秦山第二核电厂安全厂用水系统SEC运行分析

王超

【摘 要】本文介绍了秦山第二核电厂安全厂用水系统（SEC）的主要构成，阐述了安全厂用水系统（SEC）的功能和运行方式，并针对系统投运期间所出现的问题进行了原因分析，提出了解决措施。

【关键词】SEC；运行；控制

0 前言

安全厂用水系统（SEC）是用来将设备冷却水系统（RRI）收集的热负荷输送到最终热阱—海水，同时作为冷却系统的一部分，它又具有安全功能，在正常运行和事故工况下能把从安全有关构筑物、系统和部件来的热量输送到最终热阱。SEC系统的正常、可靠运行是整个机组正常运行的前提。本文除了对系统进行了详细介绍外还在系统设计运行的基础上，结合目前投运以来出现的问题，分析原因，探讨解决办法和改进措施，对系统运行和其他电厂具有一定的借鉴意义。

1 系统构成、功能及运行方式

1.1 系统构成

秦山第二核电厂每一个机组均有属于自己的安全厂用水系统（SEC）。每台机组的SEC系统都由两个相同的系列组成，每个系列又包括海水过滤和海水冷却两大部分。海水过滤部分的设备有：取水口、进水闸门、检修闸门、格栅除污机、旋转滤网、旋转滤网反冲洗装置、吸水暗渠（两格吸水暗渠中间以双隔离阀隔开，平时关闭）。海水冷却部分的设备有：两台100%容量的安全厂用水泵、两台50%贝类捕集器和两台50%容量的RRI/SEC热交换器。

1.2 系统功能

1.2.1 正常功能

安全厂用水系统（SEC）的功能是把由设备冷却水系统（RRI）收集的热负荷输送最终热阱——海水。该项功能由两条与安全有关的冗余系列来完成，它们用海水来冷却RRI 系统的RRI/SEC 板式热交换器。SEC 系统还保证限制RRI/SEC 板式热交换器内有机物污垢的生成（加NaCLO 溶液和贝类捕集器）。

1.2.2 安全功能

安全厂用水系统具有安全功能，因为它是冷却系统的一部分，用于在正常运行和事故工况下能把从安全有关构筑物、系统和部件来的热量输送到最终热阱。设备冷却水系统（RRI）从各种系统或通过各种系统收集这些构筑物、系统和部件的热负荷，这里各种系统包括：

a.专设安全设施系统及其支持系统，如安全壳喷淋系统（EAS）；上充泵房应急通风系统（DVH）等；

b.其它系统：余热导出系统（RRA）；反应堆堆腔和乏燃料水池冷却系统（如PTR 等）。

1.3 运行方式

当反应堆处于正常功率运行时，一个系列的一台泵运行，另一系列的海水冷却部分停运，两个系列的海水过滤部分均连续运行。

SEC泵吸水暗渠之间的隔离阀正常处于关闭状态，当一个系列取水故障时，可打开连通阀（联通阀只能开启50%开度），保证该系列的正常运行。

在正常运行工况下，（每个堆）一个系列的一台泵运行，一台泵备用（列内备用），另一个系列停运（列间备用），由于泥沙淤积问题现在保持每列各一台在运行，共两台泵在运行。每台SEC泵都可由应急柴油发电机向其提供应急电源。

在堆启动工况时，至多要求一个系列的两台泵运行，而另一系列处于备用状态。

在进入冷停堆工况4至20小时期间，要求一个系列的两台泵和另一系列的一台泵投入运行。

冷停堆工况20小时以后，SEC系统仍需保抚持一个系列的两台泵运行，另一个系列的一台泵运行，但在48小时以后，则一个系列两台泵运行就能满足要求。

在LOCA事故工况下，一台SEC泵就能把热量从安全壳排出。

两个系列的SEC泵的转换（SEC系列的转换）可手动进行，也可自动进行，手动转换时，先启动备用系列，然后再将工作系列停运；自动转换过程是备用系列自动起动，然后由操作人员手动将工作系列停运。无论那种方式的系列转换，都会引起设备冷却水系统相应系列的转换。

SEC系统为安全相关系统。在各种运行工况下，必须保证其运行的可靠性，系统设计中采用冗余系列和满足单一故障准则。SEC泵的设计有多种自启信号：

1）运行中的一台泵跳闸，则该泵所在系列的另一台泵将自动启动（列内备用）；

2）SEC系统正在运行的系列不可用时，另一个系列的一台泵将自动启动：A系列003PO优先，B系列004PO优先（列间备用）；

3）RRI系统手动或自动的进行系列切换时，与RRI对应的系列的一台泵将自动启动：A系列003PO优先，B系列004PO优先；

4）A系列柴油机启动供电时，SEC系统A系列的一台泵启动（003PO优先）；B系列柴油机启动供电时，SEC系统B系列的一台泵启动（004PO优先）；

5）出现“安全注入”或“安全壳喷淋”信号时，SEC系统备用系列的一台泵（A系列003PO优先，B系列004PO优先）将自动启动。这些都有力的保障了核岛最终热阱的可靠性。

2 主要设备的控制运行

2.1 格删除污机

在正常运行工况下，每台格删除污机均自动运行（自动方式）。

每台格删除污机的控制分“停止、自动、强制”三种方式，方式选择可在PX泵房配电间的1/2SEC101/102AR上进行选择（101AR控制101/103DG，102AR控制102/104DG）。

当选至“停止”方式时，可在耙机旁边的控制箱（101-104CR）上用上升、下降、停止按钮进行控制，按下“下降”按钮时，耙机开始下降（假设开始处于上部），至底部时低限位开关动作，耙机停止.然后按上升按钮，耙机又开始上升，上升到顶部时上限位开关动作，耙机停止在上部。此为一个循环，无论耙机在上升或下降的过程中，按停止按钮，耙机均停止。此时需上升/下降时重新按上升/下降按钮即可。

当在101/102AR上选至“自动”方式时，耙机的运行取自两种信号：定时电路和拦污栅两侧的水位差信号。定时电路连续计时，每8小时（目前设为8小时）自动进行一个循环，且每一流道的两耙机交替运行，互相间隔4分钟，以避免同时动作而同处于底部时堵住进水流道的可能性；水位差信号取自水位差计，每一耙机各配置一套浮子式水位差计和可控硅式水位差计，当任一水位差计测量到水位差大于0.2mH20时，耙机即自动动作，直到水位差小于0.2mH20。水位差信号优先于定时电路信号。

当在101/102AR上选至“强制”方式时，对应耙机则开始下降/上升的强制连续运行，直至将方式开关打至其它模式，耙机最终停在上部位置。当耙机运行时可能发生各种故障，如松绳、过力矩、耙机状态错误、上上位报警等，当耙机发生故障时自动向主控和就地发出报警。

2.2 旋转滤网和自动反冲洗装置

鼓形滤网的反冲洗水泵共有 8 台，每个机组4 台。正常运行时，每台机组的两台旋转滤网均连续运行，旋转滤网的运行分低速和高速。切换信号来自安装于滤网两侧的三套水位差（压力）测量装置。当三套压差指示同时测得的水位差低于0.2mH20 时低速运行，大于0.2mH20时切换至高速运行，当大于0.3mH20时向主控发出第一次报警，大于0.5mH20时向主控发出第二次报警。低速和高速的切换动作于同一电机的两个电气开关，两个电气开关只是将三相电源中的两相调换而已。

旋转滤网和反冲洗水泵的启动和停运可在主控室的T06盘上进行。首先将通道功能开关转至启动位置并按下，然后将反冲洗水泵开关选至启动位置并按下，则反冲洗水泵启动运行，对鼓形滤网进行反冲洗。然后将旋转滤网的方式开关打至手动或自动并按下，则鼓网开始运行，自动/手动方式的区别在于自动方式下当鼓网两侧水位差大于0.2mH20时鼓网会自动的切换至高速运行，而手动方式则不会自动切换。

每个鼓形滤网配备2 台100%容量的反冲洗水泵，在鼓形滤网运行时，其中一台反冲洗水泵运行，而另一台备用。反冲洗水泵除应用于鼓形滤网的反冲洗而外，还用于对SEC泵吸水暗渠进行搅冲，以防止泥沙沉积对SEC 泵吸水的影响。当运行反冲洗水泵发生故障时，备用反冲洗水泵会自动切换投入运行。

考虑到反冲洗水泵运行工况的复杂性和设备的高故率，通过改造，两个机组的循环水系统（CRF）反冲洗水泵和饮用水系统（SEP）也可给鼓形滤网提供备用冲洗功能，在必要时通过现场操作来完成冲洗水源的切换。

2.3 贝类捕集器

每一系列配备两台并列运行（并联）的贝类捕集器，当本系列的SEC泵运行时，两台贝类捕集器都投入运行。贝类捕集器的反冲洗运行采用压差控制和定时控制，且压差控制优先，其控制和原理如下：

投运时先将就地控制箱盘面上的380VAC主电源开关（MAIN SWICH）投入，然后，分别投入捕集器投运开关（Filter1/Filter2）。随后可看到捕集器投入指示灯“Filter on”亮。捕集器将立即启动进行第一个反冲洗除污循环（两台捕集器的除污循环是交叉进行的，不会影响主通道的海水冷却流量）。反冲洗排污进行时，反冲洗排阀首先打开，通过贝类捕集器的流量增加，附在捕集器本体，管道壁和捕集器滤网上的贝类生物开始松动，逐渐被冲向捕集器的排污管道出口，随后流量分配阀开始关闭，海水在捕集器滤网入口区被强迫流向滤网外侧，大部分海水由滤网外侧直接流至出口排出，小部分海水则对捕集器收集区滤网进行反冲洗，反冲洗后的海水连同贝类等杂质由反冲洗排污管线排出。反冲洗结束后，排污阀自动关闭，流量分配阀自动开启，即恢复到正常运行状态（如图1）。

反冲洗循环的间隔（周期）可用控制箱内部的定时选择开关进行选择，有20-200min六种选择。在间隔时间内，如高压差触发，则贝类捕集器立即启动反冲洗循环，直至高压差信号消失，即“时间控制，压差优先”的原则。另外在控制箱和盘面上和主控室T6盘上都设有手动启动按钮，在必要时可手动按下按钮，进行一次或几次除污循环；在控制箱内部设有一个紧急冲洗开关，将开关打到“I”的位置后，贝类捕集器将在一个反冲洗除污循环结束仅隔1分钟就进行下一个反冲洗除污循环；在控制箱盘面上设有“operation guard”运行故障报警灯，在发生流量分配阀或反冲洗排污阀动作未到位，或电气失效及接线/压空管装反时，会触发此报警灯亮，此信号出现后，捕集器将不再进行反冲洗除污循环，只有将380VAC主开关断开才能使捕集器复位。

3 系统运行过程中存在的问题及分析解决

秦山第二核电厂安全厂用水系统（SEC）从开始部分投运至今已十年有余，系统运行基本正常，但各个部分也不同程度地存在一些问题，有设备上的原因，也有设计上的原因。下面从系统运行时几种常见问题加以分析和探讨。

3.1 格栅除污机易发故障报警

格栅除污机自投运以来，经常出现松绳报警和过力矩报警。其中松绳报警出现的最频繁（出现故障后，则耙机会停留在原位不再动作）。

耙机在下降过程中，如耙斗因故卡在半空中或耙斗已下至底部而电机仍在运转，则会触发松绳报警。据分析，导致松绳故障的主要原因有：

a.流道底部泥沙沉积量过多：主要是因为海水泥沙含量大，相应通道的SEC泵有时间断运行（利于泥沙沉积），格栅底部有碎石块沉积等原因。

b.耙斗在下降过程中因略有倾斜和轨道生锈，阻力增大面卡住。

c.光电计数管工作不正常（感受部分时有脱节），以至耙斗已下至底部而低限位开关仍未动作，电机仍未停止。

耙斗在上升过程中，因卡涩或摩擦阻力过大等原因使电机过力矩，则会触发过力矩报警。导致过力矩的原因主要有：

a.耙斗在底部被杂物卡住。

b.轨道生锈，摩擦阻力过大。

综上，耙机的光电计数管、生锈和泥沙问题为主要应解决的问题。光电计数管、生锈为设备本身的质量问题，光电计数管应采取设备更换措施（其质量应严格进行控制）；对于生锈，更换轨道槽似乎不可能，只能从防止电腐蚀，加刷油漆，定期润滑等方法加强保养；泥沙问题广泛存在于取水口至吸水暗渠之间的流道中，后面将集中讨论。

3.2 旋转滤网

在系统投运初期旋转滤网电机轴上的传动销已断过多次，此传动销在电机轴将力矩传动给齿轮轴的过程中受力，由两根销子共同承担负荷。发生断裂的原因一是流道底部泥沙沉积过多，运转中阻力过大而断裂；另一种可能是两根销子中心不对称，受力过程中一先一后，即实际断裂力矩为设计力矩的一半。目前设备厂家准备将两根销子合并，用一根更粗的销子代替。

旋转滤网的本体损坏也经常出现，包括滤网片的损坏，拉筋的松动与断裂，还有滤网上部件脱落（如保护锌块等）等也是滤网经常出现的故障，这些故障的排除一方面要科学的安排预防性检修，另一方面在人员巡检时要及时发现问题，早做处理，减少损失。

3.3 泥沙问题

秦山第二核电厂位于杭州湾，海水含沙量惊人，最大可达5-12kg/m3，沙粒直径大都在0.005-0.1mm之间。泥沙问题可能是目前乃至以后SEC系统最严峻的问题。泥沙量过大和泥沙沉积过多会导致耙机、旋转滤网、SEC泵、贝类捕集器、SEC/RRI热交换器不能正常运行和损坏。热态试验前就因泥沙沉积太多而不已将系统停运并排干流道中的海水进行清理（吸水暗渠中的泥沙沉积尤为严重）。SEC系统为安全相关系统。机组正常运行时须保持连续运行，如果机组并网发电后再出现此类问题，损失将是非常大的。

导致泥沙沉积过多的原因主要有以下几点：

a.海水质量太差，含沙量过大。

b.A/B通道有时停运时间过长，有利于泥沙的沉积。

c.旋转滤网反冲洗水泵出口至吸水暗渠的搅混管线效果不明显。

d.相对来说，单台SEC泵运行时，海水过滤部分的流速较慢，利于泥沙的沉积。

海水泵最大的威胁是叶轮的磨损和启泵时振动加剧，甚至泵轴断裂（一期已发生过），每台海水泵大修后或停运较长时间后，其叶轮处和叶轮的前后流道都会沉积较多的泥沙，再启动前都必须进行清於。为防止泥沙淤积，每列各有一台泵在运行，这样保持备用列中也有海水在管道中搅浑。在检修和和长期停运前排尽海水，减少泥沙在管道和泵体中的残留。

综合以上分析，泥沙问题的解决可考虑以下几个方面：

a.如果可能的话，取水口继续向外延伸足够距离，以改善取水口的水质（这是最有效的方法）。

b.严格控制A/B通道间断运行的停运时间，以避免泥沙过多的沉积。

c.改进吸水暗渠搅混管线的功能，如增大压头或间断用压空、高压水辅助搅混等。

d.每次大修时A/B通道的清於和SEC泵（CRF泵）启动前泵叶轮附近的清於，且维修后的泵在启动前本体的检查须引起重视（主要是重新安装的质量）。

3.4 贝类捕集器

贝类捕集器的问题应引起重视，它将严重影响到SEC系统的正常运行。目前贝类捕集器存在的主要问题有：

贝类捕集器在进行反冲洗除污循环时经常触发“operation guard”故障报警，导致贝类捕集器“死机”贝类捕集器的“压差高优先”控制方式不可用。在贝类捕集器本体压差计超过“高”定值时，控制箱上“diff pressure guard”（压差高）报警不能响应，也不能触发反冲洗除污循环。其原因可能有：A.控制箱内部的错位电磁阀经常拒动，分析可能是SAR供气接管漏气且电磁阀本身质量差的原因所致。B.捕集器本体差压计存在安装接线问题或设备质量问题。导致不能触发正常的“diff pressure guard”报警和“压差优先”自动反冲洗除污循环（另：004FI压差计内部有元件脱落）。

故目前两列贝类捕集器的压差控制都不起作用，仅定时控制可用，但B列的错位电磁阀经常拒动，即自动控制完全不可用，只能就地手动操作（A列定时控制正常）。作为安全相关系统，这种半可用状态会严重影响到装料和带负荷运行的进程。但由于其控制为集成式控制，目前查找内部故障有一定困难，希望设备厂家和调试队能够共同协作，尽快消除故障，使其投入正常运行。

3.5 海水腐蚀问题

SEC系统利用的水源是海水，而秦山第二核电厂地处杭州弯冷却水不是纯海水而是处于海水和淡水之间的水质其含盐量低于海水而有机物和泥沙含量高于一般海水。这就为管道设备的防腐增加了特殊的问题。虽然目前SEC主管道还未发现较大的破口，但反冲洗管线经常有穿孔，导致海水喷出溅射到附近设备上。这样严重影响了SEC系统的运行。

改善这种情况的方法：一是，加强正常运行时和大修时检查；二是，对管道材料进行科学的选型。SEC 系统管道使用材料均为10CrMoA1管。

为防止海水腐蚀，秦山第二核电厂取水口金属喇叭口采用牺牲阳极的阴极保护法。SEC系统管道采用内壁涂层及外加电流阴极保护的方法联合防腐，其中GA沟中因焊接连接而防腐不可达的管道加设了阴极电流保护系统。

4 结束语

安全厂用水系统（SEC）的安全稳定运行关系到核电厂的经济效益，而且直接关系到核安全能否给予保障。因此在安全厂用水系统（SEC）的使用过程中，一方面要加强运行人的技术，深入的了解系统的性能特点，另一方面提高安全厂用水系统（SEC）的维护水平。对现有的问题加以重视，尽快解决，保证安全厂用水系统（SEC）的安全稳定运行。

【参考文献】

[1]秦山第二核电厂安全厂用水系统（SEC）系统手册[S].

[2]韩贯文.安全厂用水系统（SEC）的运行[Z].

[3]梅炳云.贝类捕集器的运行与控制原理及调试中存在的问题[Z].

[责任编辑：杨玉洁]