某核電凝汽器檢漏裝置誤報(bào)的原因及分析

黃 鎧，張振宇

(中核核電運(yùn)行管理有限公司, 浙江 嘉興 314300)

0 概 述

凝汽器檢漏裝置是核電站二回路中的關(guān)鍵設(shè)備，由取樣泵從凝汽器中抽取樣水，輸送至在線電導(dǎo)率表進(jìn)行檢測。當(dāng)在線陽電導(dǎo)率達(dá)到報(bào)警設(shè)定值時(shí)，即可判定凝汽器存在海水泄漏。切換或更替陽樹脂時(shí)，常引發(fā)系統(tǒng)報(bào)警，頻繁的誤導(dǎo)性報(bào)警增加了判別凝汽器泄漏的難度。

1 凝汽器檢漏裝置

因凝汽器運(yùn)行時(shí)的振動、熱脹冷縮和化學(xué)腐蝕等因素的影響，凝汽器傳熱管會出現(xiàn)破裂現(xiàn)象，造成高電導(dǎo)率的海水從漏點(diǎn)處混入凝結(jié)水。若凝結(jié)水水質(zhì)劣化，將直接影響蒸汽發(fā)生器及二回路重要設(shè)備及管道[1]。凝汽器檢漏裝置(CLDD)具備實(shí)時(shí)監(jiān)測凝汽器海水泄漏的功能，檢測時(shí)，將取樣水經(jīng)過檢漏裝置內(nèi)的強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂(DOWEX)處理后，送至電導(dǎo)率表，再由在線電導(dǎo)率表將測定的結(jié)果傳送至主控室監(jiān)測臺。當(dāng)泄漏發(fā)生時(shí)，運(yùn)行人員可根據(jù)在線電導(dǎo)率表的數(shù)值，快速地判斷漏點(diǎn)的大致位置，及時(shí)采取應(yīng)對措施。某核電機(jī)組設(shè)有4套凝汽器檢漏裝置，每臺檢漏裝置配備了2根陽樹脂柱，1用1備。陽樹脂屬于消耗品，使用周期為1個(gè)月。當(dāng)陽樹脂失效后，需要將備用樹脂切換至使用狀態(tài)。某核電站凝汽器檢漏裝置的布置，如圖1所示。

圖1 某核電站凝汽器檢漏裝置的布置

檢漏裝置中陽電導(dǎo)率的日常值小于0.1 μS/cm，切換備用樹脂后，檢漏裝置中的陽電導(dǎo)率數(shù)值迅速上升，很快達(dá)到電導(dǎo)率高報(bào)觸發(fā)值(0.5 μS/cm)，隨即觸發(fā)了主控室內(nèi)的報(bào)警信號。樹脂切換后，凝汽器檢漏裝置中陽電導(dǎo)率隨時(shí)間變化的曲線，如圖2所示。從圖2可知，電導(dǎo)率最高可升至4.0 μS/cm，需3 min后，電導(dǎo)率才降至觸發(fā)值以下，報(bào)警信號消除。頻繁的誤導(dǎo)性報(bào)警，破壞了報(bào)警的指向性。

圖2 樹脂切換后陽電導(dǎo)率的變化(流量150 mL/min)

2 誤導(dǎo)性報(bào)警的原因分析

2.1 總有機(jī)碳(TOC)

該核電站凝汽器檢漏裝置未配備樹脂再生單元，失效樹脂需經(jīng)柱體外的再生系統(tǒng)活化，活化后樹脂將重新被填入樹脂柱。在樹脂活化和填裝過程中，未能隔絕空氣，因此，可能有二氧化碳等氣體進(jìn)入，這些氣體被溶解于樹脂浸泡液中，提高了樹脂浸泡液的電導(dǎo)率。切換樹脂時(shí)，浸泡液將在凝結(jié)水流入之前先到達(dá)電導(dǎo)率表，從而使陽電導(dǎo)率的測定數(shù)值升高。利用總有機(jī)碳儀，測定了樹脂浸泡液和參比樣品(空氣飽和除鹽水)的總有機(jī)碳(TOC)[2]及總無機(jī)碳(TIC)的數(shù)值，并進(jìn)行了對比。對比的結(jié)果，如表1所示。從表1可知，2個(gè)樣品的TIC測定數(shù)值基本相同，表明樹脂浸泡液是因空氣溶解飽和的，但樣品的TOC測定數(shù)值的差別較大。在參比樣品中，從樹脂浸泡液中檢測出的TOC濃度為1.67 mg/kg，而在其它樣品中基本無法檢測出TOC的濃度值。

表1樹脂浸泡液和參比樣品的測定值及數(shù)值對比

測定項(xiàng)目TIC/(mg·kg-1)TOC/(mg·kg-1)σ/(μS·cm -1)pH樹脂浸泡液0.511.6760.14.0參比樣品0.480.011.16.7

2.2 離子色譜(IC)

圖3 樹脂浸泡液的離子色譜圖及濃度

(1)

σ：酸化合物的電導(dǎo)率；

C-：負(fù)離子的濃度；

C+：正離子的濃度。

計(jì)算電導(dǎo)率的結(jié)果及各個(gè)酸化合物對浸泡液電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)百分比，如表2所示。浸泡液中各個(gè)組分的電導(dǎo)率占比圖，如圖4所示。

圖4 浸泡液中各個(gè)組分的電導(dǎo)率百分比

從表2及圖4可知，鹽酸的電導(dǎo)率占浸泡液總電導(dǎo)率的79.9%。因此，認(rèn)為再生液的殘留和析出使電導(dǎo)率升高，是觸發(fā)報(bào)警的主要原因。硫酸產(chǎn)生的電導(dǎo)率占10.4%，僅次于鹽酸，由此認(rèn)為，樹脂本體的溶出，是誤報(bào)觸發(fā)的第二大原因?？諝馊芙庖氲碾妼?dǎo)率僅占1.8%，不是誤報(bào)觸發(fā)的主要原因。氫氟酸和硝酸產(chǎn)生的電導(dǎo)率較小，認(rèn)為是再生過程中引入的雜質(zhì)，也不是觸發(fā)誤報(bào)的主要原因。

3 解決方案

根據(jù)樹脂浸泡液的分析結(jié)果可知，再生液殘留和析出、以及樹脂本體的溶出，是誤報(bào)觸發(fā)的主要原因。由于樹脂再生是工藝上的要求，本體溶出是樹脂的本質(zhì)特性，均無法避免。觸發(fā)誤報(bào)，是由于高電導(dǎo)率的樹脂浸泡液進(jìn)入了電導(dǎo)率表，所以，在樹脂投入使用前，應(yīng)進(jìn)行充分的沖洗，以降低浸泡液的電導(dǎo)率，可避免樹脂切換時(shí)觸發(fā)報(bào)警。

根據(jù)沖洗要求，提出了旁路電導(dǎo)率表的樹脂沖洗方法。具體實(shí)現(xiàn)方案，如圖5(a)所示。在電導(dǎo)率表和樹脂柱之間，增加1個(gè)三通閥，三通閥入口連通樹脂柱的出口，出口分別接電導(dǎo)率表和常規(guī)島廢液系統(tǒng)(SEK)。切換樹脂前，操作三通閥使其連通SEK，利用取樣泵抽取的凝結(jié)水沖洗樹脂柱，使樹脂柱內(nèi)電導(dǎo)率較高的浸泡液逐漸被低電導(dǎo)率的凝結(jié)水取代。完成沖洗后，操作三通閥使其連通電導(dǎo)率表，檢測系統(tǒng)重新投入使用。此時(shí)，低電導(dǎo)率的凝結(jié)水通過電導(dǎo)率表，不會觸發(fā)電導(dǎo)率高的報(bào)警?？紤]到節(jié)能和減排，還有增加回水管線的技改方案，可實(shí)現(xiàn)切換期間沖洗水的回收。沖洗水回收技改方案，如圖5(b)所示。但是，浸泡液中含有高濃度的氯離子和硫酸根離子，不利于系統(tǒng)的腐蝕防護(hù)。因此，不建議采用回收沖洗水的技改方案。

表2計(jì)算電導(dǎo)率的結(jié)果及各個(gè)組分的貢獻(xiàn)百分比

酸化合物摩爾濃度/(mol·m-2)負(fù)離子極限摩爾電導(dǎo)率/(S·m2·mol-1×10-4)正離子極限摩爾電導(dǎo)率/(S·m2·mol-1×10-4)電導(dǎo)率/(μS·cm-1)百分率/%鹽酸112.7 76.4349.847.9 79.9硫酸7.3 159.6349.86.3 10.4氫氟酸7.8 55.4349.83.2 5.2 硝酸2.771.4349.81.21.9空氣溶解///1.11.8其他?///0.40.7

*注—其他為總電導(dǎo)率中未具體定義的部分，可能是樹脂溶出的有機(jī)磺化物產(chǎn)生的電導(dǎo)率。

(a)直接排放沖洗水的方案 (b)回收沖洗水的方案

圖5 避免樹脂切換時(shí)引發(fā)誤報(bào)的技改方案

采用旁通電導(dǎo)率表的方法，不利于對凝汽器狀態(tài)的監(jiān)測，當(dāng)樹脂切換完成后，需及時(shí)投運(yùn)電導(dǎo)率表。根據(jù)不同流量下電導(dǎo)率的變化曲線，發(fā)現(xiàn)采用高流量沖洗，可使電導(dǎo)率快速下降。不同流量下陽電導(dǎo)率隨時(shí)間的變化曲線，如圖6所示。

圖6 不同流量下陽電導(dǎo)率隨時(shí)間的變化曲線

根據(jù)圖6中報(bào)警時(shí)間與流量的關(guān)系曲線可知，當(dāng)流量為150 ～ 300 mL/min時(shí)，沖洗流量每增大50 mL/min，報(bào)警時(shí)間可減少約20 s。為了及時(shí)投運(yùn)電導(dǎo)率表，建議在接通旁通電導(dǎo)率表期間，適當(dāng)增大沖洗流量，待樹脂切換操作完成后，再恢復(fù)為正常的工作流量。

4 結(jié) 語

系統(tǒng)地查找了在樹脂切換期間凝汽器檢漏裝置誤報(bào)產(chǎn)生的原因。通過對比浸泡液中各個(gè)組分對電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)百分比的大小，認(rèn)為再生液的殘留和析出及樹脂本體溶出，是誤報(bào)觸發(fā)的主要原因。提出了旁路電導(dǎo)率表等方法，避免引發(fā)樹脂切換期間的誤導(dǎo)性報(bào)警。在接通旁通電導(dǎo)率表時(shí)，采用大流量沖洗使電導(dǎo)率快速下降，可有效降低誤報(bào)的頻次，提高了凝汽器檢漏裝置運(yùn)行的可靠性，有助于對凝汽器泄漏事故的快速響應(yīng)和處置。