压水堆主蒸汽湿度测量过程浅析

李志勇　朱峰　章磊杰

【摘要】压水堆核电站的主蒸汽是饱和蒸汽，其含湿量是衡量蒸汽品质的重要性能指标，对机组安全、经济运行的意义重大。本文结合国内某核电厂主蒸汽湿度测量试验过程，重点介绍核电厂普遍采用的示踪剂法，并提出了一些可行的优化建议。

概述

与火电厂的过热蒸汽不同，压水堆型核电站的主蒸汽是饱和蒸汽，具有一定的含湿量。湿蒸汽对汽轮机部件产生浸蚀、腐蚀作用，湿蒸汽中的水珠会对高速旋转的汽轮机叶片产生巨大的撞击力，严重影响设备的安全性。因此，准确测定蒸汽发生器出口蒸汽的湿度对于保证主蒸汽的品质，从而确保汽轮机安全、稳定运行有着重要意义。

1、试验原理和方法

将示踪剂加入二回路给水并随之进入蒸汽发生器，由于示踪剂本身特性是易溶于水而不挥发，示踪剂不溶于蒸汽发生器出口干蒸汽，仅少部分被蒸汽发生器饱和蒸汽中的水分携带出，进入汽轮机做功，然后被冷凝成水重新进入蒸汽发生器。经过给水-蒸汽发生器-湿蒸汽-给水循环后，示踪剂在给水系统和蒸汽发生器本体内部达到平衡，此时，被湿蒸汽携带出去的示踪剂质量等于通过二回路给水系统返回蒸汽发生器的示踪剂质量。

在蒸汽发生器内部汽-水结合面处有公式：，整理得：

2、试验实施

2.1示踪剂的选择

普遍采用于蒸汽湿度测量的示踪剂有两种：化学试剂碳酸铯和放射性24Na[1]。24Na是美国西屋公司推荐使用的示踪剂，具有测量精度高，对蒸汽发生器水质影响小的特点，但核素半衰期短（15h），且测量时需要的放射源活度强度较大（约1Ci），国内条件采购运输难度很大。与之相比，普通化学试剂碳酸铯采购运输方便，无放射性，且测量精度满足试验要求，因此，综合考虑采购运输、放射性防护和测量精度等方面的优劣，某核电厂最终选择碳酸铯作为示踪剂。

2.2示踪剂准备和注入

为了减少碳酸铯注入对蒸汽发生器水质的影响，碳酸铯的添加量应经过事先计算，在满足国内实验室ICP-MS痕量铯分析方法检出限的情况下，添加量尽可能少。

碳酸铯注入前应完成以下准备工作：a）蒸汽发生器水化学特性合格，最好处于Na-阳电导率五区图1区范围内；b）凝汽器液位抬高至高液位；c）二回路系统疏排水回收至相应系统，不得排入地沟；d）隔离给水净化和排污系统，避免示踪剂的流失。

示踪剂注入可通过临时装置实现。碳酸铯的注入位置应选择在二回路给水系统尽量靠近蒸汽发生器的地方，这样可以保障示踪剂注入后很短时间内完全进入蒸汽发生器，有效避免示踪剂在二回路给水系统中滞留，即缩短试验时间，也可提高试验样品的代表性。

2.3取样

取样的代表性直接决定了试验结果准确度和真实性，为取到代表性的样品，取样点应远离示踪剂注入点，以保证水样在系统内得到充分搅混。二回路给水系统样品从高加给水母管取样，从工艺流程角度该位置距离示踪剂注入点最远，能够最大程度保障示踪剂混合的均匀性。蒸汽发生器内部样品从SG上部取样，主要考虑是蒸汽发生器上部样品是湿蒸汽被汽水分离后产生的。

取样期间，可通过监测两个位置在线电导率表的趋势变化来判断最终取样时间。当电导率从一开始的明显波动升高到逐步趋缓时，说明碳酸铯已正确注入系统，且逐步混合均匀，此时的样品可作为最后一个样品，用来计算主蒸汽湿度最准确。

2.4主蒸汽湿度换算

主蒸汽的湿度是指蒸汽发生器出口的蒸汽湿度，而本试验测量所得的蒸汽湿度是蒸汽发生器内部汽-水结合面处蒸汽湿度。忽略蒸汽发生器内部到其出口截面的热损失，可根据蒸汽发生器内部和出口截面积、主蒸汽压力等参数采用等焓过程计算获得，蒸汽发生器出口节流截面示意如图1所示。

换算關系式：

式中：

T2：截面2蒸汽发生器出口蒸汽含湿量，%

T1：截面1蒸汽发生器内蒸汽含湿量，%

He1、He2：分别为蒸汽发生器内部、出口的饱和水焓，J/kg

He1、He2：分别为蒸汽发生器内部、出口的干蒸汽焓，J/kg

ρ1、ρ2：分别为蒸汽发生器内部、出口处的饱和蒸汽密度，kg/m3

S1、S2：分别为蒸汽发生器上部、出口蒸汽管道的截面面积，m2

Q：蒸汽流量，kg/s

其中，蒸汽和水的特性（焓值、密度）He1、He2、He1、He2、ρ1、ρ2可根据1、2截面的压力查表获得。

3、结论

非放射性示踪法测量压水堆核电站主蒸汽湿度具有较高的实用性和测量精度，通过对国内某核电厂的试验过程分析，提出了具有借鉴意义的建议。a）试验前后应避免可能的示踪剂流失或额外引入；b）示踪剂注入位置应靠近蒸汽发生器入口，且与取样点距离足够远，此时试验结果最接近真实值；c）试验期间监测取样位置的电导率趋势变化可有效识别示踪剂混合的均匀性。

参考文献

[1]蒲代伟，许兆洋.ICP-MS测定核电厂蒸汽湿度试验中的铯[J].分析仪器，2012，1：35-38.