蒸汽发生器排污系统问题分析及改进
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摘 要
本文针对机组蒸汽发生器排污系统实际运行中出现的现象、问题进行解析，经过筛选、归总得出根本原因，并从运行角度提出针对蒸汽发生器排污系统的可行的改进方案。
关键词
问题;分析;改进
中图分类号： TM623.4 文献标识码： A
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.11.029
0 引言
蒸汽发生器排污作为压水堆核电厂必要辅助系统之一，有如下功能：
（1）清除蒸汽发生器二次侧有害的堆积物，清除浓集在蒸汽发生器二次侧炉水中的杂质;
（2）使排污水经过净化而减少放射性物质向环境排放;
（3）监测蒸汽发生器传热管的泄漏情况。它的运行状态对机组稳定运行意义重大。本文运行角度提出针对蒸汽发生器排污系统的可行的改进建议。
1 蒸汽发生器排污系统介绍
SG排污系统是由上、下排污管、两台排污扩容器、两台排污冷却器、两台排污泵、两台排污过滤器、四台排污混床净化器以及相应的管道、阀门和仪表所组成。还设有排污水放射性监测器，以监督蒸汽发生器传热管的泄漏情况。
SG的排污水由一根上排污管和两根下排污管引出，经过节流孔板减压后进入排污器扩容降压，一部分排污水变成蒸汽排往二回路除氧器，余下的排污水流经一台排污冷却器，降温后由排污泵送到排污过滤器和排污混床净化器。净化后的水根据比放值决定排放或送回凝汽器复用。在排污扩容器上游的排污管线上，设置一个电动流量调节阀按排污水取样分析的结果调整排污流量。
图1 蒸汽发生器排污系统流程图
2 蒸汽发生器排污系统存在的问题
（1）系统控制调节效果不佳，增加运行操纵员负担。由于两台排污扩容器并联运行，而作为其液位控制的排污泵A/B及排污泵出口调节阀仅与对应的扩容器A/B连锁控制调节，无法很好地使排污流量，扩容器压力、水位各参数达到稳定状态，必须操纵员不定时的进行手动干预进行调整。
（2）实际运行中排污扩容器液位控制置于手动，因其在自动控制下，控制输入量为单台排污扩容器液位，另一台排污扩容器液位在连通器效应下自动跟踪被控对象，跟踪效果并不理想，常出现建立不了液位或液位高报甚至达到触发排污隔离液位，而此时排污泵及其出口流量调节阀仍按设定被控量变化动作，导致液位控制失败。
（3）蒸汽发生器排污泵和排污泵出口阀门受扩容器液位控制，当排污泵出口调节阀开度大于40%时，泵进出口压力波动，严重时会造成泵汽蚀无流量。
蒸汽发生器排污水在排污扩容器中蒸发，分离成相对高湿度的蒸汽和低过冷度的水，此状态下工质的气液相状态均不稳定。蒸汽未经分离干燥器直接排向除氧器，管线距离长，形成气液两相流对管道长期腐蚀、水击，存在很大的破裂风险;反之对于排污水，由于过冷度低，很容易气化，对之后设备造成气蚀。
3 改进方案
3.1 取消排污扩容器
法国M310及其衍生机型的蒸汽发生器排污系统取消了排污扩容器的设计，对于工质的回收，采用另增设一台再生热交换器的做法。再生热交换器冷却水引自凝泵出口，将蒸汽发生器排污水热量从再生热交换器带出，带入除氧器循环利用。
美国AP1000及其衍生机组的蒸汽发生器排污系统同样取消了排污扩容器的设计，对于工质的回收，取消了以设冷水为冷源的排污热交换器，改为两台冗余的再生热交换器，冷却水为二回路凝结水。
由此可见，在新机组的设计中，已经取消了设置排污扩容器使得排污水先降压再降温的设计思路，改为直接经由冷却器先降温再降压的设计思路，在此种设计方案下，排污水的汽化问题得到了避免。
方案分析：
取消排污扩容器后，排污热交换器入口压力将与蒸汽发生器二次侧接近，即6Mpa左右，由此排污扩容器传热管应提高耐压等级，带来制造成本的上升。但耐压等级提高所带来的设备制造成本提升并不明显，考虑到现有方案对设备使用寿命的折损和系统运行风险，无扩容器方案设备方面的经济性是提高的。
由于没有扩容器卸压，排污冷却器出口排污水仍保持相对高压力，有足够的驱动压头以克服树脂床及管道阻力，无须另设排污水泵。
为保护树脂床和控制排污系统排污水出口压力，只需在树脂床前加设减压阀或降压孔板，使系统运行实现非能动，进一步增强经济效益。
3.2 排污扩容器A/B合二为一
将扩容器A/B合二为一。出口管道蒸汽和水管道都由原来的两路变成一路。重新设置排污泵和调节阀的控制逻辑。排污泵的控制逻辑更改后，两台泵变成一备一用，泵不会再出现混乱控制情况。
应用实例：田湾核电站VVER机组蒸汽发生器排污系统，由三台蒸汽发生器排污至一个扩容器中。
3.3 降低换热器出口管道上升高度
汽蚀原因分析：
当扩容器内液位较高，会增加排污泵出口阀门的开度，增加排污量，但实际效果是排污泵出口调节阀开度大于40%后，泵汽蚀严重无流量。从理论上看，開大排污泵出口调节阀，排污泵流量增加，在其他条件不变的情况下，泵前动压力增加。根据《流体阻力手册》，管道的沿程阻力和阀门等阻力部件的阻力与流速成正比，沿程阻力也会增加。根据伯努利方程，可知泵前的静压减小。同时流量增加，换热器的出口温度会升高，即泵前流体温度升高。在泵前温度升高和静压减小共同作用下，使得泵前流体汽化量增加，当汽化超过泵的汽蚀余量后，泵将会因为汽蚀而无流量。
由现场可以发现，流体从换热器出来后，先上升，到泵之前后再下降接入泵进口。通过伯努利方程计算得出动压和高度差压力，发现高度差压力远大于动压，减小动压带来的效果远小于减小高度差压力。同时50℃水对应的饱和压力为0.0123MPa，与高度差压力相当。最佳解决方案为降低高度差压力，即需要改造换热器出口管道，减小管道向上走的高度。
3.4 排污系统分列运行
SG-A/B排污分列运行，排污泵A/B分别受各自扩容器液位控制，这样排污流量容易控制，不会出现并联运行时的相互干扰。
4 结语
蒸汽发生器排污系统的设计在满足主要功能——SG水质控制的同时，充分考虑了机组经济性指标，采用扩容器配合冷却器、排污泵的方案做到了工质的回收和设备成本的降低。然而再优秀的设计都有其值得改进的地方，在实际运行中，经扩容器的排污方案带来了诸如气蚀、控制困难等问题，增添了运行成本，加大了运行风险，本文对实际运行中的问题加以解析，并提出了几种改进方案，以期从根本上解决运行中出现的问题，降低运行成本，保障机组安全稳定运行。
参考文献
[1]核工业部七二八工程研究设计院，蒸汽发生器排污系统说明书，1983.8.
[2]肖艳军，蒸汽发生器排污系统运行规程，2019.9.
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