核电站凝汽器检漏装置及其异常情况的分析

时间：2024-08-31

张振宇,张巍, 刘新福,张毅,何庆 ,张利锋,庞振华,况常委

(1.中核核电运行管理有限公司浙江嘉兴 314300;2.万纳神核控股集团有限公司浙江嘉兴 314300)

0 前言

凝汽器是核能发电中的重要设备，其作用是降低排汽压力、提高蒸汽动力循环效率以及将排汽冷凝为凝结水。核电站凝汽器中的冷凝管一般采用钛管，管腔和凝汽器内腔密封隔离，循环冷却水由管道内通过，当蒸汽进入凝汽器内腔时，两者通过钛管表面进行热交换，使蒸汽冷凝成凝结水。由于蒸汽凝结成水时体积骤然缩小，所以凝汽器内部形成真空，绝对压力一般在0.003 4～0.006 0 MPa之间。[1]而循环冷却水在一定正压力下运行，因此，所谓凝汽器泄漏，就是循环冷却水向凝结水侧泄漏，导致凝结水水质超出化学技术规范限值，引发蒸汽发生器二次侧水质恶化，对机组正常稳定运行造成重大影响，严重情况下甚至会导致停机停堆。凝汽器检漏装置是凝汽器的“眼睛”，其设计的目的就是通过检漏装置上的化学仪表实时监测并快速判断凝汽器设备是否存在循环水泄漏。

1 凝汽器检漏装置的介绍

1.1 凝汽器检漏的原理

核电站凝汽器中的冷凝管一般采用钛管，管侧和凝汽器汽侧隔离，热力系统中做完功的汽轮机排汽在凝汽器内通过循环冷却水的冷却而凝结成凝结水，[1]凝汽器为表面式冷却器，循环冷却水有可能从管侧向汽侧发生泄漏，其泄漏点一般发生在循环冷却水进出口端的冷却管或冷却管本体。凝汽器热井的冷凝水是凝结水，水质中的钠离子达到μg/kg级别，而冷却水的水源是海水或江河水，水质较差。一旦冷却水漏入凝结水，会使凝结水水质恶化导致钠离子、阳电导率等升高，直接影响蒸汽发生器等二回路系统设备水质。检漏装置的工作原理是通过真空泵从凝汽器各取样点分别抽取样水，根据在线阳电导表或在线钠表达到的报警设定值判定凝汽器是否泄漏，另外通过切换取样点来判断具体泄漏位置。

以某百万核电机组凝汽器为例：在凝汽器管束的下方布置了集水盘，在每个集水盘(冷却管侧)设置1个取样点；在前后端管板的下部都有集水槽，用于前后端管板(循环水进水侧与循环水出水侧)的泄漏取样，每块端管板设置1个取样点，1套检漏取样装置共接3个取样点，用于1组管束取样，如图1所示。

图1 某百万核电机组凝汽器检漏取样点示意图[2]

1.2 凝汽器检漏装置的组成

为监测凝汽器的泄漏，对每台机组配备凝汽器A汽机侧检漏装置、凝汽器A电机侧检漏装置、凝汽器B汽机侧检漏装置、凝汽器B电机侧检漏装置(详见图2～5)，共4套检漏装置。每套凝汽器检漏装置由检漏架和仪表架两部分组成。凝汽器每一侧分循环水进水侧、冷却管侧、循环水出水侧3个监测点，因而两台凝汽器共设有监测点12个，通过4台取样泵分别将凝汽器不同部位样水吸出，送往仪表架进行化学监测和人工化学取样分析，通过钠离子浓度或阳电导率来监测凝汽器的泄漏部位(图6)。

图2 凝汽器A汽机侧检漏装置系统图

图3 凝汽器A侧电机侧检漏装置系统图

图4 凝汽器B汽机侧检漏装置系统图

图5 凝汽器B电机侧检漏装置系统图

图6 凝汽器检漏装置报警位置图

1.3 凝汽器检漏报警信号判断

电源模块(图7)的作用是给凝汽器报警信号：真空泵过载、样水液位过低、电导表超载、钠表高报模块分配电源。

图7 凝汽器检漏装置电源模块

以某百万核电凝汽器检漏装置为例，对凝汽器检漏报警信号进行分析。凝汽器检漏架观察4个报警模块(电导表超载、真空泵过载、样水液位过低、钠表高报)报警(以1#机组凝汽器B电机侧检漏架为例)。

电导表超载灯亮：切换到备用树脂观察其电导率是否呈阳性且偏高，如备用树脂阳电导率也偏高，再检测凝泵出口母管阳电导率是否偏高，如果偏高要分别隔离循环水进水侧取样管、循环水出水侧取样管、冷却管侧下方取样管观察哪一路阳电导率高，并结合凝汽器检漏在线钠表数据来判断泄漏点。

真空泵过载灯亮：检查凝汽器B电机侧检漏架柜门内监流器是否充满水，取样泵是否正常运行，如发现凝汽器检漏装置信号缺失，则为真空泵缺陷。

样水液位过低灯亮：凝汽器B电机侧检漏架的光电液位开关错误发出低液位信号，导致取样泵停止，实际液位高(检查监流器是否充满水)显示液位低报警。

钠表高报灯亮：查看检漏装置钠表在线读数是否大于1 μg/kg(限值≤1 μg/kg)：

①检查钠表瓶里碱化剂是否缺失引起。

②查看凝结水母管在线钠表读数是否正常，例如0.04 μg/kg (限值≤0.5 μg/kg)正常，则可排除凝汽器泄漏，是凝汽器检漏光电液位开关发出低液位信号，导致取样泵停止样水断流引起钠表读数偏高。

③循环水泄漏：切换循环水进水侧或循环水出水侧或冷却管侧其中一路取样点来水运行；关闭其他两路来水一二次侧阀门，记录循环水进水侧或循环水出水侧或冷却管侧一路来水在线钠表读数来判断哪一侧泄漏。

2 使用过程中出现的异常

以某百万核电凝汽器检漏装置出现的异常为例。2021年7月29日，1#凝汽器B电机侧检漏装置录波器记录波形图，如图8所示。电源模块首先出现故障造成凝汽器检漏光电液位开关发出低液位信号，导致取样泵停止样水断流引起钠表读数偏高。

图8 录波器监测1#凝汽器B电机侧波形图

数字电厂实时监测1#凝汽器B电机侧检漏装置钠表大于1 μg/kg的高报警(如图9)，原因是电源模块故障使光电液位开关发出低液位信号取样泵停运样水断流引起。

图9 数字电厂实时监测1#凝汽器B电机侧钠离子浓度

2021年9月3日，2#凝汽器A电机侧检漏装置录波器记录波形图只有光电液位开关动作，电源电压稳定，可以判断电源模块未出现故障是光电液位开关故障发出低液位信号，导致取样泵停止样水断流引起钠表读数偏高(图10)。

图10 录波器监测2#凝汽器A电机侧波形图

数字电厂实时监测2#凝汽器A电机侧检漏装置钠表大于1 μg/kg的高报警(图11)，原因是光电液位开关发出低液位信号取样泵停运样水断流引起。

图11 数字电厂实时监测2#凝汽器A电机侧钠离子浓度

某百万核电凝汽器检漏装置液位开关使用BJ01D型号光电开关，该开关使用红外线探测，利用光线折射及反射原理，光线在两种不同介质的分界面将产生反射或折射现象。当被测液体处于高位时被测液体与光电开关形成一种分界面，当被测液体处于低位时，则空气与光电开关形成另一种分界面，这两种分界面使光电开关内部光接受晶体所接受的反射光强度不同，既对应两种不同的开关状态。这样的作用原理要求光束探头清洁度非常高，水中微细小的气泡、流量波动均会影响该探头的使用，易造成探头损坏。按每个季度预维一次的频度清洗一次液位开关，故障还是时有发生。统计1#/2#号机组SIT系统凝汽器检漏架光电液位开关从2015年至2021年10月已出现34次故障，平均1个半月到3个月出现一次故障。

3 改进措施及方法

针对电源模块与光电液位开关故障造成异常报警现象，电源模块可以通过技改变更；光电液位开关通过技改换型等手段减少异常报警，从而保障检漏装置的正常实时监测。方法如下：

对开关电源模块增加继电器延时保护或者增加双电源，避免短时间电压波动触发报警信号。

振动音叉开关是成熟的液位测量产品，广泛使用于自来水、矿泉水、啤酒、废水等液体介质的液位定值测量。音叉开关的工作原理是通过安装在基座上的一对压电晶体使音叉在一定共振频率下振动。当音叉与被测介质相接触时，音叉频率和振幅的改变，这些变化由智能电路来进行检测，处理并将之转换为一个开关信号，达到液位报警或控制的目的。优点：振动音叉开关能不受流量、气泡、振动等液体特性的影响，并且不需要校准安装方便免维护，故障率低，音叉开关可以不受凝汽器检漏装置样水中的微细小气泡、流量波动的影响。