對凝汽器鈦管泄漏的認識

朱昌榮 梁 波 陳 洋 葉鳴鈞 劉 君

（中核核電運行管理有限公司 二廠，浙江 海鹽 314300）

1 系統簡介

1.1 凝汽器主要功能

1）接收汽輪機的排汽，將其冷凝為水；

2）通過凝汽器將排汽冷凝，使汽輪機排汽端獲得高度真空，從而使它們能發出較高功率，提高其經濟性；

3）在汽輪發電機大量甩負荷或機組緊急跳閘時,本系統能接受GCT-C（旁路排放）系統的排放蒸汽(GCT-C總容量為額定主蒸汽流量的85%),使一、二回路不致因負荷不匹配而超溫超壓，避免緊急停堆；

4）在排汽冷凝之后,可將凝結水除氣,其功能符合熱交換協會(HEI)標準要求。此外,還可將凝結水過濾、凈化；

5）為電站提供適當和必要的凝結水儲存量；

6）可將凝結水從凝汽器熱井經ABP（低壓加熱器）系統輸送至除氧器。從SER（常規島除鹽水）系統接受汽機熱力系統運行所需的補給水。

1.2 次要功能

1）接受大部分熱力系統的疏水；

2）為ASG（輔助給水）系統水箱提供凝結水；

3）為凝汽器水幕保護裝置供水；

4）為APG（蒸汽發生器排污）再生熱交換器提供冷卻水；

5）為三個疏水擴容器提供減溫水；

6）為CAR（汽機排氣口噴淋）系統提供降溫用凝結水；

7）為凝結從GCT-C（旁路排放）系統進入凝汽器的排汽提供降溫水；

8）凝結水泵提供自密封水。

1.3 凝汽器結構特點

圖1 凝汽器結構示意圖

秦山二期的凝汽器是由上海電站輔機廠制造的，其型號為N-35400-1,是一種三殼體、單流程、對分表面式的凝汽器；凝汽器主要由殼體、管板、管束、中間隔板、熱水井、淋水盤除氧裝置等設備組成。每個凝汽器由汽平衡管和水平衡管相通，在外端兩個凝汽器殼體的外側各附有一保本體疏水擴容箱，凝汽器的支承方式為剛性支承，在每個凝汽器的底部用四個大支墩、四個小支墩和四個臨時支墩支撐。

1.3.1 管板

管板將凝汽器殼體分割為蒸汽凝結區和循環水進出入區；中間隔板用于管束的支持和定位。在凝汽器管束中部設有凝水淋水盤，以除去凝水中的氧氣；凝汽器下部安裝有熱井，用于凝結水的收集，熱水井下部接有凝泵引水口，由凝泵將凝結水輸送到除氧器。在凝汽器上部與汽輪機缸體間采用彈性連接，吸收熱膨脹，同時又設有橡膠密封裝置，正常運行中充入凝結水，防止漏入空氣。在接頸處還裝有水幕保護，防止低壓缸未級葉片過熱。

1.3.2 接頸

為鋼板焊接結構，內部用支撐管支撐，且留有LP1、LP2組合式低加安裝空間；在每個接頸的內部設有LP1-LP3低加抽汽管及水幕保護裝置，外側安裝有四只減溫減壓裝置（整套凝汽器共12只）,以接受來自GCT-C的排汽。

1.3.3 殼體

凝汽器的殼體，為鋼板焊接結構；管板為鈦鋼復合板[5mmTa2+35mm碳鋼]，其鋼板側采用焊接的方式將管板固定在殼體上，并用較薄的鋼板作為撓性過渡，以以補償冷卻管和殼體間的熱脹差；冷卻水管為鈦管[ф25×0.7×13082]，中間由多個隔板支撐，并使管子與隔板緊密接觸，以改善管子的振動，鈦管與管板采用脹接+密封焊的連接方式。

1.3.4 凝結水集水槽

由于管束的布置較合理，在管束中間沒有設凝結水收集盤，而在管束的下端設有凝結水收集槽。

1.3.5 熱井

熱井在殼體的下方，設計有足夠的空間，使流經管束下部的部分蒸汽進入該空間，加熱管束底部的凝結水，防止凝結水產生過冷的現象。

1.3.6 水室

水室由圓弧形曲面碳鋼板焊接而成，圓弧形線的水室保證了冷卻水流動的良好性能，水室外側有供檢修人員進出用的快開式的人孔門，水室內側壁上有檢修用的相當數量的U型拉手。水室內側有橡膠涂層，在人孔門上有鋅板，來作陰極保護，用兩種方式保證了水室不受海水腐蝕。

1.3.7 排汽接管

凝汽器的其余部分都是剛性的，為了補償汽輪機低壓缸及凝汽器的熱膨脹，在排汽接管上設有膨脹節；在排汽接管的外側設有水封來保證凝汽器的嚴密性。

1.3.8 平衡管

每二只殼體之間在接頸處分別采用兩根汽平衡管，在三個熱井間設凝結水平衡管。

2 凝汽器（二回路）水質要求

2.1 pH

對于無銅—氨處理，蒸汽發生器正常運行給水必須保證pH為9.6-9.8（25℃），排污水必須保證 pH 為≥8.9（25℃）。

2.2 O2

給水 O2＜0.005mg/kg；

當功率＞40%RP，抽取的凝結水 O2＜0.010mg/kg；

當功率＜40%RP，抽取的凝結水 O2＜0.020mg/kg；

如果有一個數值被超過，則必須查明原因，并避免吸入空氣。

2.3 蒸汽發生器排污水的Na-陽離子電導率

1）如圖2，正常功率運行期間排污水的Na-陽離子電導率關系，共分五個區域：

1區 正常功率運行范圍；

2區 正常功率運行的允許范圍；

3區 功率運行限定在一周以內；

4區 功率運行限定在100小時以內（30%功率）；

5區 立即停堆。

圖2 排污水中Na含量和λ+所決定運行區域圖

測量的數值在5個區中的1個區內確定運行點。

如果化學參數惡化，結合3和4區構成最低限值，限定運行的延續時間，要求如下：

——降低機組負荷（在4區內）以限制污染，如果需要，對凝汽器進行維修。

——或者機組停運和蒸汽發生器供水由輔助給水系統供給予。

如果污染繼續惡化，在五區要求以最大速率立即降低機組負荷直到熱停堆或熱備用。只有在蒸汽發生器排污水特性返回2區后，才允許停止降負荷或提升功率。

限值的目的在于盡快探明并消除蒸汽發生器污染的原因,以便限制進入系統的腐蝕性元素的數量。該圖表以陽離子電導率為橫坐標，以鈉離子的含量為縱坐標。陽離子電導率的測量可確定是否因生水進入凝汽器造成的強酸強堿鹽含量(特別是Cl-)；鈉的測量顯示了與強酸有關的，并以游離苛性鈉(堿)形式存在的鈉總量。

當機組正常運行時，依靠凝結水精處理系統(ATE)隨機組同步運行來保證二回路水質。凝結水精處理時通過將全流量的凝結水精處理系統設置在主凝結水系統的旁流位置上來實現的。具體地說，就是將凝結水精處理裝置的進水從凝結水泵出口母管接出，凈凝結水泵位于精處理裝置出水母管上，后者將經精處理后的凝結水送回到更后的主凝結水管中去。其系統流程為前置陽床+混床串聯，即利用前置陽床除去氧化鐵，銅等管道系統中的腐蝕產物以及凝結水中的陽離子；利用混床樹脂的工作交換容量進一步除去凝結水中的微量鹽份以及前置陽床漏過的離子狀雜質,滿足蒸汽發生器對水質的要求.在凝汽器突然發生較大泄漏事故時，凝結水精處理系統的運行還可為應付緊急停機提供足夠的停機時間。

3 凝汽器查漏的重要性

為防止放射性裂變產物釋放到環境，核電廠設有三道屏障：燃料包殼、一回路系統和安全殼（包括廢物處理系統），水化學主要影響前兩道屏障。而二回路水質對屬于第二道屏障的蒸汽發生器的完整性有重大影響。目前世界上運行的近500座核電站里，由于二回路水質控制不善引起的耗蝕、點蝕、凹陷和晶間腐蝕等嚴重問題導致許多核電站的蒸汽發生器失效，因此，我們對二次側的水質必須要求很嚴。而二回路一旦凝汽器的鈦管有泄漏，海水就會漏入二回路，由于海水里含有較多的鹽分，它們將對蒸汽發生器產生嚴重危害。一旦發生蒸汽發生器傳熱管泄漏，將導致一回路有放射性的水泄漏到二回路，將第三道屏障（安全殼）旁通，從而可能污染環境。而當前機組運行時化學監測得出結果二回路水質較差，所以現在ATE（凝結水精處理系統）全流量投入，即使如此，水質仍不理想，陽離子電導率還大于2%，這樣也無法滿足技術規范對SG（蒸汽發生器）水質的要求。

4 查漏方法

4.1 煙霧法查漏

凝汽器一側隔離之后，將凝汽器出水口水室管板清理干凈，為增加進水側破損鈦管處負壓而便于被維修人員檢測出漏點，將其回水側鈦管出口用保鮮膜全部密封，然后維修人員在循環水進水側對5800根鈦管及其脹口逐一用煙霧進行檢測，在汽側真空的作用下，如果鈦管泄漏，則會產生吸力，把煙吸入鈦管，從而查出漏點，再進行堵管或補焊處理。

4.2 水位查漏法

首先在入口水室側管板上標上記號后，慢慢升水位，當達到第一個刻度時，利用閥門調節水位，使水位穩住在此刻度一段時間。然后通知化學人員測汽側凝結水電導率。若電導率不變，繼續升水位，按刻度順序直至人孔處高度。適用于粗查漏點。

4.3 彈性拉伸膜查漏法

鋪膜之前清理干凈管板并用噴壺向管板上灑點水，然后平整鋪上薄膜，薄膜和管板即緊密的粘合。把進出口水室的管板都貼上彈性拉伸膜，如果有鈦管泄漏，管子里的氣壓在凝汽器汽側真空的作用下很快降低，管口的薄膜就會被外界大氣壓向管子里壓，當管子內達到一定負壓后，薄膜就會被壓破。

4.4 氦氣查漏法

對灌水不能查到的部分用氦氣查漏法，如汽輪機本體及其進汽管線。

5 凝汽器鈦管泄漏查漏導則

5.1 現象

（1）凝泵出口母管陽電導高報警SIT 100 AA（紅色）出現；

（2）高加出水總管氧電導高SIT102AA(黃色)出現；

（3）KIT趨勢顯示APG的電導（或）和鈉離子濃度升高，水質惡化。

5.2 處理過程

5.2.1 若KIT中APG的取樣中的鈉離子（或）和電導率在上升則立即加大ATE的處理流量到全流量處理。

一般ATE全流量處理能確保ATE出口母管的水質滿足要求，越早投入ATE全流量處理越能控制住水質的惡化趨勢，這個投入時間的長短對扼制蒸發器的水質惡化趨勢至關重要。一般發生泄漏后若機組處于滿功率并且ATE處理流量低則在很短時間之內APG的水質指標就會以非?？斓乃俣壬仙?，很快將進入4區，甚至5區，這些臟水進入蒸發器后則只能通過APG排出，因此APG的水質好轉的速度非常緩慢，在下降過程中一般不建降低ATE流量，否則將出現一個更高的高峰。

（1）應先確認有兩臺ATE泵運行，否則立即啟動第二臺泵，一臺泵的流量可增加達到1800T/H。若ATE值班室中無法起泵可在現場用試驗盒起泵，泵出口閥門也可以在現場開啟。

（2）應確認現場有四列床運行，否則立即到現場將投入的床增加到四列。每臺除鹽床的流量可達到700T/H，若當時有兩列的話可先增加到1400 T/H。

5.2.2 S.G.排污水的水質根據技術規范的要求，當水質處于四區時，則根據要求進行降負荷到30%的功率。

低的給水流量可以降低蒸發器中的濃縮倍數，APG排污水的水質的惡化以及惡化后的好轉速度要比功率高時快。機組一旦停運，主給水不循環，則二回路系統中的臟水則必須通過二回路的大循環才能處理干凈。

5.2.3 在增加ATE處理流量的同時，迅速派人到二回路取樣間確認凝泵出口的Na+，電導率以及S.G.（蒸汽發生器）排污的電導率及Na+是否有上升趨勢，并且凝汽器熱井取樣的電導率是否有上升，如有上升趨勢，則基本判斷為凝汽器的鈦管有泄漏。

5.2.4 通知化學人員對凝汽器進行取樣，進行判斷哪側凝汽器有漏。

5.2.5 迅速派人到MX-7.2M連續監視凝汽器6個單元的電導率變化趨勢，如有異常變化則通知主控隔離該側凝汽器。隔離時只要關閉CVI（抽真空系統）泵對應的吸氣閥門和兩側的電動隔離閥即可。

注意：隔離凝汽器時，不能將同一凝汽器的兩側同時隔離，同一臺泵也不能隔離兩側凝汽器，以防止循泵流量過小而導致損壞

5.2.6 如果六側凝汽器均沒有明顯的變化，則進行SIT（取樣系統）取樣方式的調整，先隔離熱井靠海水出口側的取樣閥，只對熱井的靠海水入口側進行取樣，監視電導率的變化，如有明顯變化，則通知主控隔離該側凝汽器

5.2.7 如果海水入口側的電導率沒有明顯差別，則先開啟靠海水出口側的閥門，隔離靠海水進口側的取樣閥，觀察電導是否有明顯的變化，如有則通知主控隔離該側凝汽器

5.2.8 隔離初步判斷的凝汽器之后，立即檢查凝泵出口母管Na+，凝泵出口母管的電導率的變化趨勢，若這些指標在下降則隔離基本正確。否則需要考慮對該側的凝汽器的海水進行排水，排水的快慢直接影響到S.G.水質的恢復時間，排水之后再觀察凝泵出口母管Na+，凝泵出口母管的電導率的變化趨勢，若下降則隔離基本正確。若保持不變則隔離錯誤，需要恢復隔離的列，重新判斷隔離。一般不建議通過降低ATE流量來判斷隔離是否正確，因為一旦ATE流量下降而漏點依然存在的話將導致APG（蒸汽發生器排污系統）的水質指標又一個惡化高峰，而且峰頂更高，很可能進入5區，這里的特點為臟水進去容易而要凈化出來非?？嚯y。

注意：在隔離之后不能通過APG的水質是否好轉來判斷隔離是否正確，而應該通過CEX（凝結水抽取系統）泵出口母管的水質變化趨勢和化學人員的手動取樣分析結果作為隔離是否正確的依據，因為ATE全流量運行之后即使沒有將漏點隔離水質也會趨于好轉，但是CEX泵出口的水沒有經過ATE的處理，這里的水質指標才能作為隔離是否正確的標志。

5.3 人員通知

在上述現象的同時應立即通知運行領導和化學人員，請他們立即到場。

6 事件分析

6.1 事件經過

2005年2月8日中午11：30化學人員接到主控指令，告知2號機組（核取樣系統）REN081、082、010MG數據上升較快，同時主控室出現SIT100AA報警，化學人員判斷凝汽器發生海水泄漏，要求立即投運ATE全流量凈化，同時立即安排化學人員到現場取樣確認。由于在ATE全流量處理前漏入的海水直接進入SG，經過濃縮，導致SG水質短時間惡化，水質達到技術規范4區。經過取樣確認凝汽器B2發生鈦管泄漏，通過ATE全流量凈化和隔離B2側海水后水質好轉。經過機械人員查漏、堵管，與2月10日解除B2海水隔離，恢復運行。

6.2 處理過程

6.2.1 在此之間，由于S.G.的水質已經進入到五區，開始進行降功率運行，目標是350MWe。ATE的流量已經加大（由于ATE004 PO在電腦中啟動之后，其出口閥沒有開啟，最后就地開啟閥門之后，再啟泵，因此ATE的凈化流量加大的有點緩慢）。在投入C1之后，進行隔離B1，在隔離B1之后，約半小時后除B1以外的電導率開始下降包括凝泵出口的Na+也開始下降，但是B1的電導率卻上升。根據此現象判斷為B1有泄漏。

6.2.2 包括S.G.Na+,電導率也開始下降，因此確定B1有漏，決定對B1進行排水，并進行開啟B1的水室人孔。在14：30開啟人孔。S.G.的水質進一步好轉，等到2月8日的22：00水質已經基本進入二區，降低流量到 600T/H，維持運行約兩小時，在準備進行升功率之前，在2月9日的0：20 S.G.的Na+，電導率又開始迅速惡化，迅速進入到四區，立即加大ATE的凈化流量到2400T/H。

6.2.3 在對該現象進行分析之后，認為漏點還是存在，可能是B1/C1都漏，因此決定停止2CRF 002 PO（循環水系統），用于終止鈦管的泄漏。但是在停泵之后，S.G.的水質雖然有所好轉，但是分析認為可能是ATE的進化功能導致的結果，此時B1的電導率在5.0左右，為驗證漏點是否隔離，降低ATE的流量，在降低ATE的流量之后的半小時，S.G.的水質迅速進入到五區。此時經過分析B1的水質很差（其他五個凝汽器的電導率都差不多），是不正?，F象，如果是B1漏，在海水排空之后，其電導率應該是好的，水質差則意味著有海水進入到B1,因此認為可能是B2泄漏導致的B1的水質變差，為驗證該想法的正確性，要求化學對SIT的取樣方式進行調整，即對單側熱井海水進口側進行取樣。

6.2.4 在化學隔離SIT的海水出口側的取樣閥后，顯示的在熱井的海水進口側的電導率B1為11us/cm左右B2也為11us/cm左右，在B1海水排空的情況下，B1的臟水是由B2內的水質引起，因此決定啟動2CRF 002 PO，封閉B1的水室人孔。在2月 9日 03：15啟動 2CRF 002 PO，05：00 投入凝汽器 B1,在 07：00 隔離 B2 開始排水，14：00S.G.的水質進入二區。14：30降低ATE的流量到600t/h，水質穩定在二區，半小時后開始升功率到620MW,到2月10日13：00查漏結束，共堵漏3根管道。投入后水質沒有變化。

6.3 事件總結

6.3.1 一般ATE全流量處理能確保ATE出口母管的水質滿足要求，越早投入ATE全流量處理越能控制住水質的惡化趨勢，這個投入時間的長短對扼制蒸發器的水質惡化趨勢至關重要。一般發生泄漏后若機組處于滿功率并且ATE處理流量低則在很短時間之內APG的水質指標就會以非?？斓乃俣壬仙?，很快將進入4區，甚至5區，這些臟水進入蒸發器后則只能通過APG排出，因此APG的水質好轉的速度非常緩慢，在下降過程中一般不建降低ATE流量，否則將出現一個更高的高峰。

6.3.2 低的給水流量可以降低蒸發器中的濃縮倍數，APG排污水的水質的惡化以及惡化后的好轉速度要比功率高時快。機組一旦停運，主給水不循環，則二回路系統中的臟水則必須通過二回路的大循環才能處理干凈。

6.3.3 本次使用的水位查漏法具有獨創性，減輕了現場查漏的工作量，彈性拉伸膜的應用更是發揮了重大作用，此次查漏的成功得益于試驗方法的科學性。

6.3.4 秦山地區杭州灣的泥沙問題，加上進口的這批鈦管曾經發生較大的質量問題，鈦管破損可能是秦山二期今后不可避免的常見故障。

6.3.5 由于機組停機停堆等對凝汽器沖擊也較大，可能鈦管薄弱處在此時易發生破口，也可能原來被泥沙堵住的小孔經過沖擊后擴大或者重新裸露出來。因此，操縱員應關注SG水質變化及化學相關報警，發現異常及時通知化學人員。

6.3.6 本次海水泄漏出現三次SG水質較差，都與ATE沒有全流量運行直接相關。因此在啟動階段，主給水投運后就應該及時投運ATE系統，并且隨著并網、升功率逐步提高處理流量。

6.3.7 在主控室沒有凝汽器熱阱檢漏裝置報警信號，僅有CEX泵出口陽電導率報警信號是不夠的。此次事件顯示只有凝汽器泄漏相對較大時，CEX泵出口陽電導率才會超過0.3us/cm的限值報警，這樣延誤了ATE投全流量處理的時間，從而影響SG水質。

7 結束語

凝汽器在機組運行設備中起著至關重要的作用，直接影響著機組的安全穩定運行。通過在機組實際運行中對凝汽器的認識，對運行過程中出現的事例進行分析、總結，不斷優化凝汽器的運行。通過這次的總結，希望能夠給機組在以后的實際運行過程帶來一些幫助，同時也能夠為學習凝汽器知識的員工提供一些幫助。這次總結還有很多不足之處，也希望各位能夠積極批評、指正，共同學習、共同進步，讓我們更好地掌握凝汽器的知識，為機組安全穩定運行做貢獻。

［1］秦山二廠凝汽器設備說明書[S].秦山二廠（內部資料）.

［2］凝汽器系統手冊[S].秦山二廠（內部資料）.

［3］秦山二廠常規島事故處理大綱[S].秦山二廠（內部資料）.