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[摘 要]核电厂调试期间，受制于很多因素的影响，设备冷却水系统的水质很难到达运行水质要求。因而需要进行换水作业。在实践过程中发现以往的换水作业方式存在诸多缺点，本文介绍了一种新的换水作业方式。
[关键词]核电 调试 设备冷却水系统 换水
中图分类号：S557 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）16-0371-01
一.设备冷却水系统简介
设备冷却水系统是处在重要厂用水系统与核岛设备中间的一个封闭回路。主要功能是冷却核岛内各种热交换器；通过重要厂用水系统二次冷却将热负荷传送给最终热阱海水；在核岛各热交换器与海水之间形成一个屏障，防止放射性水污染海水，同时也避免海水侵蚀核岛设备。设备冷却水系统包括两个独立的安全系列和一个公用环路，公用环路由两个安全系列中的任一系列供水。每个安全系列由两台称为設备冷却水泵的卧式离心泵和一个称为波动箱的高位水箱、相关的碳钢管道、热交换器以及蝶形阀门组成。
二.调试期间设备冷却水系统的特点
由于设备冷却水系统的管道由碳钢组成，核电厂调试期间系统刚从安装公司移交，设备冷却水系统的管道腐蚀生锈情况较重。且由于设备冷却水系统管道较粗，管道内壁面积大，相应的腐蚀面积大。设备冷却水系统的管道内部存在大量铁锈。如不加防护，这些铁锈会堵塞热交换器通道，在热交换器内壁形成结垢，严重影响换热效率。也会冲击设备冷却水泵的叶轮，造成设备损坏。也会冲击蝶阀的阀瓣，影响密封效果。调试期间会使用在泵前加过滤器的方式限制铁锈的影响，这就会引出铁锈过多堵塞过滤器的现象，增加了设备冷却水泵气蚀的风险。通过清洗过滤器可以除去大量尺寸大的铁锈。小尺寸的铁锈和悬浮状的铁锈需要通过换水的方式除去。
三.以往机组的处理方式
福清1号机组调试期间和2号机组调试初期都使用先将系统内的脏水排净，再充入干净除盐水的方式进行换水。此方式有以下缺点：一、换水期间参与换水的系列必须停运，导致该系列热交换器不可用，增加调试期间计划协调的难度。二、排水期间耗费大量人工成本。由于排水口在燃料厂房最底层，调试期间核岛疏水排气系统不可用，整个排水期间均需要工作人员在现场启动临时排水泵并监视排水情况。三、充水期间耗费大量人工成本且增加泵气蚀风险，充水期间需要工作人员挨个高点排气，有些管段无法排气还需要启泵进行动排气。出现排气不充分时有设备冷却水泵气蚀的风险。四、水质改善效果差。首先，由于设备冷却水系统管道粗，储水量大，大约需要三天时间才能排净脏水。这期间刚排完水的管道内壁处于既有氧气又有水汽的最易腐蚀环境中，再次锈蚀的情况较为严重。研究结果表明，金属在干燥的空气环境中的腐蚀速率要低于金属在水中的腐蚀速率，二者要低于金属在潮湿空气中即既有氧气又有水汽的环境中的腐蚀速率。其次，通过添加磷酸三纳调节Ph值至碱性的化学防腐蚀方法在换水期间不可用。再次，由于部分设备冷却水系统管道布置平缓甚至有下凹，设备冷却水泵停运后大量原本悬浮的铁锈沉入管道底部无法排出。
四.动态换水的引入和特点
在福清2号机组调试期间，我们团队尝试了动态换水的方式改善设备冷却水系统水质。顾名思义，动态换水即是通过一种同时排出脏水和补充干净除盐水的动态方式完成换水作业。从系统中泵后的排气点引出临时管至重要厂用水系统溢流井将脏水排走，调节排水量使得设备冷却水系统能够通过自身低水位补水的方式维持波动箱水位在正常范围内。相比以往通过排尽脏水再充入除盐水的方式，动态换水有以下优点：一、换水期间设备冷却水系统可以正常运行，不影响用户的运行，增加了调试计划的灵活性。二、换水期间只需正常监视波动箱的液位和正常巡检设备冷却水泵的出入口压力即可，解放了大量人力。三、换水期间不会引入空气，泵的运行工况只会越来越好，无额外引入的风险源。四、水质改善效果好。换水期间系统一直处于满水状态，且可以通过化学注入系统注入磷酸三钠调节Ph值使系统处于碱性环境，管道内壁的腐蚀速率不会加快。由于换水期间设备冷却水泵一直处于运行状态，管道内水一直处于流动状态，悬浮物不会堆积在管道底部。五、当设备冷却水系统水质有轻微偏离水质要求时即可轻松通过动态换水改善水质。不需要因换水工作量大而等到水质差到一定程度再换水。
动态换水方式也存在以下不足：第一，需要耗费的除盐水量较多。第二，换水期间设备冷却水泵不能停运，需要耗费电能。第三，换水需要的周期更长。通过排尽脏水再充入除盐水的方式完成一次换水需要一周时间，通过动态换水需要大约两周时间。第四，换水过程中需要耗费一定量的磷酸三钠。
尽管动态换水方式存在不足，但对于改善水质这个根本目的来说，动态换水方式要优于传统的换水方式。
五.动态换水方式在辅助给水系统中的推广
辅助给水系统是核电厂五大专设安全设施之一。在任一正常给水系统发生故障时，辅助给水系统投入运行，导出堆芯余热，直到反应堆冷却剂系统达到余热排出系统可投入的状态。辅助给水系统由辅助给水箱、辅助给水泵、辅助给水流量调节阀以及除氧器组成。辅助给水箱是使用碳钢材质的氮气覆盖硬顶结构，水箱存储除盐除氧水。根据蒸汽发生器水质要求，辅助给水箱中的水要求氧含量低于100ppb，悬浮物低于1ppm。当水质不合格时需要进行换水作业。福清1号机组当氧含量不合格时通过循环除氧的方式进行换水，当悬浮物或阳电导不合格时通过排去脏水充入新水的方式换水。因设备冷却水系统调试活动集中在压力容器开盖功能试验前，辅助给水系统调试活动集中在热态功能试验前后，二者存在约三个月的时间差，福清2号机组这两个系统的调试工作都由我们小组负责。结合设备冷却水系统动态换水的经验，当悬浮物或阳电导不合格时我们通过一边充入新水一边排去脏水的方式换水。当氧含量稍微不合格时，福清3号机组调试小组开发出来通过手动充入氮气，迫使水箱内气体排出的方式进行吹扫。在氧含量偏离不大时这种由动态换水衍生出的动态换气方法既高效又廉价。动态换水的方法在辅助给水系统中推广后，节约了大量的人力成本，特别是动态换气的方法更是缩短了改善水质的时间，降低了改善水质的成本。
六.动态换水在新堆型华龙一号调试中的展望
相比福清1至4号机组的M310机组，新堆型华龙一号虽然有很大创新，但设备冷却水系统的改动不大。因此设备冷却水系统换水需求及换水方式方法不需要做出太大改变，可以直接应用。相比M310机组，辅助给水系统系统的辅助给水箱由一个碳钢材质的底部在0米标高的水箱，改为两个内衬不锈钢的顶部在0米标高的储水池。箱体材质的改变改善了悬浮物和阳电导，预计华龙一号调试中辅助给水系统由悬浮物和阳电导引发的换水需求将会大大减少。但是引起氧含量不合格的因素并未改变，预计华龙一号的调试过程中，通过动态换气的氮气吹扫方式将继续适用。动态换水的方式也适用于常规岛闭式冷却水系统，华龙一号的调试中可以推广至闭式冷却水系统。
参考文献
[1] 夏延龄.核电厂核蒸汽供应系统概述[M].北京：原子能出版社，2010.
[关键词]核电 调试 设备冷却水系统 换水
中图分类号：S557 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）16-0371-01
一.设备冷却水系统简介
设备冷却水系统是处在重要厂用水系统与核岛设备中间的一个封闭回路。主要功能是冷却核岛内各种热交换器；通过重要厂用水系统二次冷却将热负荷传送给最终热阱海水；在核岛各热交换器与海水之间形成一个屏障，防止放射性水污染海水，同时也避免海水侵蚀核岛设备。设备冷却水系统包括两个独立的安全系列和一个公用环路，公用环路由两个安全系列中的任一系列供水。每个安全系列由两台称为設备冷却水泵的卧式离心泵和一个称为波动箱的高位水箱、相关的碳钢管道、热交换器以及蝶形阀门组成。
二.调试期间设备冷却水系统的特点
由于设备冷却水系统的管道由碳钢组成，核电厂调试期间系统刚从安装公司移交，设备冷却水系统的管道腐蚀生锈情况较重。且由于设备冷却水系统管道较粗，管道内壁面积大，相应的腐蚀面积大。设备冷却水系统的管道内部存在大量铁锈。如不加防护，这些铁锈会堵塞热交换器通道，在热交换器内壁形成结垢，严重影响换热效率。也会冲击设备冷却水泵的叶轮，造成设备损坏。也会冲击蝶阀的阀瓣，影响密封效果。调试期间会使用在泵前加过滤器的方式限制铁锈的影响，这就会引出铁锈过多堵塞过滤器的现象，增加了设备冷却水泵气蚀的风险。通过清洗过滤器可以除去大量尺寸大的铁锈。小尺寸的铁锈和悬浮状的铁锈需要通过换水的方式除去。
三.以往机组的处理方式
福清1号机组调试期间和2号机组调试初期都使用先将系统内的脏水排净，再充入干净除盐水的方式进行换水。此方式有以下缺点：一、换水期间参与换水的系列必须停运，导致该系列热交换器不可用，增加调试期间计划协调的难度。二、排水期间耗费大量人工成本。由于排水口在燃料厂房最底层，调试期间核岛疏水排气系统不可用，整个排水期间均需要工作人员在现场启动临时排水泵并监视排水情况。三、充水期间耗费大量人工成本且增加泵气蚀风险，充水期间需要工作人员挨个高点排气，有些管段无法排气还需要启泵进行动排气。出现排气不充分时有设备冷却水泵气蚀的风险。四、水质改善效果差。首先，由于设备冷却水系统管道粗，储水量大，大约需要三天时间才能排净脏水。这期间刚排完水的管道内壁处于既有氧气又有水汽的最易腐蚀环境中，再次锈蚀的情况较为严重。研究结果表明，金属在干燥的空气环境中的腐蚀速率要低于金属在水中的腐蚀速率，二者要低于金属在潮湿空气中即既有氧气又有水汽的环境中的腐蚀速率。其次，通过添加磷酸三纳调节Ph值至碱性的化学防腐蚀方法在换水期间不可用。再次，由于部分设备冷却水系统管道布置平缓甚至有下凹，设备冷却水泵停运后大量原本悬浮的铁锈沉入管道底部无法排出。
四.动态换水的引入和特点
在福清2号机组调试期间，我们团队尝试了动态换水的方式改善设备冷却水系统水质。顾名思义，动态换水即是通过一种同时排出脏水和补充干净除盐水的动态方式完成换水作业。从系统中泵后的排气点引出临时管至重要厂用水系统溢流井将脏水排走，调节排水量使得设备冷却水系统能够通过自身低水位补水的方式维持波动箱水位在正常范围内。相比以往通过排尽脏水再充入除盐水的方式，动态换水有以下优点：一、换水期间设备冷却水系统可以正常运行，不影响用户的运行，增加了调试计划的灵活性。二、换水期间只需正常监视波动箱的液位和正常巡检设备冷却水泵的出入口压力即可，解放了大量人力。三、换水期间不会引入空气，泵的运行工况只会越来越好，无额外引入的风险源。四、水质改善效果好。换水期间系统一直处于满水状态，且可以通过化学注入系统注入磷酸三钠调节Ph值使系统处于碱性环境，管道内壁的腐蚀速率不会加快。由于换水期间设备冷却水泵一直处于运行状态，管道内水一直处于流动状态，悬浮物不会堆积在管道底部。五、当设备冷却水系统水质有轻微偏离水质要求时即可轻松通过动态换水改善水质。不需要因换水工作量大而等到水质差到一定程度再换水。
动态换水方式也存在以下不足：第一，需要耗费的除盐水量较多。第二，换水期间设备冷却水泵不能停运，需要耗费电能。第三，换水需要的周期更长。通过排尽脏水再充入除盐水的方式完成一次换水需要一周时间，通过动态换水需要大约两周时间。第四，换水过程中需要耗费一定量的磷酸三钠。
尽管动态换水方式存在不足，但对于改善水质这个根本目的来说，动态换水方式要优于传统的换水方式。
五.动态换水方式在辅助给水系统中的推广
辅助给水系统是核电厂五大专设安全设施之一。在任一正常给水系统发生故障时，辅助给水系统投入运行，导出堆芯余热，直到反应堆冷却剂系统达到余热排出系统可投入的状态。辅助给水系统由辅助给水箱、辅助给水泵、辅助给水流量调节阀以及除氧器组成。辅助给水箱是使用碳钢材质的氮气覆盖硬顶结构，水箱存储除盐除氧水。根据蒸汽发生器水质要求，辅助给水箱中的水要求氧含量低于100ppb，悬浮物低于1ppm。当水质不合格时需要进行换水作业。福清1号机组当氧含量不合格时通过循环除氧的方式进行换水，当悬浮物或阳电导不合格时通过排去脏水充入新水的方式换水。因设备冷却水系统调试活动集中在压力容器开盖功能试验前，辅助给水系统调试活动集中在热态功能试验前后，二者存在约三个月的时间差，福清2号机组这两个系统的调试工作都由我们小组负责。结合设备冷却水系统动态换水的经验，当悬浮物或阳电导不合格时我们通过一边充入新水一边排去脏水的方式换水。当氧含量稍微不合格时，福清3号机组调试小组开发出来通过手动充入氮气，迫使水箱内气体排出的方式进行吹扫。在氧含量偏离不大时这种由动态换水衍生出的动态换气方法既高效又廉价。动态换水的方法在辅助给水系统中推广后，节约了大量的人力成本，特别是动态换气的方法更是缩短了改善水质的时间，降低了改善水质的成本。
六.动态换水在新堆型华龙一号调试中的展望
相比福清1至4号机组的M310机组，新堆型华龙一号虽然有很大创新，但设备冷却水系统的改动不大。因此设备冷却水系统换水需求及换水方式方法不需要做出太大改变，可以直接应用。相比M310机组，辅助给水系统系统的辅助给水箱由一个碳钢材质的底部在0米标高的水箱，改为两个内衬不锈钢的顶部在0米标高的储水池。箱体材质的改变改善了悬浮物和阳电导，预计华龙一号调试中辅助给水系统由悬浮物和阳电导引发的换水需求将会大大减少。但是引起氧含量不合格的因素并未改变，预计华龙一号的调试过程中，通过动态换气的氮气吹扫方式将继续适用。动态换水的方式也适用于常规岛闭式冷却水系统，华龙一号的调试中可以推广至闭式冷却水系统。
参考文献
[1] 夏延龄.核电厂核蒸汽供应系统概述[M].北京：原子能出版社，2010.