宁德核电站循环水过滤系统仪控部分技术改进

李怀洲，陆海荣

(1.福建宁德核电有限公司，福建 宁德 355209；2.苏州热工研究院有限公司，江苏 苏州 215004)

0 引言

宁德核电站循环水过滤系统(CFI系统)主要用于给厂用水系统提供过滤后的海水，部分具备核安全相关的功能(主要用于提供三回路以及核岛核安全系统、常规岛设备的冷却用水等)。但自正式投运以来，该系统缺陷多发，且现场维修无法从根本上解决问题，只能频繁重复性维修，暂时维持系统功能。这对保障电站冷源的可靠性不利，甚至曾出现过因CFI系统故障导致机组降功率的事件。

因此，需对系统缺陷进行梳理，做出技术改进以缓解或根治系统问题，保障冷源系统的可靠运行和机组安全稳定运行，进而提升核电站的安全性和经济性。

1 循环水过滤系统功能存在的问题

宁德核电站循环水过滤系统主要为机组三回路用水、设备冷却用水以及海水淡化系统水源提供过滤功能，防止直径大于3 mm的海生物和废弃物等经由海水夹带进入电站泵站。

循环水过滤系统主要由粗格栅、细格栅、格栅清污机、鼓型滤网、反冲洗设备等组成。

在设计循环水过滤系统时，由于引用的是宁德核电站《厂址有关设计数据》以及海生物调查报告中的相关资料，且资料中未涉及或未考虑当地海生物(如海地瓜、棕囊藻等)的入侵，因此在设计基准中未考虑大量海生物入侵以及应对预案；同时，设计基准未将宁德核电站海水水域中的泥沙含量作为关注点。

其中，格栅清污机主要用于刮除拦截在细格栅上的垃圾。原设计过于理想化，认为竹竿等体积较大的杂物应在进水明渠前段就被拦污网拦截了，未考虑竹竿等杂物漂过拦污网进入细格栅的情况，因此在格栅清污机的设计基准中未考虑去除竹竿、木头等较大杂物。此类杂物被拦截在细格栅处，会被清污机打捞，但大型杂物容易卡在清污机耙齿与墙壁之间，轻则导致清污机上的钢丝绳错乱断丝，重则导致清污机电机过载烧毁。

由于上述设计基准未充分考虑宁德核电站的实际情况，导致格栅清污机频繁损坏、鼓型滤网网片变形，甚至循环水泵脱扣事件发生。

变更设计基准需要收集大量数据进行论证，需要较长时间。由于现场问题的表象基本均是体现在仪控设备上，例如鼓型滤网频繁出现差压高报警、监测格栅清污机前后差压的水位差计频繁报警等，因此在设计基准进行变更之前，需要通过技术改进提升仪控设备的可靠性，减少因仪控设备故障导致的循环水过滤系统可用性下降的概率，这对收集数据的准确性非常重要。

2 仪控设备技术改进

根据历史故障记录，宁德核电站CFI系统仪控设备的故障主要集中在接近开关(SM/SX)、超声波液位计/静压式水位差计(MN)和压力开关(SP)。现通过对这几型开关故障原因的梳理与分析，进行换型改造。

2.1 接近开关换型

根据运行故障统计数据，格栅清污机上的接近开关在1年期间总故障次数将近40次，具体故障现象表现为：耙斗与栅条啮合/脱离到位开关出现故障，开关无法触发时，耙斗啮合电机对应丝杆将其端盖顶出，无法自动复位，需要机械、电气、仪控3个专业同时配合处理，耗时约15天；耙斗搭在拦污挡板上，无法脱离；啮合电机与其对应丝杆脱扣，需要机械、电气、仪控3个专业相继处理，耗时约15天；松绳开关无法正常触发，导致耙斗位置偏移，严重时导致格栅清污机损毁；设备过载开关故障产生误报警，导致“提升减速电机”误动作。

格栅清污机使用的接近开关为电感型，型号为XS630B1NAM12，安装于CFI系统格栅清污机本体上，用于监测格栅清污机的松绳或耙斗状态。其中松绳开关用于监测松绳状态。当监测到1根或2根钢丝绳出现松弛状态时，将触发报警，且联动停运下游设备“提升减速电机”；耙斗与栅条啮合/脱离到位开关用于监测耙斗状态，其逻辑信号参与控制下游设备“电动执行机构”的投运动作。

设备接近开关用于监测格栅清污机的耙斗是否过载，其逻辑信号参与控制下游设备“提升减速电机”的动作，一旦过载报警，则停运电机。

根据现场运行经验和历次维修经验反馈，由于上述接近开关的电气连接为防护等级较低的小型航空插头，易受外部雨水、空气湿度和空气中盐分的影响，长期使用后航空插头接口处生锈腐蚀，导致接触不良，进而使得接近开关无法正常动作。现场航空插头更换前3个月故障率明显低于其他时段，进一步印证了故障引发的原因。

因此，技术改进方案拟定为更换防护等级更高的航空插头或者去除电缆的航空插头，变为一体式接近开关。基于航空插头的不稳定性，现场通过重新设计并与厂家定制了去除航空插头的一体式接近开关XS630B1NAL10/XS8D1A1NAL5，分别替代原物项XS630B1NAM12/XS8D1A1NAM12，具体情况如表1所示。替代物项应用于现场2年多时间，接近开关的故障率下降至2次/年，有效解决了格栅清污机上仪控设备故障率高的问题。

2.2 超声波液位计换型

宁德核电站格栅清污机、鼓型滤网处均安装有液位计，用于测量细格栅、鼓型滤网上下游的液位差，以监测是否存在堵塞，并产生细格栅清污机和鼓型滤网的联动动作及报警信号。考虑监测形式的多样性，现场初始设计的液位测量仪表有静压式水位差计和超声波液位计2种类型。

正常运行时细格栅必须保持干净，2台格栅清污机自动启动，并且不在同一高度上运行；与水头损失传感器的指令同步，并保持半个循环的距离运行。鼓型滤网由水头损失传感器控制其运行状态，其中1列冲洗回路运行(每台鼓型滤网1列)。如果液位计检测出水头损失超过第1正常值，格栅清污机自动启动。当水头损失回落至正常值时，将自动关闭。如果检测水头损失超过第2阈值，向控制室发出报警信号。当3套液位计中的任意2个检测到鼓型滤网进出口的水位差持续升高达到0.3 m时，向控制室输出第1次报警信号。当3套水位差计中的任意2个检测到鼓型滤网进出口的水位差继续增大并达到0.8 m时，向控制室输出第2次报警信号，同时该鼓型滤网对应的循环水泵停止运行，该列退出运行。

表1 格栅清污机上仪控设备技术改进统计

超声波液位计经常误发液位差高信号，但现场实际液位差在正常范围内。超声波液位计发射脉冲波到被测介质表面上，同时接收由被测介质表面反射回来的回波，由发射波和回波的时间差，也就是用声波在空间中的往返穿行时间来测出探头与被测介质表面的距离。对超声波液位计误发液位差高信号的原因分析如下：使用高浓度的次氯酸钠对进入粗格栅内的海生物进行消杀，海生物及杂物与次氯酸钠发生化学反应后在流道内产生大量泡沫。当距离恒定时，超声波液位计回波强度比率取决于被测介质反射面的特性。海水表面的泡沫及漂浮物会吸收或扩散超声波，导致回波减弱或不稳定。当泡沫比较黏稠、浓厚时，超声波液位计测量误差较大，易产生液位差高信号。

静压式水位差计利用液位高度与液体静压成正比的原理，将测量单元浸入海水之中，海水压力使测量单元发生形变，转化为电信号，经过温度补偿和线性修正，输出4—20 mA电流信号。静压式水位差计测量不受海水表面泡沫和漂浮物的影响，历史数据表明其故障率和误报率明显低于超声波液位计，因此可使用静压式水位差计替代超声波液位计。原设计采用2套静压式水位差计及1套超声波液位计，组成“3取2”逻辑来控制鼓型滤网的转速。静压式水位差计型号选用WELL72 XX-AGA-P-2-2.5bar-H-T/FEP25，控制器型号选用VEGA MET625。

原设计采用超声波液位计和静压式水位差计，侧重于测量多样性，避免单一故障。经分析，这些液位计均为非安全相关设计，没有单一故障准则的要求。在逻辑设计时，3个液位计任一动作或任2个动作会引起逻辑联动，没有必须3个液位计同时动作联动设备的要求，所以液位计可以选型一致。因宁德核电水域水质差，静压式水位差计的测量筒长期浸没在海水中，底部容易积累泥沙，测量筒内壁易附着海生物。为保证静压式水位差计可靠使用，制定了每半年清洗1次测量筒的预防性维修策略。

通过以上技术改进和预防性维修措施，水位差计误发报警的问题得以解决。

2.3 压力/差压开关技术改进

悬浮泥沙观测站的实测资料统计表明：宁德核电站海域海水悬沙的平均含沙量为0.076 6 kg/m3，其中夏季悬浮泥沙的平均含沙量为0.056 6 kg/m3，冬季平均悬浮含沙量为0.096 6 kg/m3。实测含沙量最大值为0.275 4 kg/m3，实测含沙量最小值为0.012 3 kg/m3。

宁德核电站近海区海水水体悬沙含量较低，但是在水体底下分布大量由粘土质粉砂组成的淤泥，平均中值粒径为0.007 6 mm，粒径偏细。随着涨潮落潮及海浪的影响，海域底部淤泥被搅浑后进入水体，海水混合运动强烈，水体悬沙含量增大。

由于涨潮、落潮时海水中泥沙含量大，压力/差压开关的取样管长期直接与海水接触，海水内的泥沙逐渐积累在仪表管内，导致压力/差压开关故障，堵塞频次平均高达每2个月1次。每台机组共计4个压力开关、8个差压开关。压力开关用于测量过滤器冲洗水出口压力，差压开关用于测量过滤器水头损失。由于这些仪表为核级仪表，而市场上满足核级要求的压力/差压开关均为接触式。因此，使用非接触式仪表进行换型的设想无法实施。

由于压力/差压开关的取样管堵塞后需要拆卸仪表管进行排污，不便维修。从方便维修的角度，在原有取样管最底部增加了三通和排污阀。同时，增加冲洗取样管的预防性维修策略(每2个月1次)，定期打开排污阀排出取样管内的淤泥。当淤泥将取样管堵死不能排出时，才需要拆卸仪表管冲洗，从而减少了仪表维修工作量。

3 结束语

通过对宁德核电站循环水过滤系统仪控设备(接近开关、超声波液位计、压力/差压开关)存在的问题进行梳理与分析，并提出了技术改进方案，有效降低了设备故障频次，缓解了因系统故障隔离导致电站冷源可靠性下降的问题，提升了机组运行的安全性、经济性和稳定性。上述方案简单易实施，效果明显，为同类电站技术的改进工作提供了参考。