昌江核電廠水汽集中取樣裝置優(yōu)化分析

王澄澄

【摘 要】本文運用對比分析的方法，對當涂火電廠水汽集中取樣裝置和昌江核電廠的二回路水汽集中取樣裝置進行分析評價。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當涂火電初期投資較少，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，運行維護方便，但安全穩(wěn)定性較差，能效低；昌江核電廠雖然初期投資相對較大，但其設備在安全和經(jīng)濟性能方面，有了較大的優(yōu)化改進，是節(jié)能增效的有利措施。筆者針對昌江核電的水汽集中取樣裝置進行了深入分析，提出了自己的優(yōu)化建議。

【關鍵詞】核電廠；水汽；集中取樣；優(yōu)化

【Abstract】In this paper， the method of comparative analysis， of Dangtu thermal power plant water vapor concentration sampling device and the Changjiang nuclear power plant in the second loop of water vapor concentration sampling device were analyzed and evaluated. It was found that the Dangtu thermal power with less initial investment， the system has the advantages of simple structure， convenient operation and maintenance， but security and stability is poor， the low level of energy efficiency； Changjiang nuclear power plant although the initial investment is relatively large， but its equipment in safety and economic performance， improvement and optimization of large， is favorable measures for energy efficiency. The water vapor concentration of Changjiang nuclear power sampling device are analyzed， put forward the optimization suggestions.

【Key words】Nuclear power plant； steam； Concentrated sampling； Optimization

0 前言

馬鞍山當涂發(fā)電有限公司（以下簡稱當涂火電）有兩臺660MW超臨界燃煤火電機組，其水汽集中取樣分析系統(tǒng)采用的是蘇州中新動力生產(chǎn)的SZ-II型水汽集中取樣裝置[1]。海南昌江核電廠（以下簡稱昌江核電）共有兩臺650MWe的CNP650型壓水堆核電機組，其二回路水汽取樣監(jiān)測系統(tǒng)采用的是南京國能環(huán)保公司生產(chǎn)的GN-65型集中取樣裝置[2]。

當涂火電與昌江核電的水汽取樣裝置，其基本功能是一致的，即在常規(guī)島水汽回路（核電廠為二回路）系統(tǒng)的關鍵部分取樣，將所取得的樣品通過相應的管道送至水汽集中取樣裝置進行分析，其結(jié)果將全面顯示熱力系統(tǒng)中水汽回路或者其他輔助回路在該部分的介質(zhì)物理、化學性質(zhì)，如含氧量、pH值、電導率（包括陽離子電導率和比電導率）、鈉離子含量、聯(lián)氨量等是否符合運行要求[3]。

然而，隨著電力技術(shù)的不斷發(fā)展，電廠對水汽取樣裝置的安全、經(jīng)濟及能效等方面的要求也在不斷提高。水汽取樣方式也從最初的分散式逐漸發(fā)展為集中式。為了提高安全性，當涂火電的水汽集中取樣分析裝置設計了樣水超溫保護裝置。昌江核電相對當涂火電，其水汽集中取樣裝置在兼顧其基本功能的情況下，進一步增加了斷流保護裝置、超壓保護裝置和樣水回收裝置。

1 系統(tǒng)組成與功能設計

1.1 當涂火電水汽集中取樣分析裝置

當涂火電采用的是常規(guī)超臨界直流火電廠技術(shù)比較成熟的水汽取樣監(jiān)測系統(tǒng)，其組成部分主要包含水樣高溫冷卻器、一次閥、二次閥、排污閥、樣水冷卻器、減壓閥、過濾器、電磁閥、恒溫裝置、流量計、在線分析儀表等。

水汽樣品自取樣點來，進入高溫取樣架，高溫水汽樣品首先經(jīng)過高溫取樣架的集中式高溫冷卻器進行預冷卻，然后進入一次閥、二次閥進入低溫冷卻器，使水樣溫度降低到人工取樣溫度（≤40℃），然后進入減壓閥，將水汽樣品的壓力降低到0.1MPa左右，然后進入過濾器，去除水樣中顆粒較大的腐蝕雜質(zhì)。

水汽樣品經(jīng)過高溫取樣架的減溫減壓過程后，進入低溫儀表盤，其樣品分為兩路。一路為人工取樣管線，另一路為儀表樣水管線。儀表樣水需先經(jīng)過一個帶溫度測點連鎖的電磁閥，然后進入恒溫裝置，在恒溫裝置中進一步冷卻水樣，使樣水溫度恒定在25±1℃范圍，再進入分析儀表進行在線分析。

1.2 昌江核電二回路水汽集中取樣監(jiān)測裝置

昌江核電二回路水汽取樣監(jiān)測裝置由高溫取樣架、低溫儀表盤（包括儀表濕盤架和儀表干盤架）、恒溫裝置、輔助系統(tǒng)（包括樣水回收系統(tǒng)和樣水斷流補水系統(tǒng)）組成。高溫取樣架和低溫儀表架分室布置，恒溫裝置、輔助系統(tǒng)與低溫儀表架同室布置。

圖2 昌江核電水汽集中取樣裝置單管線示意圖

如圖2所示，水汽樣品自取樣點來樣后經(jīng)過高溫取樣架減溫、減壓作用后，達到人工取樣的溫度（≤40℃）、壓力（≤0.2MPa）要求后，進入低溫儀表盤。水樣在進入低溫儀表盤后分為兩路，一路經(jīng)過穩(wěn)壓閥穩(wěn)壓后去人工取樣盤，另一路經(jīng)過恒溫裝置再次冷卻后（25±1℃）進入在線化學儀表。

2 安全性分析

2.1 超壓保護

在高溫取樣架的設計中，昌江核電在減壓閥后側(cè)增加了安全閥，提高取樣管線抗高壓的能力，提高取樣管線壓力耐受等級。當水汽樣品經(jīng)過減壓閥后，其壓力仍然超過0.45MPa時，安全閥將自動泄壓，保護后續(xù)設備的安全。

2.2 超溫保護

水汽樣品進入低溫儀表盤后，分為兩路。其中去化學儀表的水樣首先經(jīng)過超溫關斷電磁閥。當水汽樣品溫度>40℃時，電磁閥將連鎖關閉，切斷去化學儀表的取樣水流，保護化學儀表電極。昌江核電與當涂火電，均設計了超溫保護系統(tǒng)。

2.3 斷流保護

當化學儀表因異常情況（例如超溫保護系統(tǒng)動作、高溫取樣架排污或者取樣管線堵塞等），導致水樣斷流時，昌江核電的取樣裝置中設計在儀表進水流量計中的斷流傳感器將檢測到斷流信號，并連鎖開啟斷流補水電磁閥，利用斷流補水箱中的除鹽水向化學儀表電極供水，確?；瘜W儀表電極處于“濕”保養(yǎng)狀態(tài)。當涂火電并未設計此系統(tǒng)，系統(tǒng)穩(wěn)定性較低。

2.4 冷卻保護

當涂火電水汽取樣裝置中，其高溫取樣架的排污擴容器，設計為帶冷卻功能的排污擴容器，可有效冷卻高溫高壓水汽樣品。當高溫取樣架進行排污工作時，可避免因高溫高壓水汽樣品導致水霧彌漫，影響操作人員和周邊設備的安全運行。而昌江核電并未設計冷卻功能，僅僅只有擴容泄壓功能，在調(diào)試期間排污過程中，產(chǎn)生大量熱水霧，安全性較差。

3 經(jīng)濟性分析

3.1 設備成本分析

當涂火電的水汽集中取樣裝置相對比較簡單，維護操作方便，一次性投資較少。

昌江核電的二回路水汽集中取樣監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)復雜，功能更加完善，調(diào)試運行操作相對較復雜，初期投資相對較高。

3.2 樣水回收裝置

昌江核電水汽集中取樣裝置為了提高水資源的利用率，設計了樣水回收系統(tǒng)。其主要由一個回收水箱、1臺回收水泵和不相應的閥門管線組成。

水汽樣品的水樣絕大部分是電廠水汽回路中的高品質(zhì)水樣，其水質(zhì)參數(shù)與補給除鹽水接近，可作為水汽回路的補給水予以回收。其他的如閉式冷卻水等水質(zhì)與水汽回路的水質(zhì)要求相差較大的樣水，不能再回收利用。

3.3 經(jīng)濟效益分析

昌江核電水汽集中取樣裝置主要回收儀表排水，該裝置共有22臺在線化學儀表，除去閉式冷卻水2臺化學儀表排水不回收（水質(zhì)不符合凝結(jié)水水質(zhì)要求），共計20臺化學儀表排水需要回收。以300ml/min的儀表流量計算，按每年運行300天計算，每年兩臺機組回收的樣水量Q為：

Q=2×300×20×60×24×300=5184噸/年

電廠鍋爐補給除鹽水的制水成本依照15元/噸計算，每年可節(jié)約直接制水成本V1：

V1=5184×15=77760元/年

如果間接考慮制水設備的損耗、維護以及廢水處理成本，以7元/噸計算，其間接可減少設備損耗、維護及廢水處理成本V2：

V2=5184×7=36288元/年

綜合以上兩項，可節(jié)約經(jīng)濟成本約11.4萬元/年。由此可見，對水汽集中取樣裝置中水質(zhì)較高的水樣進行回收，既能避免水資源的浪費，提高水資源的利用率，又能降低生產(chǎn)成本，是節(jié)能增效的有力措施。

4 優(yōu)化建議

昌江核電的水汽集中取樣裝置，仍可進一步優(yōu)化設計。

4.1 排污擴容器冷卻優(yōu)化

其高溫取樣架的排污擴容器未設計冷卻裝置，建議設計成為帶冷卻效果的排污擴容器，提高高溫取樣架水汽樣品排污的安全性。在調(diào)試期間，高溫取樣架對高溫水汽樣品管線進行排污是，會產(chǎn)生大量的熱蒸汽充斥整個房間，對操作者和廠房設備是一個安全隱患。

4.2 人工取樣盤樣水回收優(yōu)化

可對人工取樣盤中的水樣進行分類，純水級別的樣水利用回收水管導入回收水箱予以回收，水質(zhì)較差的樣水排入地溝。經(jīng)計算，昌江核電每臺機組可回收的人工取樣管線有23條，每條人工取樣管線流量依500ml/min計算，其可回收的樣水流量為9936噸，可節(jié)約經(jīng)濟成本218592元/年。

5 結(jié)束語

綜上分析，當涂火電的水汽集中取樣裝置系統(tǒng)簡單、操作方便、技術(shù)成熟，但安全性能和經(jīng)濟效益相對較差。昌江核電在水汽集中取樣裝置的設計上相對更加安全、經(jīng)濟環(huán)保。其設計的超壓保護系統(tǒng)和斷流保護系統(tǒng)可有效的保障裝置的安全運行，維持在線化學取樣分析的穩(wěn)定；樣水回收裝置可有效節(jié)約生產(chǎn)成本，提高環(huán)保效益。但是，其設計仍然有可優(yōu)化改進的地方，可在今后的生產(chǎn)運行過程中對系統(tǒng)進行更進一步的優(yōu)化改造，進一步提高經(jīng)濟環(huán)保效益。

【參考文獻】

[1]馬鞍山當涂發(fā)電有限公司.化學運行手冊[S].安徽馬鞍山：馬鞍山當涂發(fā)電有限公司，2015.

[2]中國電力工程顧問集團華東電力設計院.海南昌江核電廠1、2號機組工程水汽取樣系統(tǒng)手冊（SIT）[S].上海：華東電力設計院，2011.

[3]南京國能環(huán)保工程有限公司.海南昌江核電廠一期工程027A二回路水汽取樣監(jiān)測系統(tǒng)安裝調(diào)試分卷[Z].南京：南京國能環(huán)保工程有限公司，2013.

[責任編輯：楊玉潔]