某核电凝汽器检漏装置误报的原因及分析

黄 铠，张振宇

(中核核电运行管理有限公司, 浙江 嘉兴 314300)

0 概 述

凝汽器检漏装置是核电站二回路中的关键设备，由取样泵从凝汽器中抽取样水，输送至在线电导率表进行检测。当在线阳电导率达到报警设定值时，即可判定凝汽器存在海水泄漏。切换或更替阳树脂时，常引发系统报警，频繁的误导性报警增加了判别凝汽器泄漏的难度。

1 凝汽器检漏装置

因凝汽器运行时的振动、热胀冷缩和化学腐蚀等因素的影响，凝汽器传热管会出现破裂现象，造成高电导率的海水从漏点处混入凝结水。若凝结水水质劣化，将直接影响蒸汽发生器及二回路重要设备及管道[1]。凝汽器检漏装置(CLDD)具备实时监测凝汽器海水泄漏的功能，检测时，将取样水经过检漏装置内的强酸型阳离子交换树脂(DOWEX)处理后，送至电导率表，再由在线电导率表将测定的结果传送至主控室监测台。当泄漏发生时，运行人员可根据在线电导率表的数值，快速地判断漏点的大致位置，及时采取应对措施。某核电机组设有4套凝汽器检漏装置，每台检漏装置配备了2根阳树脂柱，1用1备。阳树脂属于消耗品，使用周期为1个月。当阳树脂失效后，需要将备用树脂切换至使用状态。某核电站凝汽器检漏装置的布置，如图1所示。

图1 某核电站凝汽器检漏装置的布置

检漏装置中阳电导率的日常值小于0.1 μS/cm，切换备用树脂后，检漏装置中的阳电导率数值迅速上升，很快达到电导率高报触发值(0.5 μS/cm)，随即触发了主控室内的报警信号。树脂切换后，凝汽器检漏装置中阳电导率随时间变化的曲线，如图2所示。从图2可知，电导率最高可升至4.0 μS/cm，需3 min后，电导率才降至触发值以下，报警信号消除。频繁的误导性报警，破坏了报警的指向性。

图2 树脂切换后阳电导率的变化(流量150 mL/min)

2 误导性报警的原因分析

2.1 总有机碳(TOC)

该核电站凝汽器检漏装置未配备树脂再生单元，失效树脂需经柱体外的再生系统活化，活化后树脂将重新被填入树脂柱。在树脂活化和填装过程中，未能隔绝空气，因此，可能有二氧化碳等气体进入，这些气体被溶解于树脂浸泡液中，提高了树脂浸泡液的电导率。切换树脂时，浸泡液将在凝结水流入之前先到达电导率表，从而使阳电导率的测定数值升高。利用总有机碳仪，测定了树脂浸泡液和参比样品(空气饱和除盐水)的总有机碳(TOC)[2]及总无机碳(TIC)的数值，并进行了对比。对比的结果，如表1所示。从表1可知，2个样品的TIC测定数值基本相同，表明树脂浸泡液是因空气溶解饱和的，但样品的TOC测定数值的差别较大。在参比样品中，从树脂浸泡液中检测出的TOC浓度为1.67 mg/kg，而在其它样品中基本无法检测出TOC的浓度值。

表1树脂浸泡液和参比样品的测定值及数值对比

测定项目TIC/(mg·kg-1)TOC/(mg·kg-1)σ/(μS·cm -1)pH树脂浸泡液0.511.6760.14.0参比样品0.480.011.16.7

2.2 离子色谱(IC)

图3 树脂浸泡液的离子色谱图及浓度

(1)

σ：酸化合物的电导率；

C-：负离子的浓度；

C+：正离子的浓度。

计算电导率的结果及各个酸化合物对浸泡液电导率的贡献百分比，如表2所示。浸泡液中各个组分的电导率占比图，如图4所示。

图4 浸泡液中各个组分的电导率百分比

从表2及图4可知，盐酸的电导率占浸泡液总电导率的79.9%。因此，认为再生液的残留和析出使电导率升高，是触发报警的主要原因。硫酸产生的电导率占10.4%，仅次于盐酸，由此认为，树脂本体的溶出，是误报触发的第二大原因。空气溶解引入的电导率仅占1.8%，不是误报触发的主要原因。氢氟酸和硝酸产生的电导率较小，认为是再生过程中引入的杂质，也不是触发误报的主要原因。

3 解决方案

根据树脂浸泡液的分析结果可知，再生液残留和析出、以及树脂本体的溶出，是误报触发的主要原因。由于树脂再生是工艺上的要求，本体溶出是树脂的本质特性，均无法避免。触发误报，是由于高电导率的树脂浸泡液进入了电导率表，所以，在树脂投入使用前，应进行充分的冲洗，以降低浸泡液的电导率，可避免树脂切换时触发报警。

根据冲洗要求，提出了旁路电导率表的树脂冲洗方法。具体实现方案，如图5(a)所示。在电导率表和树脂柱之间，增加1个三通阀，三通阀入口连通树脂柱的出口，出口分别接电导率表和常规岛废液系统(SEK)。切换树脂前，操作三通阀使其连通SEK，利用取样泵抽取的凝结水冲洗树脂柱，使树脂柱内电导率较高的浸泡液逐渐被低电导率的凝结水取代。完成冲洗后，操作三通阀使其连通电导率表，检测系统重新投入使用。此时，低电导率的凝结水通过电导率表，不会触发电导率高的报警。考虑到节能和减排，还有增加回水管线的技改方案，可实现切换期间冲洗水的回收。冲洗水回收技改方案，如图5(b)所示。但是，浸泡液中含有高浓度的氯离子和硫酸根离子，不利于系统的腐蚀防护。因此，不建议采用回收冲洗水的技改方案。

表2计算电导率的结果及各个组分的贡献百分比

酸化合物摩尔浓度/(mol·m-2)负离子极限摩尔电导率/(S·m2·mol-1×10-4)正离子极限摩尔电导率/(S·m2·mol-1×10-4)电导率/(μS·cm-1)百分率/%盐酸112.7 76.4349.847.9 79.9硫酸7.3 159.6349.86.3 10.4氢氟酸7.8 55.4349.83.2 5.2 硝酸2.771.4349.81.21.9空气溶解///1.11.8其他∗///0.40.7

*注—其他为总电导率中未具体定义的部分，可能是树脂溶出的有机磺化物产生的电导率。

(a)直接排放冲洗水的方案 (b)回收冲洗水的方案

图5 避免树脂切换时引发误报的技改方案

采用旁通电导率表的方法，不利于对凝汽器状态的监测，当树脂切换完成后，需及时投运电导率表。根据不同流量下电导率的变化曲线，发现采用高流量冲洗，可使电导率快速下降。不同流量下阳电导率随时间的变化曲线，如图6所示。

图6 不同流量下阳电导率随时间的变化曲线

根据图6中报警时间与流量的关系曲线可知，当流量为150 ～ 300 mL/min时，冲洗流量每增大50 mL/min，报警时间可减少约20 s。为了及时投运电导率表，建议在接通旁通电导率表期间，适当增大冲洗流量，待树脂切换操作完成后，再恢复为正常的工作流量。

4 结 语

系统地查找了在树脂切换期间凝汽器检漏装置误报产生的原因。通过对比浸泡液中各个组分对电导率的贡献百分比的大小，认为再生液的残留和析出及树脂本体溶出，是误报触发的主要原因。提出了旁路电导率表等方法，避免引发树脂切换期间的误导性报警。在接通旁通电导率表时，采用大流量冲洗使电导率快速下降，可有效降低误报的频次，提高了凝汽器检漏装置运行的可靠性，有助于对凝汽器泄漏事故的快速响应和处置。