蒸汽发生器排污系统取样回路运行情况分析及改进

黄贤华，苑景凯，张伟强，李 鹏

（中核核电运行管理有限公司，浙江嘉兴 314300）

1 蒸汽发生器排污系统概述

压水堆核电站利用蒸汽发生器将一回路的热量传至二回路，保持蒸汽发生器二次侧良好的水质是至关重要的。二次侧水质会由于凝汽器钛管破裂、蒸汽发生器传热管泄漏、二回路补给水不合格或系统和设备完整性破坏而导致水质变差。在管板上表面，管子和管板的连接部位，流动死区部位等，很容易由于水的不断蒸发而导致杂质（主要为盐类）的积聚。杂质会使这些部位的应力腐蚀加剧，引起一回路向二次侧的泄漏或传热管的破裂，最终导致反应堆停闭，造成放射性污染及经济损失。

为了改善蒸汽发生器的工作条件，防止蒸汽发生器由于二回路水质恶化导致传热管腐蚀破裂，延长蒸汽发生器的使用寿命，电厂设置了蒸汽发生器排污系统，对蒸汽发生器二次侧水进行连续排污和取样监测。

正常运行工况下，来自蒸汽发生器二次侧的水以可调流量连续排污，排污水经过冷却、减压和净化处理后送入凝汽器，热量通过使用凝结水冷却的再生热交换器进行回收。

小部分排污水作为取样样品排至核取样系统，以监测蒸汽发生器二次侧水质。取样水经过pH 仪和钠离子（Na+）测量仪后排至核岛疏水排气系统的化学排水坑，地坑液位达到一定高度后地坑排水泵自动启动，将取样水重新打入蒸汽发生器排污系统回收至凝汽器。

2 排污系统取样回路运行

蒸汽发生器排污水的取样监测均通过核取样系统完成，与蒸汽发生器排污系统有关的主要有两部分，分别是蒸汽发生器二次侧取样管线和蒸汽发生器排污除盐装置的取样管线。

2.1 蒸汽发生器二次侧取样管线

每个蒸汽发生器二次侧的水样来自蒸汽发生器二次侧的两个部位：一个在蒸汽发生器壳侧上部取样接头处，用于湿保养期间的监测；另一个在排污管线上尽可能靠近蒸汽发生器的取样接头处，用于正常运行时的监测。

两个取样管线合并成一根管线后经两道安全壳隔离阀穿过安全壳，在通过两级冷却后分别进行排污水总γ 放射性、pH 值、阳离子电导率和Na+浓度测量。

蒸汽发生器排污水的取样结果可为传热管的破裂提供重要信息：总γ 放射性测量通道用于探测一、二回路泄漏量，阳离子电导率、Na+和pH 用于监测蒸发器二回路的参数，探测可能由凝汽器泄漏等造成的二回路水质恶化。

核电厂技术规格书对排污水的取样频度和取样结果有着严格限定，要求连续测量排污水的阳离子电导率、Na+浓度和总γ比活度，并且当自动取样装置失效不可运行时，10 d 内必须修复，期间采取手动取样方式。

2.2 蒸汽发生器排污除盐装置的取样管线

蒸汽发生器排污水回路上的4 个除盐床取样经一级冷却后分别进行Na+和阳离子电导率监测，用于监视除盐床的运行情况，该取样回路同样采用连续监测运行。

3 排污水取样回路运行情况对系统的影响

3.1 对蒸汽发生器排污系统的影响

正常运行工况下，蒸汽发生器排污系统排污流量通过排污气动调节阀自动调节，当调节阀下游压力低于1.4 MPa 时，调节阀接收流量控制信号，调节排污流量至整定值，随着运行时间增加，当调节阀下游压力逐渐上涨至1.4 MPa 时，调节阀调节下游压力不高于1.4 MPa。

当化学排水坑内液位达到高定值时，排水泵自动启动，泵出口排水接入排污流量计上游，引起排污流量计指示、排污下游压力同时变大，排污流量调节阀关小以保持排污流量在定值水平。地坑液位下降至低定值后泵停运，排污流量瞬间降低，调节系统控制调节阀开大以维持流量恒定。因此，排污流量随着排水泵启停出现周期性波动，并导致排污流量和冷却水流量的周期性波动，引起阀门控制系统的频繁波动，对调节阀的性能产生不利影响。

3.2 对凝汽水氧含量的影响

取样水通过取样仪表后排至化学排水坑，地坑虽有盖板但不是密封式地坑，地坑上部由空气覆盖，地坑内的取样水与氧气充分接触，排水泵启动后地坑内的富氧水返回到蒸汽发生器排污系统，与排污水混合后通过喷淋除氧方式进入凝汽器。

该电厂某机组凝结水泵出口氧含量均存在周期性出现尖峰的现象，幅值5×10-9～1×10-8，而电厂二回路水化学对凝结水泵出口氧含量的期望值是1×10-8，尖峰情况下氧含量将超过该限值。通过观察其变化趋势并与排污流量趋势进行比较，发现氧含量尖峰与相应机组排水泵的启停存在对应关系，通过排除其他条件的影响后，可以判定该氧含量尖峰为排水泵启动时将富氧水排至凝汽器引起。

查看凝汽器接口图，排污水进入凝汽器的接口位置距底部高差为1.929 m，正常运行时凝汽器水位800 mm，因此实际高差仅1 m。

对排水泵启动时对凝结水氧含量的影响进行计算，初始条件如下：假定地坑内废水处于氧饱和状态，取温度20 ℃对应的溶解氧含量为9.17 mg/L，泵的标称流量为6.5 m3/h，凝结水泵出口流量按2400 m3/h 计算，忽略排污水进入凝汽器时的喷淋除氧作用，并假定直接从蒸汽发生器来的排污水和凝结器内原有凝结水内氧含量为0，计算结果为6.5×9.17×1000/（6.5+2400）=24.8×10-9,远高于氧含量期望值1×10-8，可见地坑富氧水确实会导致凝结水氧含量出现尖峰。实际运行中，考虑到喷淋除氧、凝结水搅混、取样精度等因素，尖峰会略小于上述计算值。

二回路氧含量的提高将导致二回路设备锈蚀，对二回路设备的安全性和可用性产生不利的影响，特别是对寿期内无法更换的大型设备带来损伤，影响设备的使用寿期，影响电站的安全性和经济性。

3.3 放射性废水污染二回路风险

接收取样回水的化学排水坑位于核辅助厂房，该房间还布置有核岛工艺疏水坑及其他RPE 阀门和管道，存在误倾放射性废水、地坑满溢、管道泄漏、检修漏水等导致放射性废水误入化学排水坑的风险，从而导致放射性废水进入二回路，对电厂的辐射防护控制不利。

4 取样回路运行改进

为解决排污水带来的氧含量尖峰，该电厂实施技改，将排污水接至凝汽器背包的接口位置上移1.15 m，目的是通过接口位置的变化提高排污水进入凝汽器后的喷淋高度，延长喷淋除氧时间，以达到更好的除氧效果。实际运行显示，改造前波动幅度约6×10-9，改造后为4×10-9～5×10-9，即该改造降低了凝结水泵出口氧含量尖峰幅值，但氧含量尖峰依然存在。改造效果不佳的原因在于，接口位置高度仅提升1 m 左右，提高有限且排污水接口在凝汽器的疏水扩容器上，靠近凝结水泵吸入口，排污水进入凝汽器后迅速吸入凝结水泵，除氧时间较短。

针对蒸汽发生器排污系统取样回路存在的运行问题和影响，提出如下应对措施。

4.1 将取样回路疏水排至废液排放系统

将取样回路疏水就近排至地面废水收集地坑，经电厂废液处理系统过滤后排放至废液排放系统，据估算每月新增废水排放量约400 t。

正常情况下二回路取样水是非放射性废水，疏水排至废液排放系统将不会对电厂放射性流出物排放管理值造成影响，但该方案将大大增加电厂放射性废水处理量并增加二回路补水量，对电站运行经济性不利。

4.2 精确控制取样流量

通过与该地区其他M310 机组的蒸汽发生器排污系统运行情况进行比较，发现该电厂各机组蒸汽发生器排污系统取样回路计算累计流量明显偏大。由于取样回路原设计未安装流量计，导致流量很难控制，当前取样回路的流量主要通过目视、量杯和秒表等手段调节各仪表取样流量，靠化学取样人员人为控制，难于达到精确控制流量的目的。此外，取样仪表受流量影响比较大，不利于仪表测量的准确性和稳定性。

通过在仪表管线上加装流量计，可以精确控制仪表流量，流量下限取决于满足仪表精度下的运行要求，在保证仪表运行可靠性的前提下，应保持较低的取样流量，这样可以达到减少排污水热量损失、降低对蒸汽发生器排污系统和常规岛凝结水氧含量的影响等目的，同时也有利于提高取样仪表的可用性，避免仪表因流量过低而损坏。

4.3 将化学排水坑改成浮顶式水箱

在安装流量计的基础上，将取样排水管线改为封闭式管线，并将化学排水坑改造成浮顶式水箱，既可以隔绝空气，又可以最大限度地减少放射性废水进入二回路。

4.4 将地坑排水泵出口接管直接接至凝汽器

将泵出口接管直接接至凝汽器背包，该方案可以彻底解决泵间断启动造成的对蒸汽发生器排污系统的扰动，同时不影响二回路水的复用。

5 结论

该电厂M310 机组的蒸汽发生器排污取样回路普遍采取取样水回收至蒸汽发生器排污系统的运行方式，该方式存在导致二回路氧含量尖峰、排污流量波动、取样仪表流量不精确等问题。通过加装流量计、改造化学排水泵及取样回水管线去向，可以在一定程度上消除甚至根治上述问题，提高电站的安全稳定运行能力.