核电厂设备冷却水系统氯离子异常超标的探究及应对Exploration,and,countermeasures,of,abnormal,chlorinion,exceeding,the,standard,of,equipment,cooling,water,system,in,a,nuclear,power,plant

核电厂设备冷却水系统氯离子异常超标的探究及应对

Exploration,and,countermeasures,of,abnormal,chlorinion,exceeding,the,standard,of,equipment,cooling,water,system,in,a,nuclear,power,plant

刘岩

中广核核电运营有限公司 辽宁大连

摘要：某核电厂大修期间设备冷却水系统恢复后出现氯离子含量超标的异常，设冷水系统是核电厂与安全相关的系统，系统的可靠性降低将严重影响核电厂的安全运行和发电能力，需要第一时间排查故障模式，锁定故障原因，并制定应对措施，以确保核电机组的安全稳定运行。

Abstract：During the overhaul of a nuclear power plant, after the recovery of the equipment cooling water system, the chloridion content exceeded the standard. It is assumed that the cooling water system is a safety-related system of the nuclear power plant. The reduced reliability of the system will seriously affect the safe operation and power generation capacity of the nuclear power plant. It is necessary to find out the failure mode at the first time, identify the failure cause, and formulate countermeasures to ensure the safe and stable operation of the nuclear power plant.

关键词：核电厂；设备冷却水系统；板式换热器；氯离子超标；

Keywords：nuclear power plant;Equipment cooling water system;Plate heat exchanger;The chloridion exceeds the standard

1、引言

某核电厂大修期间，设备冷却水系统（以下简称为“设冷水系统”）检修后系统恢复运行，化学检测人员对设冷水系统加药进行PH值调节。加药后在对设冷水A/B两列跟踪取样分析时，发现A列设冷水氯离子含量为689μg/Kg，B列设冷水氯离子含量为752μg/Kg，两列均超过核电厂化学与放射化学技术规范的限制要求（＜150μg/Kg）[1]。发现问题后对设备持续换水后，最后将两列设冷水的氯离子含量降至80μg/Kg以下，满足核电厂化学与放射化学技术规范的限制要求。

本文对可能将氯离子引入设冷水系统的所有活动进行排查。当次大修设冷水板式换热器检修工作引入部分海水存在较大可能性。后续优化设冷水板式换热器的检修工序和逻辑，增加设冷水板式换热器残水清理的工序，设备检修后系统投运前及设冷水系统A/B列切换前，均进行化学分析取样等纠正措施，确保设冷水系统水质合格，避免类似缺陷重发。

2、专业知识介绍

2.1 设冷水系统介绍

核电厂每台机组设冷水系统都有两条独立管线（A列和B列）和一条公共管线。在两个机组之间，还设有一条共用管线。设冷水系统的功能主要有两个：

（1）冷却功能：设冷水系统向核岛内各热交换器提供冷却水，并将其热负荷通过重要厂用水传到海水中；

（2）隔离作用：既可以避免放射性流体不可控地释放到海水中而污染环境，又可以防止海水进入核岛设备对设备造成腐蚀。

2.2 设冷水板式换热器介绍

核电厂每台机组有四台设冷水系统与重要厂用水系统进行热交换的板式换热器。重要厂用水系统为低压侧（名义入口压力为4.1bar.g），设冷水系统为高压侧（名义入口压力为7.8bar.g）。热交换器启动时，应先启动低压侧，后启动高压侧；热交换器停运时，应先停运设冷水系统泵，后停运重要厂用水系统泵。

设冷水板式换热器有固定板、活动板、垫板、密封件、钛环、紧固件等组成，总共有325张换热板片，板片是冲压有波纹槽的金属薄板。其四个角上的孔构成了连续的通道，介质从入口进入通道，并被分配到换热板片之间的流道内，由板片隔开，设备投用时，两种介质在通道内逆流流动，热介质将热能传递给板片，板片又将热能传递给另一侧的冷介质，从而达到热介质温度降低被冷却的目的。设冷水系统侧和重要厂用水系统侧的流体流道相互独立，不会发生混流[2]。设冷水板换的示意图如下。

3、原因排查和分析

由于设冷水系统自发现氯离子含量异常后，多次取样确定未有上涨趋势，判定不是由于连续性泄露所致，而含氯介质一次性进入设冷水系统B列，且在A/B两列公共负荷切换时，造成设冷水系统A/B两列氯离子含量同时超标，对于引入含氯介质的可能因素，从化学加药引入、板式换热器缺陷、设冷水板式换热器检修引入三个方面逐一分析。

3.1 化学加药引入氯离子的可能性分析

设冷水系统所加化学药品是磷酸三钠，此药品在专用的化学试剂注射系统配药箱配好后，通过化学试剂注射系统管线注入到设冷水系统以调节水质PH值，使其达到弱碱性。根据此次使用的磷酸三钠药品的出厂报告及磷酸盐配置操作单，出厂报告及第三方质检报告显示磷酸三钠药品含量满足要求，其中氯离子含量＜0.005%。

氯离子含量超标事件发生期间，设冷水A列使用此药品后测得系统氯离子含量为77μg/Kg，在化学规范要求的范围内，由此可排除化学加药引入氯离子导致。

3.2 板式换热器缺陷的可能性分析

现场对板式换热器的设冷水侧和海水侧分别进行了打压试验，对海水侧打压至4.1bar.g，保压30min，验证海水侧无泄露；对设冷水侧打压至7.8bar.g，保压30min，验证设冷水水侧无泄露。确认板式换热器板片及其之间的密封胶条状态良好，不存在泄露。

由此可排除板式换热器缺陷引入所致。

3.3 设冷水系统板式换热器检修引入的可能性分析

当次大修设冷水系统2号板式换热器有解体检修和更换板片工作。系统隔离后，板式换热器高低压两侧管道疏水阀全开，有少量残水。解体过程中第一块板片表面附着的海水可能存在残留海水溅入设冷水关口内。另外，厂家对旧板片更换密封条返修后，使用自来水对板片进行冲洗，自来水消毒后水中的氯离子，可能残留在板片上。

设冷水系统2号板式换热器回装后，在对高压侧充水打压是发现对应入口钛环内侧法兰与活动板之间存在渗水现象。为排查泄漏点，前后进行四次拆装板片及打压验漏工作，期间执行文件中并未明确现场具体拆装工作实施几次，也没有对每次拆装板片和打压工作都编制详细工序指令，存在打压前充水过程中操作失误，导致充入海水的打压水流到设冷水侧。

根据上述分析，论断本次设冷水系统氯离子含量超标的直接原因是2号板式换热器更换板片工作过程中低压侧残留海水进入设冷水系统，根本原因是板式换热器隔离后，人员没有海水进入设冷水系统会引发系统氯离子异常超标的风险意识。

4、影响和后续措施

核电厂设冷水两列水样氯离子均超过核电厂化学与放射化学规范规定的限制要求，整个设冷水系统介质置换累计换水约700t。若设冷水系统氯离子超限制情况下长期运行，将会破坏设冷水系统设备的金属氧化膜，形成点蚀或坑蚀，进而降低设备的金属强度，影响系统的可靠性。设冷水系统是核电厂与安全相关的系统，满功率发电运行期间，要求两列设冷水系统均可用，系统的可靠性降低将严重影响核电厂的安全运行和发电能力。

针对该反馈，优化设冷水板式换热器的检修工序和逻辑，增加设冷水板式换热器残水清理的工序，设备检修后系统投运前及设冷水系统A/B列切换前，均进行化学分析取样等纠正措施，确保设冷水系统水质合格。

5、结语

通过对设备冷却水系统氯离子含量超标的异常事件的分析，逐步查找出事件发生的原因，锁定为设冷水系统板式换热器检修引入所致。对于设冷水系统氯离子超标的故障模式进行扩展，并对各故障模式进行根本原因分析并逐项制定应对措施。本文探究的问题和解决办法，对外核电基地出现的设冷水系统放射性异常超标快速锁定失效点并顺利解决问题提供了思路。同时对其他系统出现组分超标后快速锁定故障点及制定解决方案，提供了值得借鉴的宝贵经验。

参考文献：

[1]苏林森 杨辉玉等，900MW压水堆核电站系统与设备，广东核电培训中心，2003

[2]程宝华 李先瑞著，板式换热器及换热装置技术应用手册，中国建筑工业出版社，2005