M310机组二回路启动阶段的水化学控制

2018-12-28卢盖,张祥,高倩

中国核电 2018年4期

卢盖,张祥,高倩

(1.海南核电有限公司,海南昌江 572733;2.南昌凯利核技术工程开发服务有限公司海口分公司,海南海口 572733)

M310核电机组二回路各系统设备材质以碳钢为主,大修期间二回路各系统设备处于敞开状态,泥渣、粉尘、焊渣等杂质易进入设备及管道内部,且碳钢材质表面会产生一定量的腐蚀产物。机组启动期间,若二回路各系统设备未进行合理、有效冲洗,这些杂质及腐蚀产物会被带入蒸汽发生器中,导致蒸汽发生器水质恶化,影响机组功率提升和安全运行。

机组启动期间,核电厂二回路系统设备冲洗的工期安排一般较短,容易出现二回路冲洗效果不佳问题,此情况在工期较短的大修中尤为明显。且技术规范中对二回路冲洗及启动各阶段的水质控制指标均无明确要求,易出现水质控制不严格,导致机组运行初期二回路WANO化学指标恶化状况。因此建议核电厂为二回路启动期间各阶段制定完善的化学控制指标,在冲洗及启动过程中逐渐优化各系统水质,缩短机组运行初期二回路水质满足WANO化学指标所用时间。

1 二回路系统设备的冲洗及启动流程

M310机组的启动及功率提升按《D14反应堆达临界、零功率物理试验及常规岛启动》《D15提升反应堆功率到100%FP》规程执行。规程中二回路系统设备冲洗及启动流程见图1。

图1 M310机组二回路系统设备的冲洗及启动流程Fig.1 The flushing and startup processes of the secondary system of the M310 unit

2 二回路各系统逐级进水冲洗

二回路的系统设备的冲洗从凝汽器进水开始,凝汽器进水后启动1台凝结水泵对其内部进行循环冲洗,同时打开凝结水泵出口母管上的排水阀进行排水,凝汽器补水阀按凝汽器水位控制系统运行以维持凝汽器内部水位。

凝结水系统 (CEX)水质冲排合格可向低压加热器系统 (ABP)和给水除氧器系统 (ADG)供水。当除氧水箱液位达在+2 m左右,启动除氧器再循环泵对除氧器内部进行循环冲洗,同时打开除氧器水箱排水阀,对除氧器进行冲排水。除氧器水箱水质合格后,向高压加热器系统(AHP)供水前。

为确保除氧器喷淋管不被腐蚀产物及悬浮杂质堵塞,防止大颗粒杂质在系统拐角及缝隙处沉积聚集。根据同行核电厂的经验[1-2],建议凝气器和除氧器水箱水质满足表1水质规范后,再向其下游系统供水。

表1 CEX、ADG系统向下游系统供水水质规范Table 1 The quality specifications of water fromthe CEX and ADGsystems to the downstreamsystems

3 二回路大循环冲洗

高压加热器系统 (AHP)进水完成后,二回路开始大循环冲洗,即CEX系统冲洗水依次经过ABP、ADG、AHP系统后最终返回CEX系统。大循环冲洗同时,通过CEX和ADG系统的排水阀,保持二回路整体的冲排水。二回路大循环期间各系统冲洗水流量大,换水流量也较大,是二回路水质冲洗的最佳阶段。

二回路大循环冲洗结束后,除氧器开始升温,期间AHP和ADG系统杂质逐渐释放,各杂质离子较升温前通常上涨5～10倍。以海南核电102、201大修为例,AHP和ADG大循环停止及除氧器升温完成后,Fe和SO2-4变化情况见表2。

表2 ADG、AHP水质升温前后Fe、SO2-4 变化Table 2 The change of Fe and SO2-4 before and after the temperature rise of ADGand AHP water

除氧器升温完成后,ADG、AHP系统水质无法进行大流量更换。因此,除氧器升温完成后两系统水质情况基本由大循环停止时的水质确定。且升温完成后通过启动给水泵将除氧水箱水质向蒸汽发生器提供,为确保蒸汽发生器供水水质满足功率运行期间限值要求,建议二回路大循环停止前,AHP和ADG系统水质满足表3规范。

表3 二回路大循环停止的水质规范Table 3 The water quality standar d of the large cycle stop of the secondary circuit

4 凝结水泵和主给水泵上下游管道的冲洗

二回路大循环冲洗期间,通常利用1台凝结水泵为二回路的冲洗提供压头,其他两台凝结水泵和三台主给水泵不进行连续冲洗。但这些泵进出口管线较长、管径较粗、管道水容积较大,大修后管道内部积累大量杂质和腐蚀产物。二回路冲洗期间,通常仅通过泵下游疏水管道排水,但由于疏水管道管径比泵前后主管道小得多,冲洗时主管道内水流缓慢,很难起到良好的冲洗效果。据资料显示[3],机组提升功率期间,新投运一台凝结水泵或主给水泵通常会导致二回路各杂质离子成倍增加。为防止凝结水泵和主给水泵的启动导致蒸汽发生器水质突然恶化,建议在大循环冲洗期间,安排对泵前后管道进行充分冲洗。

3台主给水泵启动前的再鉴定试验通常在二回路大循环期间执行,建议在二回路冲洗水质满足表3规范要求下,利用再鉴定试验逐台启动主给水泵,对泵上下游管道进行30 min左右的冲洗。另外,建议二回路大循环冲洗期间,逐台切换凝结水泵运行,对每台凝结水泵上下游管道进行冲洗。同时,凝结水泵和主给水泵管道冲洗期间,建议凝结水精处理系统处于投运状态,确保泵停运前,其上下游管道内水质通过凝结水精处理系统充分净化。

5 启机期间凝结水精处理系统 (ATE)运行方式

二回路大循环冲洗期间,当二回路冲洗水铁含量≤400μg/L,允许投运ATE系统对二回路水质进行净化。ATE系统投运后,在较短时间内可使二回路水质满足大循环停止水质要求。

蒸汽发生器切换至主给水系统 (ARE)供水后,为确保进入蒸汽发生器的水质充分净化,需保证ATE系统全流量处理,即净凝结水流量大于凝结水流量。尤其在各级疏水初次形成期间,需确保净凝结水流量大于凝结水流量100 t/h左右。此时疏水管路杂质含量较多,疏水被回收至凝汽器中,凝结水水质差,即使少量未经净化的凝结水进入蒸汽发生器,经蒸发浓缩后,蒸汽发生器中杂质离子也会严重偏高。

机组功率提升期间,主给水和凝结水流量会随机组功率的提升逐渐增大,期间需及时调整ATE系统的净化流量,确保全流量处理。当机组稳定功率运行后,ATE系统仍需全流量净化2～3周时间,在蒸汽发生器水质指标满足WANO化学指标的要求后,可逐渐降低ATE系统的净化流量。

6 启机期间蒸汽发生器排污系统运行方式

机组启动阶段,二回路杂质比功率运行期间多,且杂质进入蒸汽发生器后,只能通过蒸汽发生器排污系统排出,此时保证APG系统最大流量运行对于控制蒸汽发生器水质至关重要。针对APG系统运行方式,有以下经验可供借鉴:

1)汽轮机冲转前,拆除APG系统树脂床前过滤器滤芯,同时将除盐床旁路运行。这样可避免排污水中杂质堵塞过滤器,导致排污流量降低。同时由于此时排污水杂质多、水质差,无回收必要,可直接排掉。

2)机组核功率升至8%Pn时,通常将APG系统的非再生式热交换器切至再生式热交换器,使APG系统排污流量由25 t/h提升至59 t/h,并将APG系统排污水切至凝汽器。但由于汽轮器冲转成功 (14%FP)后,气侧和疏水管道的杂质离子向二回路的释放,APG系统排污水质仍然较差。过早的回收蒸汽发生器排污水会恶化凝汽器水质,并加剧ATE系统负担。建议机组功率达30%FP后,将排污水回收至凝汽器,利用ATE系统除盐床对二回路水质净化,不投用APG除盐床。待蒸发器排污水水质满足功率运行期间水质期望值时,即各主要指标满足表4水质规范时,投用APG系统除盐床对排污水进行净化。此时蒸汽发生器排污水水质基本稳定至五区图中第二区,二回路各系统水质已充分净化,投入APG除盐床即可降低ATE负担,也可逐渐优化二回路水质。

表4 APG系统投用除盐床的水质规范Table 4 The water quality specifications for the desalination bed of APG

7 疏水管道的冲洗

二回路汽侧疏水设备及管道设计上是无法进行冲洗的,这部分涉及的设备及管道较多,如汽轮机、汽水分离再热器及疏水箱/疏水管道、高压加热器疏水管道等。大修后,这部分设备管道的初期疏水若不经净化直接进入蒸汽发生器,会导致蒸汽发生器水质迅速恶化。

正常功率运行期间,汽水分离再热器(GSS)和高压加热器系统 (AHP)疏水回流至除氧器。机组启动时,除氧器热力除氧前,通常将GSS和AHP系统疏水回收至凝汽器,确保初期疏水全部经过ATE系统净化后再进入蒸汽发生器。一般认为当机组达50%FP时,各级疏水管道已得到充分冲洗,可将GSS和AHP系统疏水切换至除氧器。但经过几次大修跟踪发现,不同大修疏水侧检修内容有所差异,机组达50%FP时,GSS和AHP系统疏水水质差异较大。以海南核电201和102大修二回路水质中硫酸根情况为例,当机组功率达50%时,GSS和AHP系统疏水及蒸发器排污水SO2-4情况见表5。

表5 201、102大修GSS和AHP系统疏水及蒸发器排污水SO2-4 情况Table 5 The content of SO2-4 in GSSand AHPsystem drain and evaporator effluent of the overhaul 201 and 102

海南核电站1、2号机组达50%FP时,GSS和AHP系统疏水总流量约为650 t/h,蒸发器给水流量约为2000 t/h左右,排污水流量为59 t/h。在不考虑其他系统杂质释放情况下,GSS和AHP系统疏水进入蒸发器经浓缩后,蒸发器排污水中各杂质含量约为GSS和AHP系统疏水的11.3倍。考虑机组在30%FP时开始计算WANO化学指标,为减少疏水水质对于蒸发器排污水水质的影响。综合历次大修及经验,建议当机组达50%FP时,且确保疏水水质满足表6指标,再执行疏水切换工作。