冷凝水回收箱補水原因分析及改進策略

□舒 田

冷凝水回水箱(8SVA001BA)補水是核島日常工作之一，有時約每天補一次，如果不及時補水電廠主控將常時出現8SVA002AA報警，液位降低可導致8KRT505MA的取樣泵(8KRT501PO)不可用，從而導致8KRT505MA不可用，8KRT505MA用于監測SVA系統冷凝水γ活動，以發現氣體分離裝置和蒸發器的熱交換器泄露-屏障監測，所以冷凝水回水箱(8SVA001BA)對核電廠的放射性監測起著至關重要的作用。但是為何補水次數如此頻繁，說法眾說紛紜，其中最多的一個說法就是冷凝水通過冷凝水泵(8SVA001/002PO)排至兩臺機組的常規島凝汽器。由于凝汽器中是負壓，每次在排水泵自動停運之后會出現虹吸，將冷凝水回水箱(8SVA001BA)中水吸入凝汽器，導致其液位持續下降。那虹吸是不是液位下降的真正原因呢，本文將探討這個問題。

一、冷凝水回水箱(8SVA001BA)相關系統及結構

(一)系統組成。

1.凝結水回路。一臺凝結水貯存箱001BA收集從核輔助廠房的脫氣器和蒸發器來的凝結水；除鹽水分配回路，可進行貯存箱的第一次充水和補水；放射性測量裝置，它在貯存箱的凝結水入口處進行測量；溢流管通過核島疏水排氣系統(RPE)與廢液處理系統(TEU)的各樓層疏水箱相連接；兩臺泵001PO和002PO，并聯布置(一臺泵運行，一臺泵備用)，它們將貯存箱001BA來的凝結水排入3.4號機汽輪機廠房內。

2.放射性測量回路。放射性測量回路(測量核輔助廠房內回收的凝結水的放射性)包括以下設備：一臺輸送泵放射性監測系統KRT501PO，它在箱體SVA001BA的入口處抽取凝結水樣，并將其送到放射性測量裝置；一臺熱交換器(由RRI回路供冷卻水)SVA001RF,它將凝結水樣冷卻至40℃；一臺放射性測量裝置KRT505MA;一條與REN系統相連接的管道，引入SED鹽水，保證回路沖洗；一臺流量計KRT501SD。

(二)系統布置。冷凝水箱(001BA):0M廠房(NB280)房間；冷凝水泵(SVA001PO-002PO):0M廠房(NB280)房間。

(三)冷凝水回水箱(8SVA001BA)凝結水來源。4號機組TEP除氣塔/蒸發器(4TEP001DZ/EV)、3號機組TEP除氣塔/蒸發器3TEP001DZ/EV、TEU蒸發器(8TEU001EV)冷凝水；輔助蒸汽分配系統(8SVA)供氣母管上的疏水器263、272、277PU疏水；來自輔助蒸汽分配系統(8SVA)供氣管線支線負荷前疏水器疏水；來自8KRT505MA取樣管線返回管線。

(四)冷凝水回水箱(8SVA001BA)凝結水去處。冷凝水泵(8SVA001、002PO)往凝汽器排水；冷凝水回水箱(8SVA001BA)底部疏水閥220VL閥門內漏；冷凝水回水箱(8SVA001BA)溢流管線跑水；冷凝水回水箱(8SVA001BA)排氣管線跑水。

二、冷凝水回水箱(8SVA001BA)液位降低的原因

由于來水支路比較多，對水位的上升下降判斷造成了一定的困難，但從排水情況分析，不外乎以下四種原因。

(一)冷凝水回水箱(8SVA001BA)底部疏水閥8SVA220VL關閉不嚴或內漏。如果220VL內漏，此閥門下游溫度將和001BA下部液體溫度差不多，由于001BA的溢流口與疏水閥下游連接在一起，從管線出口觀察目前是一直有水流出，且為連續水流，但實際下游出水溫度比較高，通過點溫儀發現高達83度左右，而溢流220VL上下游溫度大約在60度左右，同時閥門用F扳手無法再關緊，因此閥門內漏的可能很小，從溢流口出水的概率比較大。

(二)冷凝水回水箱(8SVA001BA)溢流管線跑水。從上一個原因可以判斷溢流管一直有水流出，從現場的布置來看，從KRT打出來的水進入溢流管的可能性還是很大的。但從點溫儀檢查管道表面的溫度發現溫度高達83度，如果是KRT返回水，水溫應該很低，因為已經經過RRI水冷卻，同時從廠家提供的設備圖紙可以看出，這兩個口的水平距離相差約175mm，因此從溢流管出來的水可能是蒸汽冷凝水。如果是蒸汽冷凝水，應該不會造成液位下降，理由是蒸汽來自外部。

(三)冷凝水回水箱(8SVA001BA)頂部排氣管線跑水。從現場的管線出口觀察，一直有水不斷地流出，而且水流成連續線狀，可能是001BA不停地蒸發排氣，造成液位下降。

冷凝水回水箱001BA水來自4號機組TEP除氣塔/蒸發器(4TEP001DZ/EV)、3號機組TEP除氣塔/蒸發器3TEP001DZ/EV、TEU蒸發器(8TEU001EV)冷凝水疏水溫度都是比較低的，經過設備冷卻水系統(RRI)冷卻，而且這些設備一般都不運行。來自其它母管上的疏水器的疏水溫度比較高，這些疏水從001BA頂部進入001BA。通過點溫儀發現排氣管溫度達到94度。因此排氣管的連續水流最有可能的原因是疏水器排氣溫度較高的蒸汽進入排氣管線后冷凝成液體，從而出現連續水流，但這個水理論上也不會造成001BA液位下降。理由是蒸汽來自001BA外部，而不是001BA內部液體產生。

(四)冷凝水回水箱(8SVA001BA)中的冷凝水通過8SVA001/002PO排水管線將水排至3/4號機的凝汽器。通過查找相關資料得出，虹吸的三個條件依次是管內先裝滿液體;出水口比上容器的水面必須低;管的最高點距上容器的水面高度不得高于大氣壓支持的水柱高度。每次出現低低液位，必然排水泵啟動過，每次在排水泵自動停運之后是不是出現了虹吸呢，SVA001BA處于0m，而凝汽器在0m以下，雖然在排水管上設置了倒U型管，但倒U型管的高度只有9米[水封高17m(從常規島負一樓起)到001BA離地面約1米-7m(0米)=9m]左右，根據查找相關資料，虹吸管最大真空高度一般不超過8.5m，那么計算的這個9m由于計算出現的誤差性，剛好在破壞虹吸的臨界值附近，所以會不會發生虹吸還要通過具體計算來確定。

(五)驗證與分析四個原因。為了驗證原因四的正確性，2016年11月9日中班，001BA出現低低水位報警后，現場開閥補水至600mm后(平時將水補到600mm消低報警后，約1小時后即出現500mm低低報警)，經主控同意，關閉了凝結水泵(001、002PO)出口閥，同時將三廢各蒸發器和除氣塔的疏水氣動調節閥至手動關閉位置，從而最大限度減少來水量。經過約6小時的觀察，發現液位沒有下降，反而升高到750mm。因此可以斷定水從泵排水管線流走量非常大。

冷凝水回水箱(8SVA001BA)容積為6立方，600mm下降到500mm，下降100mm，約需要1小時，這個高度差不多處于罐子的中下處，從已知的參數可以估算出3m*1m*0.1m等于300L，也就是說一小時至少跑了300L水(忽略來水)，從原因一加原因三觀察看出，明顯一小時跑水量達不到300L這么大的量。那么這會不會是虹吸造成的呢，如果發生虹吸。

其中p1代表8SVA001BA處大氣壓因罐子截面面積遠遠大于虹吸管截面，所以v1為零，p2代表凝汽器壓力，這里取7kpa，l代表凝汽器與冷凝水回水箱(8SVA001BA)所處高度差,從現場實際布置目測大概是距離地面5m左右，帶入公式，計算得出v=17m/s左右，即使考慮管道流阻，取v=2.2m/s，帶入公式計算一小時罐子的流量得出πr2vt=22m3,(查閱相關管道布置圖得知r=0.03m，t=3,600s)遠遠大于3,00l，所以不可能是虹吸，那么這3,00l水到底去哪里了呢。

查閱資料得知，核電廠的凝汽器的負壓值在5.39～11.8kpa，該值對應的水飽和溫度范圍為34～49℃之間，而排水管道中的水溫應該在50℃左右(通過水箱外部點溫儀測量的溫度在60℃左右)。所以8SVA001/002PO排放到低液位停止之后，下游管道內的水溫高于凝汽器負壓下的飽和水溫，會逐漸汽化，進入凝汽器，造成冷凝水回水箱(8SVA001BA)液位的緩慢下降。

通過對比發現，冬天里一周的報警次數都大于夏天里一個月的報警次數，原因是夏天凝汽器的真空壓力明顯高于冬天的凝汽器真空壓力，這就造成了管道里夏天的飽和水溫度明顯高于冬天的飽和水溫度，也就說明相同的溫度來水，冬天更容易發生汽化，所以液位下降也就更明顯。這個結果更加驗證了冷凝水回水箱(8SVA001BA)水位下降是由于管道內水汽化的結果，而不是虹吸。

三、改進措施

通過上述計算得知造成液位下降的真實原因不是虹吸，沒有必要再增加U型管的高度來破壞虹吸。為了防止液位降低，可以在凝結水泵(8SVA001/002PO)設置氣動隔離閥，引入控制信號與凝結水泵(8SVA001/002PO)，當任意一臺凝結水泵啟動，閥門開，反之，當兩臺凝結水泵都停運，閥門關閉，從而有效阻止通過冷凝水泵下游管線氣化造成冷凝水箱液位降低。

四、結語

凝結水泵(8SVA001/002PO)排放到低液位停止之后，通過計算分析得出目前的U型管高度滿足破壞虹吸要求，不會發生虹吸，造成液位下降的真實原因是凝結水泵下游管道內的水溫高于凝汽器負壓下的飽和水溫，會逐漸汽化，進入凝汽器，造成冷凝水回水箱(8SVA001BA)液位的緩慢下降。