一種核電廠液體泄漏點泄漏率監(jiān)測裝置

羅 泳 潘韻吉

（中核核電運行管理有限公司，浙江 嘉興 314300）

0 引言

核電廠工藝系統(tǒng)中存在大量轉(zhuǎn)動設(shè)備，這些轉(zhuǎn)動設(shè)備的可靠運行是核電廠安全運行的重要保證。轉(zhuǎn)動設(shè)備機械密封泄漏超標、潤滑油管路泄漏超標等是威脅轉(zhuǎn)動設(shè)備長期可靠運行的常見缺陷。目前，核電廠對轉(zhuǎn)動設(shè)備泄漏率的監(jiān)測，一般依靠運行或維修人員的工作經(jīng)驗，通過現(xiàn)場肉眼觀察并計時的方式估算出泄漏率。估算的泄漏率通常以滴/秒、線性泄漏等描述泄漏量大小。這種泄漏監(jiān)測方法在液滴泄漏時不考慮泄漏液滴的大小，線性流泄漏情況下不考慮實際流量，因此無法精確得出泄漏點的實際泄漏率。

液體泄漏處泄漏率是衡量核電廠機組運行設(shè)備泵的機械密封和油杯泄漏、閥門閥桿填料處、液體管道腐蝕穿孔及法蘭連接處等泄漏的十分重要的性能參數(shù)。泄漏率大小直接表征了設(shè)備及系統(tǒng)運行的好壞，繼而評估設(shè)備及系統(tǒng)能否繼續(xù)運行。因此需要設(shè)計一種核電廠中運行設(shè)備及系統(tǒng)液體漏點泄漏率的監(jiān)測裝置，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)精準量化，實現(xiàn)科學監(jiān)測，同時確保測量方式省時省力。

根據(jù)《GB/T 33509—2017機械密封通用規(guī)范》，機械密封的允許泄漏量采用的單位是毫升/小時，如對工作壓力小于5Mpa，軸外徑小于50mm的允許泄漏量要求小于3毫升/小時。在核電廠內(nèi)評價非核安全相關(guān)轉(zhuǎn)動設(shè)備泄漏率采用的評價標準基于國標要求的毫升/小時的精確計量單位。核電廠內(nèi)對涉及核安全的轉(zhuǎn)動設(shè)備其允許泄漏率超過定期試驗大綱要求的允許泄漏率時需要依據(jù)核電廠運行技術(shù)規(guī)格書的要求記錄該轉(zhuǎn)動設(shè)備不可運行并在要求的期限內(nèi)采取相應的糾正行動。如在規(guī)定的行動期限內(nèi)無法修復，則機組狀態(tài)需要后撤至不需要該設(shè)備運行的安全狀態(tài)。此外，在轉(zhuǎn)動設(shè)備機械密封或者潤滑油管路出現(xiàn)泄漏等設(shè)備降級運行工況，需要運行人員相應增加監(jiān)督頻度。通過頻繁的目視觀察方式顯著增加了運行人員的負擔，同時不同閱歷的運行人員對泄漏的主觀感受不同，有時無法可靠識別出設(shè)備泄漏率的不良變化趨勢，導致設(shè)備缺陷的擴大。

1 漏點泄漏量的影響

1.1 錯誤評估漏量，導致缺陷擴大

事件1：2013年3月12日，某核電廠現(xiàn)場人員巡檢發(fā)現(xiàn)核島設(shè)備冷卻水泵4RRI004PO軸承冒煙，油杯處有油漏出，維修部門檢查確認為軸承損壞。

通過電廠計算機系統(tǒng)查看該泵的運行參數(shù)曲線，發(fā)現(xiàn)該泵軸承溫度從5點左右開始上升，判斷此時軸承已經(jīng)出現(xiàn)缺油征兆。從8時開始軸承溫度開始快速躍升并超過軸承允許運行的高限溫度。此時運行人員現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)軸承處冒煙，控制室緊急停泵處理。查看運行巡檢人員巡檢記錄，3點左右運行巡檢人員發(fā)現(xiàn)該泵油杯處漏油，缺陷描述記錄為2滴/1秒。根據(jù)缺陷單描述情況結(jié)合泵運行曲線，分析判斷當時泵的軸承供油油杯已出現(xiàn)輕微側(cè)傾。油杯輕微側(cè)傾的原因可能受到外力干擾導致，最終軸承箱內(nèi)的油經(jīng)側(cè)傾的油杯漏出，軸承缺油燒毀。參與巡檢的運行人員為一名剛獲得授權(quán)的現(xiàn)場巡檢員，因其運行經(jīng)驗欠缺在發(fā)現(xiàn)缺陷時未第一時間通知主控室。主控室操縱員后續(xù)審批缺陷單時，因缺乏對漏油量的精確計量，導致對漏油量的嚴重程度錯誤評估，延緩實施切泵操作，導致泵軸承最終缺油損壞。此事件表明，如能向運行人員提供精確的泄漏監(jiān)測裝置，可克服經(jīng)驗不足等導致的錯誤判斷，在缺陷進一步發(fā)展前采取有力措施避免泵軸承的損壞。

事件2：某核電廠乏燃料冷卻循環(huán)泵3PTR002PO運行期間頻繁出現(xiàn)泵機封處有白色塊狀硼結(jié)晶析出缺陷。但該設(shè)備降級缺陷因缺少精確的泄漏計量裝置而導致長時間無法得到有效識別，直到泄漏的介質(zhì)硼酸溶液析出硼酸后才最終得到有效處理。

乏燃料冷卻循環(huán)泵軸封采用單端面機械密封，軸封冷卻靠的是系統(tǒng)內(nèi)介質(zhì)，該類型的機封通常允許存在較小的泄漏量（約5～6mL/h），但當密封泄漏較大時，需要及時評估泵機械密封的工作性能。如評估發(fā)現(xiàn)泵機封已經(jīng)降級損壞，應立即停泵檢修。該事件說明，液體泄漏率從幾秒幾滴轉(zhuǎn)換成升/小時精確計量是很有必要的。泵軸承處已有硼結(jié)晶出現(xiàn)說明缺陷存在很長時間，但因巡檢采用的標準為幾滴每秒，無法和泄漏標準進行對比，導致缺陷處理的延遲，不利于早期發(fā)現(xiàn)泵的機械密封性能降級。

1.2 影響泵軸封供水閥門開度的精確控制

事件3：現(xiàn)場人員巡檢發(fā)現(xiàn)某核電廠安全殼噴淋系統(tǒng)氫氧化鈉循環(huán)泵4EAS003PO在運行時軸封泄漏量過大，呈線狀滴落。經(jīng)化學人員取樣分析泄漏介質(zhì)為水，懷疑是泵軸封沖洗流量調(diào)節(jié)閥（4EAS150VR）的開度沒有調(diào)節(jié)好或閥門存在內(nèi)漏，導致軸封沖洗除鹽水從機封處流出。由于該轉(zhuǎn)動設(shè)備輸送的介質(zhì)為強堿性物質(zhì)氫氧化鈉，日常排空檢修較為困難。維修部門建議繼續(xù)觀察泄漏量，在泄漏量未超過允許限值的情況下，在核電廠大修期間氫氧化鈉排空后再實施解體工作對機封進行檢查，確認機封是否存在磨損。此事件說明，如泵投運前能通過泄漏率監(jiān)測裝置對軸封水沖洗閥門的開度進行精確設(shè)定，可以避免后續(xù)因無法區(qū)分機械密封處是由于軸封沖洗水還是泵機械密封泄漏輸送介質(zhì)導致的泄漏量增加而延誤檢修。

1.3 影響定期試驗驗收準則的準確判定

事件4：某核電廠氫氧化鈉循環(huán)泵定期試驗因泵軸封泄漏量無法定量監(jiān)測導致試驗判定困難。核電廠因核安全要求，對承擔核安全功能的設(shè)備日常需要根據(jù)一定的頻度（如按月）進行定期試驗驗證設(shè)備良好可運行性。氫氧化鈉循環(huán)泵作用為避免強堿性物質(zhì)氫氧化鈉結(jié)晶而定期對儲罐循環(huán)攪渾。根據(jù)核電廠安全相關(guān)系統(tǒng)定期試驗要求，氫氧化鈉循環(huán)泵需要每月實施一次定期試驗驗證其可運行性。在氫氧化鈉循環(huán)泵的驗收準則中對泵的機械密封泄漏要求為小于5毫升/小時。但系統(tǒng)設(shè)置的軸承水沖洗閥門控制只設(shè)置有軸封供水壓力就地監(jiān)測，泵機械密封處并無設(shè)計泄漏監(jiān)測裝置。由于該泵輸送液體為強堿性物質(zhì)氫氧化鈉，泵的軸封沖洗水是必須的。軸封沖洗水和泵機械密封泄漏都在機械密封處混合，作為運行人員無法區(qū)分。因缺乏軸封泄漏精確監(jiān)測裝置導致運行人員執(zhí)行試驗時，只能依據(jù)軸承泄漏大小估算泄漏量，無法精準驗證定期試驗要求的驗收標準。

2 監(jiān)測裝置設(shè)計

2.1 技術(shù)方案

核電廠液體泄漏處液體泄漏率監(jiān)測裝置由量杯、磁鐵式重力基座、計時器、非接觸式液位控制器和液體收集引漏裝置五部分組成，如圖1所示。量杯采用非金屬材料，玻璃或塑料均可；選用非金屬材料考慮監(jiān)測的液體有可能具有酸堿腐蝕性，因此避免采用金屬容器。量杯的體積有100mL、500mL和1 000mL三種規(guī)格，可根據(jù)泄漏量大小和頻度進行選擇；使用時將其置于磁鐵式重力基座上，可保證其穩(wěn)定性，避免在監(jiān)測過程中由于轉(zhuǎn)動設(shè)備運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動導致裝置傾覆而影響監(jiān)測；將非接觸式液位控制器的低位探頭固定在所選量杯的低位處，高位探頭固定在高位處，高低位均在量杯量程范圍之內(nèi)；若量杯內(nèi)所接收泄漏液體液位到達低位處，低位探頭燈亮同時發(fā)信號至連接的計時器開始計時，液位到達高位處計時結(jié)束，計時器上記錄時間t（s、min、h），若低位開關(guān)對應的量杯體積為V1 mL，高位開關(guān)對應的量杯體積為VmL。

圖1 漏點泄漏率監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖

單位為毫升/小時（ml/h）。

若泄漏點位置比較狹窄不便于放置該裝置，可借助液體收集引漏裝置收集并引漏至量杯中，且量杯的邊緣處有傾倒嘴，便于將泄漏液倒入取樣瓶內(nèi)進行后續(xù)的取樣分析。

2.2 測量方式

方法1：當巡檢發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)動設(shè)備的機械密封處或潤滑油管路設(shè)備處存在泄漏需要監(jiān)測泄漏量進而評估設(shè)備運行狀態(tài)時，可使用本泄漏率監(jiān)測裝置。運行人員根據(jù)泄漏量大小和頻度選擇量杯量程。一般微量滲漏時油杯漏油選用100mL，過量泄漏選用500mL，大量泄漏選用1 000mL。量杯量程的選擇原則上在小泄漏時采用小量杯以提供高精度的泄漏率監(jiān)測。使用時將量杯置于磁鐵式重力基座上，放置后注意測試裝置是否穩(wěn)固，以保證裝置收集漏液期間的穩(wěn)定性。放置時也應注意避免對轉(zhuǎn)動設(shè)備本身造成影響，注意于轉(zhuǎn)動部件和轉(zhuǎn)動設(shè)備的重要儀表保持必要的安全距離。裝置放置時應保持必要的水平度，防止因傾斜導致的計數(shù)偏差。

非接觸式液位控制器的低位探頭L必須固定在所選量杯的低位處，低位探頭位置為監(jiān)測裝置允許監(jiān)測的下限，因此低位探頭位置一旦確定后，不能隨意改變；高位探頭H固定在高位處并離量杯上限一定距離，高低位應均在量杯量程范圍之內(nèi)。若量杯1內(nèi)所接收泄漏液體液位到達低位處，低位探頭L燈亮同時發(fā)信號至連接的計時器開始計時；液位到達高位處，高位探頭H燈亮同時發(fā)送信號至連接的計時器結(jié)束計時，并在計時器上記錄時間t（s、min、h）。運行人員依次讀取低位開關(guān)L對應的量杯體積為VmL，高位開關(guān)對應的量杯體積為VmL，通過下述泄漏率計算公式計算泄漏率。

若泄漏點位置比較狹窄不便于直接放置測量裝置，可借助液體收集引漏裝置收集并引漏至量杯中；量杯的邊緣處有傾倒嘴，便于將泄漏液倒入取樣瓶內(nèi)進行后續(xù)的取樣分析。

單位為毫升/小時（mL/h）。

另外，通過量杯收集液體也方便對泄漏液體的采樣分析，有利于識別機械密封失效模式，實現(xiàn)對缺陷的提前識別評估。

3 結(jié)語

通過設(shè)計一種核電廠液體泄漏點泄漏監(jiān)測裝置，能實現(xiàn)對核電廠液體泄漏點液體泄漏的精確計量，實現(xiàn)對轉(zhuǎn)動設(shè)備液體泄漏的精準評價，避免因標準不清，人員經(jīng)驗不足導致的缺陷擴大和影響核電廠設(shè)備可運行性及時判定。通過量杯收集自動計時的方式可有效降低運行人員對液體泄漏處的監(jiān)測負擔，實現(xiàn)提質(zhì)增效。

目前的液體泄漏監(jiān)測裝置，設(shè)置后人員還需一定頻率在現(xiàn)場實施觀察，后續(xù)可考慮利用廠房內(nèi)的5G信號和裝置本身增加自動計算功能，實現(xiàn)泄漏率監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時上傳，并進一步提升智慧運行水平。