慢化劑覆蓋氣系統(tǒng)設計缺陷及其改進

王晶晶

摘??要：作為主慢化劑系統(tǒng)的輔助系統(tǒng)，慢化劑覆蓋氣系統(tǒng)發(fā)揮著重要的作用，但由于系統(tǒng)設計上存在的缺陷，使得系統(tǒng)正常投運期間水環(huán)式壓縮機無法正常疏排機械密封引漏水，導致高氚重水在疏水管線中積聚并最終從備用機械密封處泄漏到外部環(huán)境中。在機組投入正常商業(yè)運行后，隨著這一缺陷問題的逐漸暴露，為此展開了一系列分析檢查，最終定位了慢化劑覆蓋氣系統(tǒng)上存在的設計缺陷。通過變更壓縮機疏水管線、拆除管線止回閥等一系列舉措，先后經過3次改進和調整，徹底解決了系統(tǒng)上存在的設計缺陷問題。

關鍵詞：水環(huán)壓縮機??機封??疏水管線??設計缺陷??設計改進

中圖分類號：TM623

The?Design?Defect?of?the?Blanket?Gas?System?of?Moderator?and?Its?Improvement

WANG?Jingjing

（Operation?Department?Five，CNNC?Nuclear?Power?operation?Management?Co.，?Ltd.，?Haiyan，?Zhejiang?Province，?314300?China）

Abstract：?As?an?auxiliary?system?of?the?main?moderator?system，?the?blanket?gas?system?of?moderator?plays?an?important?role.?However，?due?to?a?defect?in?system?design，?the?water-ring?compressor?could?not?properly?drain?the?leakage?of?the?mechanical?leak-off?connection?during?the?normal?operation?of?the?system，?leading?to?the?accumulation?of?high-tritium?heavy?water?in?the?drainage?pipeline?and?ultimately?leaking?from?the?backup?mechanical?seal?into?the?external?environment.?After?the?unit?was?put?into?normal?commercial?operation，?this?defect?was?gradually?exposed，?a?series?of?analysis?and?inspection?were?carried?out，?and?the?design?defect?in?the?blanket?gas?system?of??moderator?was?ultimately?located.?Through?a?series?of?measures?such?as?changing?the?drainage?pipeline?of?the?compressor?and?dismantling?the?check?valve?of?the?pipeline，??and?the?design?defect?in?the?system?has?been?completely?solved?after?three?improvements?and?adjustments.

Key?Words：?Water-ring?compressor；Mechanical?seal；Drainage?pipeline；Design?defect；Design?improvement

慢化劑覆蓋氣系統(tǒng)是CANDU堆核電機組一回路重要輔助系統(tǒng)，但該系統(tǒng)在投運后長期存在隱蔽的重水泄漏情況，反復出現的高氚狀況對廠房污染控制和現場工作的開展帶來了非常不利的影響。為了從根本上解決這一問題，通過系統(tǒng)參數檢查、工藝系統(tǒng)現場檢查、工作記錄核查、氚水平監(jiān)測等方式完成泄漏定位，并通過系統(tǒng)工藝管線變更等方式從源頭上解決了設備重水泄漏的深層次問題。本文將詳細闡述系統(tǒng)泄漏的定位和變更改造的全過程。

1??背景介紹

1.1??慢化劑覆蓋氣系統(tǒng)簡述

我國秦山三期核電站為兩座從加拿大引進的CANDU堆核電機組，CANDU堆與壓水堆顯著的差別就是有其獨立的主慢化劑系統(tǒng)。慢化劑覆蓋氣系統(tǒng)作為主慢化劑系統(tǒng)的一個重要輔助系統(tǒng)為氦氣循環(huán)提供了封閉回路，目的在于給排管容器及其組件提供一個無腐蝕和不易爆惰性氣體氛圍，并通過4根超壓保護管進行超壓保護。

1.2??泄漏情況的定位過程

兩臺機組在投入商業(yè)運行后，經過了102大修，1號機組慢化劑覆蓋氣系統(tǒng)主體設備區(qū)域氚劑量水平顯著升高[1]，給運行人員日常巡檢和操作、維修人員現場檢修活動的開展帶來嚴重的影響，為查明此狀況出現的內在原因，先后進行了大量檢查確認工作。

對覆蓋氣系統(tǒng)及其工藝關聯系統(tǒng)狀態(tài)進行全面核查，了解各方面參數的歷史變化趨勢；對以上系統(tǒng)分布于該區(qū)域的主體設備、工藝管道等進行現場檢查，以發(fā)現可能的重水泄漏點[2]。

根據工作記錄，在102大修過程中以及系統(tǒng)整體啟動后，系統(tǒng)1號壓縮機機封反復出現漏水情況，同時在驗證過程中發(fā)現2號壓縮機機封也存在同樣的情況。通過采取對壓縮機搭建負壓棚進行劑量監(jiān)測的措施，發(fā)現負壓棚內部氚劑量水平遠高于棚外環(huán)境值。

通過一系列的排查驗證，最終確定覆蓋氣系統(tǒng)水環(huán)壓縮機非驅動端機封泄出的重水就是造成區(qū)域高氚現象的源頭[3]。

2??壓縮機機封漏水原因剖析

2.1??慢化劑覆蓋氣系統(tǒng)工作流程簡介

慢化劑覆蓋氣系統(tǒng)初始工藝流程簡圖如圖1所示。系統(tǒng)內流轉有氣、水兩相介質。圖1中虛線表示為氣回路，實線表示為水回路。

位于排管容器頂部自由空間的覆蓋氣體，經氣體管線到達除霧器裝置，除去混合在覆蓋氣體中的水分之后在預熱器中進行預熱，加熱后的氣體流入復合裝置，在復合裝置中催化劑鈀的作用下，混合氣體中的氘和氧復合生成重水。氣體流經復合裝置后，通過第二個阻火器，進入系統(tǒng)冷卻器中，混合氣體由冷卻器管側的循環(huán)冷卻水進行冷卻，冷凝下來的重水匯流到慢化劑高位箱3211-TK1中，冷卻后的氣體則由一臺運行的壓縮機從冷卻器殼側抽取后排入高位箱并通過氣管線進入排管容器頂部自由空間[4]，從而形成了覆蓋氣體在系統(tǒng)內的封閉循環(huán)。系統(tǒng)正常運行期間通過一組投運的氦氣瓶組進行補氣，由兩個壓力調節(jié)閥逐級進行調壓，維持供氣壓力在24?kPa，兩個并列安裝在排管容器超壓保護通道出口的排氣閥3231-PV1、PV2在30?kPa時打開排氣以避免系統(tǒng)超壓。

正常運行時，壓縮機的密封水由主慢化劑泵出口經過慢化劑毒物添加系統(tǒng)的延遲箱供應到壓縮機密封端，壓縮機機械密封疏水則排放到慢化劑高位箱3211-TK1中。當主慢化劑泵停運時，密封水的供水動力由覆蓋氣體系統(tǒng)增壓泵來提供。

2.2??壓縮機機封漏水問題解析

參照系統(tǒng)流程圖，根據系統(tǒng)設計要求，在除霧器前專門設置了水封管線，通過該段水封的阻隔[5]，系統(tǒng)運行壓力不會直接作用到壓縮機機封疏水管線。但該水封的實際高度所產生的靜壓比覆蓋氣系統(tǒng)正常運行壓力要小，水密封不能有效阻氣，并且除霧器處水封段、冷凝器疏排段與機封引漏管三者直接連接在一起（如圖1所示），使得壓縮機機封引漏管上的兩個止回閥V48和V49都要承受系統(tǒng)的工作壓力，本身這兩個止回閥就存在一定的開啟壓力，在雙重因素作用下止回閥不能正常打開，機封泄漏[2]重水不能順利排出，只能在疏水管內不斷蓄積，最終滿溢外漏。

在后續(xù)的檢查中還發(fā)現，1號壓縮機機封引漏管上的止回閥存在內漏也是導致重水外漏的一個原因[6]。

2.3??最終分析結論

從表面看壓縮機機械密封泄漏的直接原因是止回閥泄漏導致覆蓋氣壓力反沖引起的，但通過上面的分析可以看出，壓縮機機封疏水回路本身存在設計缺陷是導致重水外漏的根本原因，這一缺陷問題如果得不到解決，將導致壓縮機機封疏水管內積存的放射性重水反復泄漏到反應堆廠房，重水損失增加，也會導致嚴重的廠房環(huán)境污染。

3??系統(tǒng)設計缺陷變更完善歷程

3.1??機封引漏管改接至氣體色譜分析系統(tǒng)

針對系統(tǒng)中存在的上述設計缺陷，準備并組織實施了臨時變更，將壓縮機機封引漏管與其他兩段管線斷開連接，單獨增設引漏管線至氣體色譜分析系統(tǒng)電磁閥SV63/64下游疏水管上，接收水箱由重水高位箱3211-TK1改為了慢化劑重水收集系統(tǒng)收集箱3251-TK1，從而使得壓縮機機械密封引漏管上的止回閥V48/V49不再承受覆蓋氣系統(tǒng)工作壓力。安裝時在疏水管布置上留出一定的位差，保證引流重水依靠重力能克服新增逆止閥V103的正向開啟阻力。由于3251-TK1的位置遠低于3211-TK1，也讓疏排變得更為順暢。

變更完成后效果明顯，在1號壓縮機試轉過程中沒有出現機封漏水，但是壓縮機投運時間不長，機封漏水情況又再次出現。

3.2??機封引漏管改接至收集箱

對于壓縮機投運之后又出現漏水的情況，再次開展調查，發(fā)現原因在于與覆蓋氣系統(tǒng)直接關聯的氣體色譜分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)有兩根氣體取樣管線直接與覆蓋氣系統(tǒng)氣空間相連，通過該氣管線實現對覆蓋氣系統(tǒng)氣體成分的在線取樣分析；在這兩根氣體取樣管線上裝設有分離器以及配套的電磁閥SV63/64，根據電磁閥內部的設定會定時打開一段時間，以便將對應分離器中分離出來的水分排放到收集箱3251-TK1中，在電磁閥開啟后會導致覆蓋氣系統(tǒng)氣空間直接與疏水管線相通；這樣系統(tǒng)24?kPa左右的工作壓力將直接作用于疏水管線，由于壓縮機機封疏水管線與電磁閥疏水管線是連接在一起的，壓力反沖作用下壓縮機機封疏水管線止回閥承壓無法打開，導致不能正常疏排水。

在找到問題的根源之后，有針對性地將系統(tǒng)管線再次進行了改造，斷開壓縮機機封疏水管線與氣體色譜分析系統(tǒng)電磁閥下游疏水管線之間的連接，加裝直通收集箱3251-TK1的疏水管線，這樣壓縮機機封疏水可以直接排放到收集箱中，從而徹底消除了氣體色譜分析系統(tǒng)的影響，同時收集箱在正常運行期間其氣空間維持負壓，為壓縮機機封疏水創(chuàng)造了更為便利的條件。

3.3??機封引漏管線止回閥拆除

在上次變更完成后，情況有了明顯的好轉，但是在實際運行中又觀測到第一次變更后在疏水管線上新增設的止回閥V103對壓縮機機封疏水存在一定的阻礙作用，最初設置該止回閥是考慮與氣體色譜分析系統(tǒng)疏水管線相連可能存在的疏水反冒的風險，但是在經過第二次變更之后，兩個系統(tǒng)之間的疏水已經完全分開，互相不受影響，且在收集箱與重水蒸氣回收系統(tǒng)排氣管線相通的情況下，也不太可能出現收集箱中的重水沿著壓縮機機封疏水管線溢流到壓縮機的情況，經過綜合評估，再次對系統(tǒng)變更進行了修改，將第一次變更中新增的止回閥V103進行了拆除處理，為壓縮機機封疏水進一步掃清了障礙。

4??變更成效

在經歷了3次設計變更后，通過持續(xù)的跟蹤觀察，在兩臺壓縮機運行期間，壓縮機基座平臺再沒有出現過重水水跡，壓縮機機封漏水的問題得到了根本性解決。

5??結語

慢化劑覆蓋氣系統(tǒng)設計上的缺陷，從發(fā)現到最終解決，經歷了一個較長的時間歷程，從最初泄漏情況的出現引起關注重視，到開展一系列分析檢查，多方驗證完成泄漏點的定位，再到設計改進過程中，從系統(tǒng)管線變更，機封疏水管線止回閥的拆除，再到后期修改管路布線，設計方案在調整過程中一步步得到了完善，并最終完美地解決了系統(tǒng)設計上存在的缺陷問題。實踐是積累經驗的有效途徑，這一次實踐活動，為今后發(fā)現和處理系統(tǒng)、設備上的缺陷問題提供了良好的借鑒意義。

參考文獻

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