江苏核电有限公司 调试管理处
摘要：目前大多核电站采用示踪剂法进行蒸汽湿度的测量，田湾核电站的VVER核电机组采用钠离子作为示踪剂进行蒸汽湿度测量。本文从VVER蒸汽湿度试验的配套系统、试验准备及试验过程实施出发，介绍了湿度试验的重点并总结相关经验。
关键字：VVER机组；蒸汽发生器；蒸汽湿度；示踪剂法
1.蒸汽湿度试验的意义
蒸汽湿度是衡量核电机组安全可靠运行的一个关键性的技术指标。核电厂的汽轮机多采用蒸汽发生器系统产生的低参数大流量饱和蒸汽作为工作介质，其正常运行湿度一般不超过0.3％。如果湿度超标，会减少热负荷输出、增加机组热耗、降低机组的循环热效率，甚至还会使高压缸各级叶片产生结构性磨损和腐蚀。因此，湿度能否达到设计要求以及如何准确测定主蒸汽的湿度至关重要。
2.蒸汽湿度试验的方法
目前核电站一般采用示踪剂法进行蒸汽发生器蒸汽湿度的测量。田湾核电站的蒸汽发生器汽水分离试验由设计文件确定为采用硝酸钠做为试验的化学示踪剂。
在蒸汽湿度试验中，通过加药系统往蒸汽发生器二次侧水相中加入一定体积的化学示踪剂溶液（即硝酸钠溶液），同时对二次侧水相和出口蒸汽进行取样，测定水样和蒸汽样品中示踪剂的浓度，然后根据以下计算公式，用测得的出口蒸汽中和二次侧水相中示踪剂的浓度计算不同水位下出口蒸汽的湿度。设计额定水位（2400mm）蒸汽发生器出口蒸汽湿度值小于0.2%。
ω–每台蒸汽发生器出口的蒸汽湿度，%;
S–蒸汽样品中Nа+的浓度，μg/l；
Sind–蒸汽发生器炉水中Nа+的浓度，μg/l。
3.蒸汽湿度试验相关支持系统
3.1.蒸发器蒸汽湿度试验取样装置
VVER核电机组的蒸汽发生器有专门的蒸汽湿度试验取样装置，即蒸发器蒸汽湿度和液位监测系统KUD。KUD系统在每台蒸发器环路上都有五个取样管线。其中KUD15(25，35，45)管线在主蒸汽管线上，用于汽水分离试验时取对应每台蒸发器蒸汽侧的样品。KUD11(21，31，41)和KUD14(24，34，44)管线从靠近蒸发器一次侧集流管入口旁的圆柱形容器中引出。该容器的容器壁上有两个孔，引出的管线与蒸发器壳体中部的取样管线连接，用于抽取炉水的样品。贴近水下均汽板的部位还有一根管线接至蒸发器热封头处的波动箱，用于液位计JEA10(20，30，40)CL005测量液位。
KUD12(22，32，42)和KUD13(23，33，43)管线与在线监测装置相连接，该装置也是一个密闭柱状容器。两根管线与在线监测装置的连接点垂直距离为100mm，两个连接点的中间点即为蒸发器正常运行液位。设置液位在线监测装置的目的是不需要降功率即可根据取样结果确认蒸发器液位是否在设计的正常范围之内。液位在线监测装置的工作原理是分别从液位该装置上部和下部取样孔抽取试样，检测试样中的钠离子含量。由于水中的钠离子含量比蒸汽中的钠离子含量高，因此如果下部的试样钠离子含量是下部试样钠离子含量的三倍以上，则说明蒸发器液位在设计范围内；如果两个试样中钠离子含量相等或者差额不大，说明蒸发器液位已高于上部取样孔或者低于下部取样孔，即液位超出设计范围。
KUD系统的每根取样管线上都安装有热交换器，来自KAA的冷却水将试样冷却到45摄氏度以下，以确保取样的安全。
3.2.蒸汽发生器湿度试验加药装置
VVER核电机组设计有专门的蒸汽湿度试验加药系统。加药组架由一台硝酸钠加药计量泵及一台带电动搅拌器的硝酸钠溶液箱组成。硝酸钠电动搅拌溶液箱的容积为500L。硝酸钠加药计量泵为液压隔膜计量泵，设计流量为100L/h，设计扬程为10MPa。此外，还包括注入系统所必要的空气室（脉冲缓冲器）、吸入过滤器、操作平台、控制柜、相应的不锈钢阀门、管系以及从除盐水系统来的稀释水管系。硝酸钠溶液的配制需手动。加药管线分四路，分别接至每台蒸发器给水管道电动截止阀上游，如图1所示。
图1
4.试验的准备与实施
4.1.风险分析及应对措施
由于试验过程会破坏二回路水质，而且试验窗口紧张。为确保试验顺利进行，且不影响试验主线、不损害设备，需提前分析试验风险并采取应对措施。从蒸发器排污的停止与恢复，取样系统的可用与准确、加药系统的可用、仪控系统对试验的影响等角度出发，有以下风险需要预防与应对：
序号风险预防及应对措施
4.2.试验条件的准备
a)机组在示踪物质注入系统之前应该运行稳定，保证反应堆功率在(100±2)％以内。系统中的蒸汽发生器、凝汽器以及除氧器的水位应尽可能地保持不变。b)确保硝酸钠药品质量，示踪物质的溶液在注入前不应该被给水污染。所有的取样瓶应该一直被化学处理保管，直到开始进行取样分析为止，以避免污染或混淆。c)检查仪表可用性，确保JEA10CP001，JEA20CP001，JEA30CP001，JEA40CP001，JEA10-40CL005可用。d)确保边界完整，当KUD系统的设备、蒸汽发生器连接法兰漏汽时应当中止试验。如果二回路水质中放射性大于370贝克/公斤，中止试验；e)确认蒸发器排污系统LCQ可投入正常运行，系统的排污能力满足要求。
4.3.试验的实施过程
a)确认取样热交换器冷却水进出口的阀门打开，以确保热交换器所取水样的温度不超过40摄氏度。b)确认KAA10/40已投入使用，向KUD热交换器提供冷却水，KUD取样水温不高于40摄氏度。检查KTH地坑可用，地坑泵可以自动排水冲洗KUD系统管线并取样直至合格，尤其是KUD15管线，因为该管线取蒸汽试样，其中的钠离子浓度相对较低。c)执行QCN加药泵泵组性能试验，在QCN10BB001内制备好450L钠离子浓度为600mg/L的NaNO3溶液。d)确定即将开始做湿度试验的关闭需要取样的蒸发器的排污，定排和连排都需关闭。e)从KUD管线取样分析本底样品化学指标，以待与加入硝酸钠后的试样比照。f)启动QCN加药泵向该蒸汽发生器加注100L配置好的硝酸钠溶液。硝酸钠溶液的量可以从就地QCN硝酸钠溶液箱的就地液位计读取。g)每隔10-15分钟（约3倍水样输送时间）对从KUD管线取样一次，测定水样中和蒸汽样品中的钠离子浓度，直到连续三次测得的结果基本相同为止。h)根据蒸汽湿度计算公式计算该蒸汽发生器出口蒸汽的湿度。i)待计算出的蒸汽湿度合格，将对应蒸汽发生器的排污开至最大（尤其是连续排污管道），从蒸发器排污在线监测系统观察排污水质指标（重点关注钠离子和电导率），直至恢复正常。
5.试验的经验与总结
田湾核电站3号机组蒸汽发生器蒸汽湿度试验在C3阶段满功率平台进行，依次对四号、二号、三号、一号蒸发器进行单独的隔离与试验。每台蒸发器加药时间为一小时左右，取样分析时间约四十分钟。试验结果合格后将单台蒸发器排污开至最大，两小时内水质即恢复正常。待试验完的蒸发器水质恢复正常才开始下一台蒸发器的试验。四台蒸发器湿度试验结果均满足验收准则，为以后同类型试验积累了宝贵的经验。
参考文献
[1]路铭超，李亚洲，熊珍琴.汽水分离器性能试验研究，2013.13(1)；76-80.
[2]陈君亮、薛运奎、王先元等,百万千瓦级压水堆核电厂蒸汽发生器汽水分离装置热态验证试验核动力工程，2006,27（3）：63-68.
论文作者:卞家宇
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第30期
论文发表时间:2019/1/16
标签：蒸汽论文; 湿度论文; 蒸发器论文; 硝酸钠论文; 发生器论文; 管线论文; 试样论文; 《建筑学研究前沿》2018年第30期论文;