核电站海水系统加氯框堵塞故障分析与改进措施

张亚州，赵明程

（1.中国能源建设集团江苏省电建第三工程有限公司卡拉奇K2/K3 核电项目部，江苏镇江 212000；2.北京卓众出版有限公司，北京 100083）

0 引言

加氯框是核电厂联合泵房取水的重要设备，主要功能是抑制和杀死进水渠道的贝类、水母等海洋生物。如果加氯框失去作用，就会使核电厂重要厂用水系统（WES）管道内滋生海洋生物物，系统管道无法正常运转，导致核岛失去大部分的热阱，也就是说核岛和常规岛设备运行所产生的热量，大部分都无法及时排出，将导致大部分转动设备无法继续工作，迫使机组停堆。

加氯框是一种能够持续投加次氯酸钠（NaClO）溶液的设备。现场使用中发现，加氯框内的加药喷口存在堵塞的风险，加药喷口堵塞后药液从加药漏斗内溢出，加药量达不到预期标准，从而降低了进水口浮游生物的抑制效果。分析加氯框堵塞的原因，并采取有针对性的措施，提高加氯框的工作质量，同时改善加药量减少和加药点不均匀的情况，减少管道内海洋生物的存在，减少大修期间维修部门的工作量。

1 故障现象

华龙一号海外机组联合泵房加氯框材料为316L，设置38 个加氯喷口，孔径为5 mm，加氯管材质为UPVC，加药管主管径110 mm，壁厚5 mm，生产厂商为南京某自动化设备有限公司。2021 年8 月，现场发现在上游来药量正常的情况下，加药漏斗内有药液溢出，随后检查发现两套加氯框加药管堵塞（图1），加氯框实际工作效果下降，需要检修处理。

图1 加氯框堵塞

2 故障后果例举

（1）2006 年5 月，UIchin 电厂1 号、2 号机组满功率运行中，大量虾群侵入电厂取水口，鼓形滤网两侧差压高导致循环泵跳闸，随着循泵跳闸冷凝器真空迅速降低，导致两机组停堆。

（2）2014 年12 月，某核电站配合BAS55A 列试验，发现1SEC001/004PO 运行过程中频繁闪发1SEC702/703KA，泵出口压力缓慢上升，打开贝类捕集器，发现大量藻类堆积，进而检查取水明渠，发现大量棕囊藻将贝类捕集器堵塞。

（3）2015 年8 月，国内某电厂3 号机组因海生物涌入鼓网，导致循环水过滤系统3CFIB 列鼓网出现压差高信号，导致B 列循环水泵停运，机组手动降功率，之后鼓网压差快速上涨，A 列循泵也停运，从而导致反应堆紧急停堆。

这类事件的结果基本上是直接导致反应堆停堆，反应堆停堆所造成的损失巨大，华龙一号K2、K3 机组反应堆停堆一天少发的电量保守估值2000 万元人民币。因此保证加氯框的正常运行是WES 系统正常运转的关键环节。

3 故障分析

3.1 上游药液混合不均匀

由于加氯框深入水下，加药量减少往往不能直接观测到，当堵塞情况较为严重导致加药溢出时才能被察觉。经现场检查发现，上游来药时药液混合不均匀，存在细小未溶解颗粒，加之加药系统是利用高差产生的压力差来进行药液喷洒，因此管道内部压力不大。当下方加药喷口出现部分堵塞后，主管道内部未溶解的颗粒逐步累积增多，就会导致加药管主管道堵塞。

3.2 加氯框设计问题

加氯框采用下喷口设计，当管道内有未溶解的颗粒时，下喷口设计往往更容易造成堵塞。加氯框主管口截面积78.5 cm2，而下方38 个喷口截面积7.45 cm2，差距较大，使上游来药在加药漏斗内处于静置的时间较长，使本就混合不充分的药液出现沉淀。加氯框本身未考虑出现堵塞后的疏通设计，因此在堵塞后只能将加氯框从入水口取出，管道逐段切开冲洗，耗时耗力。

3.3 日常维护不充分

加氯框日常使用中暴露在外部空气中，随着使用时间的延长，积累的沙石灰尘随着加药漏斗上端的大开口进入加药管道内部，日常维护不细致，未发现加氯框出现堵塞的情况，因此应定期检查加药漏斗内的下药情况，定期检查上游来药品质，定期进行加氯框管道的清理维护。

4 故障处理及改进措施

4.1 控制上游来药的品质

核电站子项制氯站的功能通过电解盐水生产次氯酸钠溶液，经过循环水处理系统向海水循环水和重要厂用水系统的管路投加[1]。通过对上游来药的品质进行控制，上游制氯站生产NaClO 溶液时应确保内部难溶物比例小于一定比例来作为生产指标之一，确保上游来药的品质，确保NaClO 的充分溶解。上游来药的难溶物越少、溶解越充分，后期维护的频率就越低。核电站各子项的完工要求都是环环相扣的，只有各环节的精益求精，才能使整个系统顺利运行。

4.2 现场修改原设备部分结构尺寸

现场拆除原加药漏斗下方管道，分段清理管道内堵塞物，拆除原加氯框UPVC 管道进行清理，将管道喷水口直径扩大至10 mm，增加管道喷药口数量，确保药物的均匀喷洒。但这些措施只能治标不能治本，如上游来药的品质不进行控制，或长时间投用以后，下方管道仍然会出现堵塞。

4.3 加强操作人员的技能培训

加氯框作为一个长期使用且不可或缺的设备，其正常运转对核电站的正常运行起着关键作用，因此对维护人员的基础技能培训至关重要。对人员因不懂或失误未发现加氯框来药量减少的情况进行管理。操作人员定期检测加药量的速率可以有效判断加氯框是否需要捞出清理，避免加氯框失效后才发现。当加氯框失效时，如遇到浮游生物大面积侵入则会导致后方鼓网压力骤增，进水量减少，迫使机组降功率运行甚至停机。因此泵房操作人员应具有一定的预防和处理紧急情况的技能。

4.4 改进加氯框部分设计（图2）

图2 加氯框设计改进

（1）改进后的加氯框架装有相互连通的加药管，加药管上设有相互连通的加药喷嘴，水平管道采用上喷口设计（原设计是下喷口设计），减少管口因上游杂质以及未溶解的次氯酸钠（或其他药物）造成喷口堵塞，且经过加氯框壁的反射后，药物溅射面更大，加氯时喷洒更均匀。

（2）由于下方管道压强大于上方管道，下方喷射流速大于上方喷射流速，上方喷液后溶质受到自身重力影响会持续下沉，因此下方喷口数量设计少于上方喷口数（原设计上下喷口数量相同），使溶液均匀分布在海水中。

（3）根据设计加氯量来设置主管径截面积和加药口数量，确保加药量在需要的范围内可控（原设计主管径和喷药口截面积差距过大，使上游来药在加药漏斗内静置沉淀）。上方加药漏斗内排药口设置浮球，漏斗内溶液一满自动停止，避免溶液溢出。

（4）设置PVC 管道终端活动堵头和喇叭口储污仓（原设计无），定期使用抓斗抽出加氯框打开活动堵头，通入清水冲洗清理，降低由于喷药口堵塞带来的维护成本，改善了加氯框在使用过程中由于喷口堵塞导致的加药量减少，以及药点不均匀的情况，有效减少了海洋生物的存在，减少大修期间维护部门的工作量。

5 结语

加氯框是联合泵房取水口的重要设备，也是整个核电场发电的重要环节，因此保证加氯框稳定地发挥作用才能实现核电厂的正常运转。加氯框常见的问题之一就是加药喷口堵塞，作为近十多年刚出现的设备，由于应用面狭窄，此类设备的优化改进还不够多，因此分析加氯框出现堵塞故障的原因并提出解决措施对核电站的正常运行具有十分重要的意义。在实际工作过程中，要根据现场实际不断优化加氯框的设计，尤其要重视过程维护交底。一旦出现部分堵塞要及时处理，不能等到加氯框完全失效后去处理。只有前面取水口抑制了浮游生物的入侵，才能减少后方鼓网或旋转滤网的压力。另外要增加智能设备的使用，实时监测泵房通过的循环水管道内部水的含氯量，低于一定值时就要开始检修维护，避免凭借经验和定期检修维护的不稳定性。在设备的使用过程中要建立全方位的预防、维护与检修系统，确保WES 系统的稳定运行，从而保证核电站高效安全运行。