百万核电机组凝汽器钛管破损海水泄露利用真空覆膜法查漏办法探究及应用

百万核电机组凝汽器钛管破损海水泄露利用真空覆膜法查漏办法探究及应用

李卫国

中国中原对外工程有限公司 上海 上海市  200000

摘要：核电机组对一、二回路水质均有严格的要求，化水参数直接影响着核电机组的安全稳定运行。大部分的核电站均建设在海边，二回路靠海水通过凝汽器钛管进行冷却。如果由于异常原因导致凝汽器钛管破裂，海水直接进入二回路循环造成严重的污染，导致设备腐蚀，严重时可能在蒸汽发生器内浓缩，造成蒸汽发生器换热管破裂，产生蒸汽发生器SGTR工况。核电机组发生钛管泄露事故后尽早定位破损的凝汽器钛管，并进行尽快堵管对机组安全稳定运行有着重要的意义。本文介绍了真空覆膜法查漏的应用案例，着重介绍在微量泄露条件下的查漏办法及注意事项。

关键字：凝汽器、钛管、泄露、查漏、真空覆膜法

Exploration and application of vacuum film method for seawater leakage detection of condenser of 1000MW NPP

（Li Weiguo,CZEC,Shanghai）

Abstract: Nuclear power units have strict requirements for the water quality of the first and second circuits, and the chemical water parameters directly affect the safe and stable operation of nuclear power units. Most of the nuclear power plants are built near the sea, and the second circuit is cooled by seawater through condenser titanium tubes. If the condenser titanium tube ruptures due to abnormal reasons, seawater directly enters the secondary circuit circulation and causes serious pollution, resulting in equipment corrosion, and in serious cases, it may be concentrated in SG, causing SG heat exchanger tube to rupture and SGTR working conditions. Therefore, locating the broken condenser titanium tube and blocking is great significance for the safe and stable operation of the unit. This paper introduces the application cases of vacuum film leak detection, focusing on the leak detection methods and precautions under the condition of small leakage.

Keywords: condenser, titanium tube, leakage, leak detection, vacuum film method

1. 某百万核电机组凝汽器的功能及结构组成

凝汽器主要作用如下：

1）接收汽机低压缸排汽，并通过凝汽器钛管进行换热后转换成凝结水，使汽水系统形成一个闭循环。

2）同时汽轮机的排汽凝结成水后，可去除不饱和气体，对凝结水有一定的除氧作用。

3）接收各系统中的排汽和疏水；

凝汽器主要结构如下：

1）凝汽器主要由接颈、壳体、水室和热肼等部件组成。

2）两个凝汽器壳体安装于两个汽轮机低压缸下方，两个凝汽器壳体相互分开，各自形成独立的汽空间，汽轮机低压外缸与凝汽器接颈焊接。

3）单个凝汽器内钛管共有24752根，钛管管束是由表面光滑的直管组成的，其布置略带倾斜，保证排水时冷却管中残留的水可确保被充分排出。钛管由沿冷却管长度方向均匀布置的隔板支撑。运行时，隔板可以防止冷却管的振动。

4）钛管与管板的连接为胀焊。管板及钛管可以为凝汽器的汽侧与海水侧起到隔离作用，且通过胀接和焊接可以在管板与管束间建立一个可靠的密封，防止循环水进入汽侧。

凝汽器基本结构如下：

图1 凝汽器基本外形图

2. 凝汽器泄露的可能原因、表现及危害

凝汽器泄露的原因主要如下：

1）异物冲击

来自汽轮机或者凝汽器上部的部件在长时间运行后脱落，在气流作用下快速冲击钛管，造成钛管破裂。或者由于安装或者检修活动中，防异物管理不到位造成异物遗留，掉落砸伤钛管。

2）钛管振动

由于管板和隔板加工精度不佳，失去支撑作用，钛管在运行中产生振动，由于疲劳或者摩擦造成钛管劈裂。

3）循环水侧原因

由于海生物例如贝壳等泛滥，在钛管内部随海水流动时对钛管造成冲击，最终破裂。

4）管子管板胀焊原因

钛管与管板的连接方式为胀焊，但是在制造、使用和维护等复杂条件下个别钛管与管板焊接部位会出现泄露。

2.1凝汽器泄露的表现

凝汽器钛管泄漏时，通常会发现二回路以及蒸汽发生器排污系统的电导率与钠、氯等离子浓度出现突升。

2.2凝汽器泄露的危害

核电站二回路的水质的控制对于核电厂机组的安全稳定运行有着至关重要的作用。

当凝汽器钛管发生海水泄漏时，海水中的大量离子会很快进入蒸汽发生器，从而导致蒸汽发生器水质恶化。在蒸汽发生器内，离子进行浓缩，局部浓缩倍率可达10万倍以上，各种杂质离子如氯等会导致蒸汽发生器换热管发生腐蚀现象，长时间的腐蚀甚至会导致蒸汽发生器换热管破裂，造成SGTR，核电站从而失去安全屏障。另外海水中的杂质离子也会对整个二回路设备产生强烈的腐蚀作用，对电站寿命有深远的影响。

故尽快定位和确认泄露的钛管对问题的解决有着至关重要的作用。

3. 真空覆膜法查漏的探究和应用

3.1真空覆膜法

在发生凝汽器钛管破损事件后，尽快定位破损的钛管成为关键。凝汽器查漏主要有氦气查漏法、充压法、汽测灌水法、涡流等。

某百万核电机组工程师未采用上述办法，而是采用真空覆膜法，该方法为最简单的一种方法，对专用工具的依赖性不强，主要步骤如下：

1）保持凝汽器汽测为真空状态；

2）打开凝汽器水室人孔并进入；

3）在凝汽器钛管两端的水室内管束区域贴上薄膜，若某根钛管存在泄漏，在汽侧真空的作用下，薄膜会向传热管内凹陷，据此来确认泄漏的钛管的位置。

该方法的优点为效率高，但缺点为灵敏度差，对于微小流量泄露不易发现。

3.2某核电机组首次凝汽器钛管破裂事故真空覆膜法查漏应用

2022年1月，运行人员发现二回路水质突然恶化，短时内凝泵出口及蒸汽发生器的电导率、钠离子含量迅速升高到限值，怀疑钛管泄漏，运行人员控制机组进行后撤。

可通过以下公式初步估算泄漏量：Q= Q= CNa*Q凝结水/C0

其中：CNa为凝结水中钠离子浓度,为3.7ppm；Q凝结水为凝结水流量2400t/h；C0为当地海水中钠离子浓度平均值，约为10000ppm。

Q=CNa*Q凝结水/C0

=3.7*2400/10000 t/h=14.8Kg/≈246mL/s。

由此判断凝汽器出现了钛管破裂导致的大流量泄露事故。

工程师利用真空覆膜法在凝汽器水室进行了查漏工作，经过初步查找，发现顶部一根钛管存在泄漏情况，薄膜在贴近钛管时出现明显的凹陷，并伴随着吸附的声音，见图片。

图2 查漏图

由此可见，在凝汽器钛管大流量泄露情况下，薄膜法更容易判断及定位泄露的钛管，相较于其他方法能节约大量时间。

3.1.2 某核电机组第二次钛管破裂真空覆膜法查漏应用

2022年12月，运行人员发现二回路钠离子逐步升高，凝泵出口及蒸汽发生器的电导率、钠离子含量逐步升高到限值，同样怀疑钛管泄漏，运行人员按要求降功率运行。

事件发生后，凝结水中钠离子浓度为33ppb；Q凝结水为3600t/h；C0为10000ppm。工程师初步估算泄漏量:

Q=CNa*Q凝结水/C0

=0.033*3600/10000 t/h=0.2Kg/min≈3.3mL/s。

由此判断凝汽器出现了微量的泄露事故，泄漏量较小，工程师同样利用真空覆膜法在凝汽器水室进行了查漏工作。

由于泄漏量小，工程师进行了更精细的准备工作，用到的主要工具为薄膜、胶带、对讲机、内窥镜等，查漏主要步骤如下：

1）进入凝汽器水室后搭设脚手架、并对管束焊缝区域用清水进行了清洁工作；

2）在循环水进水端水室内用薄膜将钛管管束全部盖住；

3）在循环水出水端水室内使用“二分法”将薄膜分区域盖住钛管并等待一段时间，如果该区域薄膜逐步收缩说明存在钛管泄露，过程中要利用对讲机与进水端实时沟通；

4）对怀疑泄露的钛管利用内窥镜进行检查最终确认漏点。

在经过2小时查找后确认了泄露的钛管，详见图片。

图3 钛管漏点图

从图片看，钛管损伤较小（内窥镜有放大作用，实际较小），海水泄漏量小，故低泄漏量下覆膜法不能急于求成，腹膜后需等待一段时间才能有明显效果。

结论

本文通过真空覆膜法进行凝汽器查漏的应用案例，说明了钛管海水泄流量最低在0.2Kg/min时应用该方法仍有明显的效果，对凝汽器查漏办法借鉴有积极的意义。

参考文献

[1]陈勇，核电厂凝汽器泄露探究，科技视界

[2]某百万机组核电厂经验反馈

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