核电站凝结水精处理系统（ATE）投运优化

白彬彬

（中核核电运行管理有限公司，浙江嘉兴 314300）

0 引言

核电站凝结水精处理系统用于二回路水质的净化，保证机组正常运行或凝汽器发生泄漏时的水质，延缓蒸发器水质的恶化，降低机组停机的概率。凝结水精处理系统安全稳定运行，可以大大减缓二回路设备的腐蚀速率，延长蒸汽发生器的使用寿命，进而保护机组的稳定运行。

1 凝结水精处理系统

在火电厂凝结水精处理系统设计中，为避免凝结水精处理装置因故障退出运行而导致凝结水断水，增加了旁路管道，旁路管道上设置阀门加以控制，保证正常运行时凝结水能够经过精处理装置过滤，但由于旁路管道阀门会出现拒动，导致凝结水断水或精处理床体反向跑树脂事故，进而危及机组的稳定运行。因此在核电站的典型设计中，二回路凝结水精处理系统一般采用无阀旁路运行（图1），旁路没有任何其他设备或部件设计，在凝结水精处理装置的终端串联升压泵，当需要对凝结水进行处理时，需要启动升压泵，这种无阀旁流模式可以从根本上解决此缺陷，大幅提升使机组安全系数。

图1 凝结水精处理系统无阀旁路流程

秦山核电站凝结水精处理系统大部分采用无阀旁路设计，运行状况良好，从未发生过凝结水断水或精处理床体反向跑树脂事故。

2 核电站凝结水精处理系统典型问题

2.1 系统投运时间长

压水堆核电站中的凝结水精处理系统在二回路水质达标时停运，只有在水质超标时才投运，这种运行模式可以大幅度降低运行成本、操作工作量及废水排污量。退出后的凝结水精处理系统面临凝汽器出现海水渗漏或泄漏时，按传统的系统设置与运行要求，从冷停运到凝结水精处理系统全流量运行所需要的时间为2～2.5 h。宁德1#机组曾因海水通过补给水管道进入凝汽器引发退出模式，大亚湾核电4CEX 曾因泄漏最终停机，都有启动投运比较慢的因素，投运时间为1～3 h 不等。

2.2 升压泵投运操作复杂

虽然核电站凝结水精处理系统在设计理念上比较先进，安全性能高，但在自动化水平方面要弱于火电厂，大部分火电厂精处理系统是自动投运，自动化程度高于核电站。核电厂考虑到核安全，精处理系统一般需要人工一一投运，费时，且操作方面也稍逊于火电厂。升压泵投运时需要三方面的配合：①升压泵本体需要人员观察是否有异声、冒烟、跑、冒、滴、漏等；②凝结水精处理值班室工控机操作阀门，确认精处理系统在线无问题，启动升压泵；③主控调节凝结水精处理系统流量。这三方面需要互相配合、沟通，才能完成系统的启动，操作程序非常麻烦。在没有时间要求时，这种启动方式没有压力，但在发生凝汽器泄漏、需要紧急启动干预时，及时性和便捷性差。

3 系统投运时间长的原因分析和解决方案

3.1 原因分析

3.1.1 系统升压时间长

停运后的凝结水精处理系统和二回路脱开，通过一个气动总阀实现和二回路的分离。系统中的各阳床和混床装置进出口阀门关闭，处于冷停模式。在冷停模式下，由于系统的微小泄漏（一般来自于取样管线无法关严或仪表管线微露）导致阳床总管和混床总管以及各床体压力无法保持，会降至大气压。当再次投运凝结水精处理系统时需要一一进行升压，非常耗时。因二回路和凝结水精处理系统之间只有气动总阀，没有升压阀，在气动总阀开启后二回路的压力会迅速传导至精处理系统，导致较大的水锤，时间长后很容易引起系统漏水。

3.1.2 阳床和混床装置打循环时间长

为了减少凝结水精处理系统再投运后，其释放的杂质对二回路的的污染，需要先对阳床装置和混床装置打循环，待出水水质合格后再投运阳床和混床。一般打循环的时间需要10 min 左右，如果每个床体都需要打循环，则非常耗时。

3.2 解决方案

3.2.1 系统停运后保压，各阳床或混床进出口阀全开

凝结水精处理系统停运时处于保压状态，和二回路连通的风险主要有以下2 点：

（1）由于进入凝结水处理系统的管径非常粗（≥600 mm），在凝结水精处理系统发生大规模漏水时，也会导致二回路的水大规模泄漏，非常不安全。

（2）凝结水精处理系统入口来自于凝结水泵出口，凝结水泵出口管线有非常明显的高频振动，在凝结水精处理系统入口管道处可以听到像波浪一样的振动声，威胁着精处理系统，时间长以后很容易导致系统中的垫片发生泄漏。

在尽量不大动的原有设计基础上考虑，降低改造成本，建议采取以下优化措施：

（1）目前压水堆凝结水精处理系统和二回路连通时一般只有一个气动总阀隔断，可以在进水总阀旁安装一个升压管线，并加装升压阀，在精处理系统停运时进水总阀关闭，升压管线开启。这样既可以限制凝结水精处理系统漏水的后果，也可以降低高频振动对系统的损害，还可以保证系统时刻处于带压状态。

（2）在与二回路连通期间，为了减少二回路系统的补水、床体交换容量的损失以及废水的产生，需要关闭凝结水精处理系统的取样管线，需要紧急投运时，短时没有仪表不会影响系统投运，投运后再投取样管线无风险。

3.2.2 取消阳床打循环，混床定期打循环

为了避免已接近失效的树脂在停运期间向精处理系统的释放以及在紧急投运后向二回路释放、对二回路造成污染，在每次精处理系统投运后，先对阳床装置和混床装置进行打循环。而单个阳床或混床打循环耗时近10 min，非常费时。

（1）取消阳床打循环：①在采用阳床+混床+升压泵的精处理系统中，阳床可以不用打循环，因为在其后有混床对阳床释放的杂质截留；②在凝结水精处理系统停运后将阳床再生为新树脂，进一步减少系统停运期间杂质的释放；阳床再生工艺简单，不会显著增加工作量。

（2）混床定期打循环：在采用阳床+混床+升压泵的凝结水精处理系统中，因为大部分交换容量消耗在阳床上，混床的再生周期很长，以秦山核电厂某扩建机组为例，混床一般能制水150万吨，累计运行3500 h 左右。另外，混床再生工艺复杂、时间长、操作繁琐，在精处理系统停运时混床可以不需要再生，采用定期打循环的方式来减少杂质向二回路系统的释放。在采用混床+净凝结水泵的凝结水精处理系统中，若周期制水量短，可以在系统停运后对其进行再生，若周期制水量长，也可以采取定期打循环的方式减少杂质向二回路系统的释放。

4 升压泵投运操作复杂的原因和解决方案

4.1 升压泵投运操作复杂的原因

目前在各核电站的精处理系统设计中，主控人员可以看到升压泵的运行、停止状态，可以调节精处理系统的流量，但却不可以启动净凝结水泵。如图1 所示，凝结水精处理系统简称ATE。

从图2 可以看到，在核电站主控室只能看到升压泵和出口阀以及流量调节阀的状态，而主控人员能操作的只有流量调节阀。主控人员可操作设备较少的根本原因是核电行业的保守决策理念。主控不设置升压泵的启动按钮，也是为了避免误操作，因为精处理系统各阳床和混床的进出口阀门状态，主控人员是看不到，因此不能设置启动按钮。

图2 某核电厂凝结水精处理系统（ATE）主控界面

因为凝结水精处理系统专业性强，输送和再生操作步序复杂、设备联动多，容易出现动作卡涩或不到位的情况，若出现问题，一般需要专工（专业人员的简称）及时进行干预，恢复正常状态。因此凝结水精处理系统在正常情况下处于冷备用状态，与二回路系统是脱开的。这种设计偏于保守，在应对凝汽器泄漏，需要紧急启动升压泵时，显得应对能力不足，需要人员三方面就位（就地泵本体、值班室、主控），复杂而费时，可能会导致机组降负荷，严重时导致机组停机。

4.2 升压泵投运优化方案

主控室可以增加凝结水精处理系统各阳床以及混床进出口阀门的状态、流量监控画面，实时监测各阳床、混床进出口阀门状态和流量显示，这样就可以在主控设置升压泵启动按钮，但不改变原有的职能划分，阀门的操作（除凝结水精处理系统的进水总阀和升压阀外）、树脂输送和再生操作仍需由专工负责，减少机组的风险。在不增加机组风险的前提下，可以大大提高在机组发生凝汽器泄漏时的紧急应对能力。图3 为优化后的主控ATE 界面。

图3 优化后的主控ATE 界面

4.3 优化后的管理运行模式

（1）正常工况下凝结水精处理系统停运后处于保压状态，其总阀关闭，升压阀开启，在凝汽器泄漏紧急投运时，主控开启凝结水精处理总阀，关闭升压阀。

（2）检查各阳床和混床的进出口阀门状态，若无问题，即可启动升压泵，调节凝结水精处理系统流量。这样可以大大减少投运时间，减少杂质在蒸汽发生器的浓缩时间，避免机组降负荷或停机。

（3）增加流量显示是为了避免阀门限位反馈有误，造成床体超流量运行，如果投运时发现床体流量不对，主控可以调小凝结水精处理系统的处理流量，并进行现场核实，但不影响系统的投运。

（4）为了进一步保障安全，需要专工在凝结水精处理系统停运将树脂再生为新树脂后，恢复各床体阀门在线到投运状态，并汇报主控，后续若因工作需要改变阀门状态，需汇报主控，保证交流沟通。

上述运行模式在不大幅度改变原有模式的情况下，可以大大提高工作效率，保证设备的安全运行，限制了设备泄漏时对二回路的影响，并提高了机组应对突发事件的能力，降低机组降负荷甚至停机的风险。