用，實時監測泵房通過的循環水管道內部水的含氯量，低于一定值時就要開始檢修維護，避免憑借經驗和定期檢修維護的不穩定性。在設備的使用過程中要建立全方位的預防、維護與檢修系統，確保WES 系統的穩定運行，從而保證核電站高效安全運行。