关于反应堆硼和水补给系统水...量异常的分析与处理方法探究_李蔚然.pdf

科技视界Science&Technology VisionDOI：10.19694/ki.issn2095-2457.2022.30.10关于反应堆硼和水补给系统水箱氧含量异常的分析与处理方法探究李蔚然周晨光刘龙笪浩（中核核电运行管理有限公司运行四处，浙江 嘉兴314000）【摘要】反 应 堆 硼 和 水补 给 系 统（REA）是 化 学 和 容 积 控 制 系 统（RCV）的 支 持 系 统，主 要 是 制 备、贮 存 和 供 应 反 应性 控 制、容 积 控 制 和 化 学 控 制 所 需 要 的 各 种 流 体，其 补 给 水 箱 是 一 回 路 系 统 补 给 水 的 重 要 设 备，对 电 站 的 安 全 运 行 有着重 要 意义。秦二厂 三、四 号机 组 自运 行以来，REA补 给水 箱就 存 在 氧 含 量 超 标的问 题，曾 先后多 次对其 换水、连 接 管道 缠 绕 塑 料 薄 膜 等 都 只 能 暂 时 解 决 缺 陷，本 文 结 合 以 往 运 行、维 修 经 验，探 讨 分 析 了 引 发REA水 箱 氧 含 量 异 常 的 原因，有 针对 性 地 提出 了处 理方法。【关 键词】核 电厂，硼 和 水；补给；氧 含量 异 常；系 统 水 箱；U形 水 封；环境 温 度0引言秦二厂三、四号机组自运行以来，REA 补给水箱就存在氧含量超标的问题，本文结合以往运行、维修经验，分析引发 REA 水箱氧含量异常的原因，提出处理方法，并简要说明实施情况。1反应堆硼和水补给系统（REA）1.1系统功能1.1.1主要功能REA 系统的主要功能是制备、贮存和供应反应性控制（硼酸溶液）、容积控制和化学控制所需要的各种流体。1.1.2辅助功能（1）向反应堆冷却剂泵第三道轴封的立管供水；（2）向稳压器卸压箱提供喷淋水；（3）为 PTR 系统的换料水箱（PTR 001 BA）进行初始充水和补水（含硼浓度 2200100ppm）；（4）为 RIS 系统硼酸波动箱（RIS 021 BA）初始充水和补水；（5）为 RCV 容控箱（RCV 002 BA）充水，以便清扫氢气；（6）向稳压器和 RRA 系统的先导式安全阀充水。1.2水部分1.2.1概述REA 系统由水部分和硼酸部分组成，水部分包括：两个除盐除氧水贮存箱（8 REA 001/002 BA），供两个机组公用，一台水箱足以满足反应堆运行的需要，另一台作为备用，这些泵均为间断运行，泵的启动和停运受反应堆冷却剂泵 3 号密封立管的液位及 REA 系统的不同补给模式的信号控制；四台除盐除氧水输送泵，每个机组两台（REA 001/002 PO）。正常运行时，补给水由硼回收系统（TEP）供给，此水经过净化和除气，储存在两个容积各为 300 m3的水箱（8REA 001 BA、8REA 002 BA）中，为两台机组共用。一个水箱的容量（300 m3）足以保证机组在寿期末（含硼15ppm）时一台机组从冷停堆状态启动至额定功率时稀释所需的水量。1.2.2补水水源8 REA 001 BA 和 002 BA 的水源：一是硼回收系统（TEP）回收的经过净化、除氧和蒸发的一回路水；二是用核电之窗034Science&Technology Vision科技视界核岛除盐水分配系统（SED）水经辅助给水系统（ASG）的除氧器除氧后供给除盐除氧水，现在补水均采用第二种供水水源。为避免箱内除盐除氧水与空气接触而复氧，水箱顶盖采用浮顶式结构和隔膜密封。当一个水箱正在充水或备用时，另一个水箱可向两台机组供水。1.2.3补给水水质要求来自核岛除盐水分配系统（SED）经辅助给水系统（ASG）除氧器除氧后的除盐除氧水提供补给水箱的首次注水和快速补水，其水质特性如下：电导率（在 25）0.1s/cmpH 值（在 25）6.08.0溶解氧（T120 摄氏度）0.1ppm氟化物和氯化物0.1ppm悬浮物0.1ppm二氧化硅0.1ppm铝（总量）0.02ppm钠0.015ppm钙0.005ppm镁0.005ppm2硼和水补给系统水箱氧含量异常的分析2.1水部分布置及结构每个机组备用有两台补给水泵，当一个补给水箱正在充水或备用时，两台可从另一个水箱抽水输送。两台水泵并联布置，每台泵的进出口均安装了手动阀可将泵隔离，在正常运行期间，这些阀门常开，每台泵有一根小流量管线，水通过该管线流回补给水箱。系统部分连接方式为法兰连接，具体如下：补给水泵和硼酸输送泵限流孔板流量测量孔板蝶阀其余部分为焊接连接。2.2水部分氧含量异常的分析正常运行时，REA 水箱水质要求氧含量 0.1ppm（即 100ppb），3、4 号机组在日常运行中时常发生氧含量超标情况，按照系统流程、补水水源等方向分析，将可能导致 REA 水箱氧含量升高的原因详述如下：（1）REA 水箱顶盖采用浮顶式结构和隔膜密封，顶部装有排气管，若浮顶有形变，导致排气管相对位置升高，那么排气管下部插入水面深度将会减小，运行期间，水箱水位下降时，有可能导致排气管下部插入水面部分脱离，造成排气管直接对空，空气通过排气管进入水箱，进而导致氧含量升高，超标；（2）REA 溢流管线直径 219.1mm，溢流管线对空，倒 U 形管口，管线无阀门，直接对空，正常运行时，REA 水箱用水、补水引起溢流管线中水位下降或上升，管线内部空气有更新，进而导致氧气溶解到溢流管线的水中，并与 REA 水箱内部的水进行相溶，引发 REA 水箱氧含量升高，超标；（3）与 REA 水箱相连管道上阀门密封不严，空气通过阀门进入管道，进而造成 REA 水箱氧含量升高、超标；REA 水箱浮顶橡胶连接处压板螺丝密封不严，空气通过浮顶橡胶压板螺丝进入管道，进而造成REA 水箱氧含量升高、超标；（4）浮顶橡胶在运行过程中受到浮顶向上的拉伸力、背压水的压力以及可能的摩擦力，橡胶产生不可恢复的裂纹，甚至破损，从而导致外部的空气及背压水与 REA 水箱内部的水进行相溶，导致核电之窗035科技视界Science&Technology VisionREA 水箱氧含量升高、超标；据方家山经验反馈：浮顶橡胶连接压板螺栓松脱、存在缝隙，进而导致橡胶密封不严，背压水与 REA 水箱内部的水进行相溶，导致 REA 水箱氧含量升高、超标。（5）REA 水箱存在泄漏源，如罐体及浮顶盖的焊接存在缺陷等，但无法有效定位，进而一直存在轻微缺陷，导致泄露及水箱氧含量高。3硼和水补给系统水箱氧含量异常的处理方法探究针对前文分析说明多项导致 REA 水箱氧含量异常升高的可能原因，进行处理方法探究，具体如下：3.1REA水箱浮顶排气管线导致氧含量升高的处理方法3.1.1在排气管线末端加装盲板（1）需要实施的主要工作：根据管道尺寸及设备压力、温度选择法兰及盲板；在 8REA001/002BA 顶部排气管末端焊接法兰；清洁法兰密封面，安装密封垫片，回装盲板，对称均匀紧固螺栓。（2）可行性分析：加装法兰盲板，设备重量较轻，不会妨碍其周围有抗震要求的设备完成其功能；现场检修空间足够，具有可运输性、维修性、操作性，同时不会影响区域内其他系统和设备的检修空间、运输通道、人员通道和可操作性；区域内布置有吊车，该新增设备不会影响吊车的活动范围；系统正常运行期间，改造增加的法兰及盲板如果出现故障失效，不会影响到设备相关的系统功能，严重情况下也不会影响到机组的正常发电或者机组安全运行。3.1.2在排气管线上加装球阀（1）需要实施的主要工作：根据管道尺寸及设备压力、温度选择球阀；在排气弯管处切割弯头；焊接加装手动球阀，然后回焊弯头。（2）可行性分析：加装手动球阀，设备重量较轻，不会妨碍其周围有抗震要求的设备完成其功能；现场检修空间足够，具有可运输性、维修性、操作性，同时不会影响区域内其他系统和设备的检修空间、运输通道、人员通道和可操作性；区域内布置有吊车，该新增设备不会影响吊车的活动范围；系统正常运行期间，改造增加的手动球阀处于开启状态，如果出现氧含量偏高情况则关闭该球阀，以减少空气进入，不会影响到设备相关的系统功能，也不会影响到机组的正常发电或者机组安全运行。3.1.2小结两种方法都能够产生隔离排气管线的效果，若使用加装盲板方式，则直接导致排气管线失效，在正常运行时，如果出现水位下降过快，则有可能导致浮顶内出现微真空，导致浮顶吸扁，损伤设备，且每次拆装耗费人力。相较而言，加装球阀在实现隔离管线的基础上，操作更为方便，在球阀关闭后，出现紧急情况也能快速开启，实现排气、破坏真空效果，此方法更具优势。3.2REA溢流管线导致氧含量升高的处理方法：3.2.1在溢流管线末端加装盲板（1）需要实施的主要工作：根据管道尺寸及设备压力、温度选择法兰及盲板；在 8REA001/002BA 溢流管末端焊接法兰；清洁法兰密封面，安装密封垫片，回装盲板，对称均匀紧固螺栓。（2）可行性分析：加装法兰盲板，设备重量较轻，不会妨碍其周围有抗震要求的设备完成其功能；现场检修空间足够，具有可运输性、维修性、操作性，同时不会影响区域内其他系统和设备的检修空间、运输通道、人员通道和可操作性；区域内布置有吊车，该新增设备不会影响吊车的活动范围；系统正常运行期间，改造增加的法兰及盲板如果出现故障失效，不会影响到设备相关的系统功能，严重情况下也不会影响到机组的正常发电或者机组安全运行。3.2.2在溢流管线末端焊接“U 形”水封（1）需要实施的主要工作：根据管道尺寸及设备压力、温度选择管材；在溢流管线末端焊接“U 形”水封，水图1加装法兰盲板前后对核电之窗036Science&Technology Vision科技视界封上加装虹吸破坏阀，避免因虹吸作用导致水箱内水排除。焊接“U 形”水封前后对比：（2）可行性分析：焊接“U 形”水封，设备重量较轻，不会妨碍其周围有抗震要求的设备完成其功能；现场检修空间足够，具有可运输性、维修性、操作性，同时不会影响区域内其他系统和设备的检修空间、运输通道、人员通道和可操作性；区域内布置有吊车，该新增设备不会影响吊车的活动范围；系统正常运行期间，“U 形”管下部（蓝色部分）被水覆盖，形成水封，以减少空气进入，不会影响到设备相关的系统功能，也不会影响到机组的正常发电或者机组安全运行。3.2.3小结两种方法都能够产生隔离排气管线的效果，若使用加装盲板方式，则直接导致溢流管线失效，在正常运行时，如果出现水位下降过快，则有可能导致溢流管内出现微真空，损伤设备，且每次拆装耗费人力。图3加装法兰盲板前后对比图4加装“U形”水封前后对比相较而言，在溢流管线末端焊接“U 形”水封，正常运行期间增加一道密封，以防止空气和水箱内的水接触，消除溢流管对空引起水箱氧含量升高的隐患，也不会因为新增“U 形”水封造成溢流管线失效，甚至损坏设备，此方法更具优势。3.3REA相关设备密封不严导致氧含量升高的处理方法3.3.1与 REA 水箱相连管道上阀门包裹塑料薄膜（1）需要实施的主要工作：现场查看 REA 相关设备布置，按照流程图定位与 REA 水箱连接管道上的所有阀门；对所有相关阀门阀体包裹塑料薄膜。（2）可行性分析：包裹塑料薄膜不会对设备正常运行产生影响，塑料薄膜包裹需严密，以防在后续操作过程中造成薄膜损坏掉落，产生固体废物；3.3.2REA 水箱浮顶橡胶连接处压板螺丝涂抹密封胶水（1）需要实施的主要工作：在 REA 水箱浮顶处搭建脚手架；对浮顶橡胶连接处压板螺丝涂抹密封胶水。（2）可行性分析：对浮顶橡胶连接处压板螺丝涂抹密封胶水，涂抹与浮顶外部，不会对 REA 水箱水质造成影响，也不会损伤压板螺丝、橡胶；图2加装球阀前后对核电之窗037科技视界Science&Technology Vision3.3.3小结以上两种途径在 3/4 号机组 REA 系统均已经实行，REA 水箱相关阀门阀体已有塑料薄膜，包裹塑料薄膜初期，REA 水箱氧含量有所改善，一段时间后仍出现 REA 氧含量升高、超标现象；浮顶橡胶连接压板螺丝涂抹密封胶水，其效果有待进一步观察。3.4REA浮顶橡胶开裂、压板螺栓松脱、存在裂缝，密封不严导致氧含量