凝汽器海水泄漏影響及應對優化

盧葉艇，秦建華

(中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300)

目前，國內的核電廠都建造在海邊，一般都使用海水作為冷源來冷卻凝汽器。由于海水中顆粒物的沖刷，海生物的生長等原因，基本各個核電廠都曾發生過凝汽器的泄漏，凝汽器鈦管泄漏會對二回路水質產生污染。凝汽器泄漏發生時，根據凝汽器泄漏導致的SG水質變化情況，可能使機組降功率，甚至停機，2000年以來某電廠由于凝汽器泄漏導致過3次降功率，1次停機的事件。

在沒有干預的情況下，凝汽器海水泄漏進入二回路的雜質會最終進入SG，雜質會在SG內發生濃縮、隱藏。在傳熱管-管板(支撐板)縫隙下的雜質離子濃縮倍率可高達到108倍，增加了SG傳熱管腐蝕破損的風險[1,2]。

為了降低凝汽器海水泄漏的影響，需要對凝汽器取樣點的代表性，海水泄漏的監測以及應對行動進行評估和優化。

1 凝汽器海水泄漏量與排污水質之間關系

1.1 凝汽器海水泄漏率的計算

凝汽器的泄漏率計算公式如下：

LRCT=FRCW·(C1/C2)

(1)

式中，LRCT：泄漏率，kg/h；

FRCW：凝結水流量，kg/h;

C1：凝結水鈉離子，μg/kg;

C2：海水中鈉離子，μg/kg。

當凝汽器發生泄漏的時候，可以根據以上的公式計算出凝汽器的海水泄漏率。

1.2 凝汽器海水泄漏后SG內雜質離子計算

根據SG內鹽量增加的計算，即SG內增加鹽量 =流入鹽量-流出鹽量。經過推導，可得出蒸發器某雜質濃度與時間的關系式：

C(t)=C(0)·EXP(-F2·t/V)+

[1-EXP(-F2·t/V)]·(F1·C1/F2)

(2)

式中，F1：給水流量，kg/s；

C1：某雜質離子在給水中的濃度，μg/kg；

F2：排污流量，kg/s；

V：蒸汽發生器的裝量，kg；

C(0)：蒸發器原始雜質離子濃度；

C(t)：蒸發器某時段雜質離子濃度。

1.3 蒸汽發生器水質在凝汽器海水泄漏后的變化情況

根據秦山地區海水中鈉離子濃度，某電廠機組二回路設計參數，在SG排污量維持在給水流量1.0%，精處理未投運和凝汽器泄漏量不變的情況下，根據公式(2)計算得出凝汽器發生5 kg/h的海水泄漏后，鈉離子濃度在排污水中的變化趨勢(圖1)。從圖中可以看出，在泄漏初期，SG中鈉離子濃度以爬陡坡的形式快速上升，24 h以后趨于平滑，為了降低凝汽器泄漏時對SG的影響，需要在凝汽器泄漏發生時第一時間響應，投運精處理系統隔斷海水進入SG，以確保二回路的水質控制以及機組的經濟穩定運行。

圖1 海水泄漏5 kg/h時SG鈉離子濃度在凝汽器海水泄漏后的變化趨勢Fig.1 The variation trend of the SG sodium ion concentration after seawater leakage from the condenser when seawater leakage is 5 kg/h

2 排污水質對機組的影響

某核電廠規定了正常功率運行期間蒸汽發生器水質的運行限制要求，見圖2正常功率運行期間SG排污水鈉與陽電導率區域圖。

圖2 二回路熱力系統——SG排污水鈉與陽電導率區域圖Fig.2 The secondary loop thermal system-area map of sodium and anodic conductivity of SG sewage

從SG鈉離子濃度在凝汽器海水泄漏后的變化趨勢圖中可以看出，凝汽器海水泄漏量為0.5 kg/h時，泄漏350 min左右時到達3區。凝汽器海水泄漏量為5 kg/h時，40 min左右進入3區，150 min左右進入4區，進入4區后機組將開始降功率。凝汽器海水泄漏量為10 kg/h時，22 min左右進入3區，80 min左右進入4區，550 min左右進入5區，進入5區機組將立即停堆。由此可見凝汽器泄漏發生較大的泄漏時，SG鈉離子進入3區、4區的時間是很短的，所以第一時間投運精處理系統隔斷污染的二回路水進入SG是很必要的。

3 凝汽器泄漏監測系統

3.1 凝汽器熱阱取樣點的布置

由于凝汽器泄漏監測系統的水源來自凝汽器取樣系統，凝汽器取樣的代表性嚴重影響對海水泄漏的監測。

3.1.1 1、2號機組凝汽器取樣布置

1、2號機組共有3列凝汽器，每個凝汽器分a/b兩側，從圖3中可以看出熱井取樣管線水中布置在凝汽器的前側和后側(即對應凝汽器海水冷卻的入口和出口)。這個布置只能對凝汽器前后側的水質進行檢測，如中部發生泄漏，凝汽器熱井的取樣結果無法代表實際的凝汽器水質。

圖3 某電廠1、2號機組取樣管線流程圖Fig.3 The flow chart of the sampling pipeline of unit 1 and unit 2 of certain power plant

3.1.2 3、4號機組凝汽器取樣布置

3、4號機組共有3列凝汽器，每個凝汽器分a/b兩側，從圖4中可以看出熱井取樣管線水中布置在凝汽器的前側、后側、中間共計5個取樣點。3、4號機組取樣點布置方式能代表實際的凝汽器水質。

圖4 某電廠3、4號機組取樣管線流程圖Fig.4 Flow chart of sampling pipeline of unit 3 and unit 4 of a power plant

3.2 凝汽器在線監測系統

國內多數電廠通過在線陽電導的變化來判斷凝汽器泄漏，也有部分電廠通過在線鈉表進行凝汽器泄漏監測

3.2.1 陽電導凝汽器泄漏監測系統

某電廠在每列凝汽器熱井的每一側取樣管線上都安裝了陽電導撿漏裝置，通過陽電導的變化來監測凝汽器的泄漏。在實踐應用中發現使用陽電導率進行監測有一定的局限性，如圖5所示，

圖5 凝汽器海水泄漏后在線鈉表和在線陽電導率表響應趨勢Fig.5 Response trend of on-line sodium meter and cation conductivity meter after condenser seawater leakage

在凝汽器泄漏前，陽電導有一定的波動，在發生凝汽器泄漏后陽電導的反應明顯滯后，故陽電導率有響應不明顯、測量值波動大的問題。某電廠二回路堿化劑采用ETA-氨混合堿化劑協同控制，ETA會分解產生有機酸，二回路整體陽電導率會因為有機酸上升而整體上升。二回路ETA添加濃度會有一定的偏差，有機酸的濃度也會隨之發生變化，會增加陽電導率的波動，從而增大了陽電導率監測凝汽器泄漏的難度。

所以采用了陽電導率表來監測凝汽器泄漏，受陽電導率表波動大、響應不明顯等問題將影響凝汽器泄漏的及時發現及處理。

3.2.2 鈉表凝汽器泄漏系統

鑒于陽電導率表在凝汽器撿漏上的問題，某電廠通過技改對凝汽器熱井取樣系統上安裝了鈉表。技改后增加了兩個凝汽器熱井鈉表，分別對應三個凝汽器的a側和b側，該改造后大大提高了凝汽器的泄漏監測，但由于三個水室共用一個鈉表，當凝汽器發生小泄漏時，泄漏水室只占水量的1/3，鈉表上升幅度會大大降低，同時要判斷哪個水室泄漏需要人工去現場切換閥門，不利于泄漏凝汽器的及時發現和處理。

4 凝汽器泄漏運行響應流程

某電廠冷凝器海水泄漏程序中規定了從儀表報警開始一直到泄漏凝汽器的隔離的相關步驟，如圖6所示。

圖6 凝汽器泄漏處理流程圖Fig.6 The flow chart of condenser leakage treatment

從凝汽器泄漏處理流程中來看，還有部分改進的地方：

1)通過技改已在凝汽器熱井增加了鈉表，鈉表的響應速度快于陽電導的變化，而流程中無相應的指標；

2)從圖中可以看出，在觸發SIT100AA(凝泵出口母管陽電導)及SIT102AA(高加出水總管陽電導)后，主控在確認SG排污水的鈉、陽電導上升后再進行精處理的投運。根據某電廠二回路設計參數，在凝汽器發生泄漏進入海水后，泄漏海水從凝汽器進入SG大約需要12 min時間，根據SG取樣管線長度及SG取樣流量，SG中受污染的水到達取樣系統還需要18 min，故從凝汽器開始海水泄漏到SG排污水陽電導表出現響應需要半小時的時間，大大延長了凝汽器泄漏的響應時間，而根據根據凝汽器取樣管線長度及凝汽器取樣流量，從凝汽器熱井到其陽電導或鈉表監測點大約10 min，所以通過凝結水在線儀表數據的變動來決定凝汽器泄漏將大大縮短判斷時間。同時為了緩解海水泄漏對機組運行影響，需要改變凝汽器投運的策略，應按照“寧可投錯，不可不投或緩投”的凝結水精處理系統投運策略來響應、解決凝汽器海水的泄漏,以減少凝汽器海水泄漏后對機組安全平穩運行的危害。

5 總結和建議

通過前文的分析取樣代表性、凝汽器泄漏監測可靠性以及凝汽器泄漏后處理流程都對凝汽器海水泄漏的及時處理有很大的關聯。建議某核電廠進行以下改進，通過改進降低凝汽器泄漏對二回路水質的影響。

1)1、2號機組凝汽器取樣點增加凝汽器中部取樣，確保取樣的代表性。

2)增加凝汽器鈉表數量，做到每個凝汽器水室都有相應的鈉表，提高泄漏的有效的判斷凝汽器泄漏水室。

3)鑒于陽電導的響應慢且測量波動大，建議不采用陽電導的變化來判斷凝汽器的泄漏。

4)升版冷凝器泄漏處理程序，根據"寧可投錯,不可不投或緩投"的投運精處理策略，在凝汽器熱井或凝泵鈉表出現報警時第一時間投運精處理混床。

5)凝汽器在線鈉表與凝結水精處理系統連鎖，實現凝結水精處理系統在凝汽器泄漏時的自動投運,防止雜質流入SG。