昌江核电厂水汽集中取样装置优化分析

王澄澄

【摘 要】本文运用对比分析的方法，对当涂火电厂水汽集中取样装置和昌江核电厂的二回路水汽集中取样装置进行分析评价。结果发现，当涂火电初期投资较少，系统结构简单，运行维护方便，但安全稳定性较差，能效低；昌江核电厂虽然初期投资相对较大，但其设备在安全和经济性能方面，有了较大的优化改进，是节能增效的有利措施。笔者针对昌江核电的水汽集中取样装置进行了深入分析，提出了自己的优化建议。

【关键词】核电厂；水汽；集中取样；优化

【Abstract】In this paper， the method of comparative analysis， of Dangtu thermal power plant water vapor concentration sampling device and the Changjiang nuclear power plant in the second loop of water vapor concentration sampling device were analyzed and evaluated. It was found that the Dangtu thermal power with less initial investment， the system has the advantages of simple structure， convenient operation and maintenance， but security and stability is poor， the low level of energy efficiency； Changjiang nuclear power plant although the initial investment is relatively large， but its equipment in safety and economic performance， improvement and optimization of large， is favorable measures for energy efficiency. The water vapor concentration of Changjiang nuclear power sampling device are analyzed， put forward the optimization suggestions.

【Key words】Nuclear power plant； steam； Concentrated sampling； Optimization

0 前言

马鞍山当涂发电有限公司（以下简称当涂火电）有两台660MW超临界燃煤火电机组，其水汽集中取样分析系统采用的是苏州中新动力生产的SZ-II型水汽集中取样装置[1]。海南昌江核电厂（以下简称昌江核电）共有两台650MWe的CNP650型压水堆核电机组，其二回路水汽取样监测系统采用的是南京国能环保公司生产的GN-65型集中取样装置[2]。

当涂火电与昌江核电的水汽取样装置，其基本功能是一致的，即在常规岛水汽回路（核电厂为二回路）系统的关键部分取样，将所取得的样品通过相应的管道送至水汽集中取样装置进行分析，其结果将全面显示热力系统中水汽回路或者其他辅助回路在该部分的介质物理、化学性质，如含氧量、pH值、电导率（包括阳离子电导率和比电导率）、钠离子含量、联氨量等是否符合运行要求[3]。

然而，随着电力技术的不断发展，电厂对水汽取样装置的安全、经济及能效等方面的要求也在不断提高。水汽取样方式也从最初的分散式逐渐发展为集中式。为了提高安全性，当涂火电的水汽集中取样分析装置设计了样水超温保护装置。昌江核电相对当涂火电，其水汽集中取样装置在兼顾其基本功能的情况下，进一步增加了断流保护装置、超压保护装置和样水回收装置。

1 系统组成与功能设计

1.1 当涂火电水汽集中取样分析装置

当涂火电采用的是常规超临界直流火电厂技术比较成熟的水汽取样监测系统，其组成部分主要包含水样高温冷却器、一次阀、二次阀、排污阀、样水冷却器、减压阀、过滤器、电磁阀、恒温装置、流量计、在线分析仪表等。

水汽样品自取样点来，进入高温取样架，高温水汽样品首先经过高温取样架的集中式高温冷却器进行预冷却，然后进入一次阀、二次阀进入低温冷却器，使水样温度降低到人工取样温度（≤40℃），然后进入减压阀，将水汽样品的压力降低到0.1MPa左右，然后进入过滤器，去除水样中颗粒较大的腐蚀杂质。

水汽样品经过高温取样架的减温减压过程后，进入低温仪表盘，其样品分为两路。一路为人工取样管线，另一路为仪表样水管线。仪表样水需先经过一个带温度测点连锁的电磁阀，然后进入恒温装置，在恒温装置中进一步冷却水样，使样水温度恒定在25±1℃范围，再进入分析仪表进行在线分析。

1.2 昌江核电二回路水汽集中取样监测装置

昌江核电二回路水汽取样监测装置由高温取样架、低温仪表盘（包括仪表湿盘架和仪表干盘架）、恒温装置、辅助系统（包括样水回收系统和样水断流补水系统）组成。高温取样架和低温仪表架分室布置，恒温装置、辅助系统与低温仪表架同室布置。

图2 昌江核电水汽集中取样装置单管线示意图

如图2所示，水汽样品自取样点来样后经过高温取样架减温、减压作用后，达到人工取样的温度（≤40℃）、压力（≤0.2MPa）要求后，进入低温仪表盘。水样在进入低温仪表盘后分为两路，一路经过稳压阀稳压后去人工取样盘，另一路经过恒温装置再次冷却后（25±1℃）进入在线化学仪表。

2 安全性分析

2.1 超压保护

在高温取样架的设计中，昌江核电在减压阀后侧增加了安全阀，提高取样管线抗高压的能力，提高取样管线压力耐受等级。当水汽样品经过减压阀后，其压力仍然超过0.45MPa时，安全阀将自动泄压，保护后续设备的安全。

2.2 超温保护

水汽样品进入低温仪表盘后，分为两路。其中去化学仪表的水样首先经过超温关断电磁阀。当水汽样品温度>40℃时，电磁阀将连锁关闭，切断去化学仪表的取样水流，保护化学仪表电极。昌江核电与当涂火电，均设计了超温保护系统。

2.3 断流保护

当化学仪表因异常情况（例如超温保护系统动作、高温取样架排污或者取样管线堵塞等），导致水样断流时，昌江核电的取样装置中设计在仪表进水流量计中的断流传感器将检测到断流信号，并连锁开启断流补水电磁阀，利用断流补水箱中的除盐水向化学仪表电极供水，确保化学仪表电极处于“湿”保养状态。当涂火电并未设计此系统，系统稳定性较低。

2.4 冷却保护

当涂火电水汽取样装置中，其高温取样架的排污扩容器，设计为带冷却功能的排污扩容器，可有效冷却高温高压水汽样品。当高温取样架进行排污工作时，可避免因高温高压水汽样品导致水雾弥漫，影响操作人员和周边设备的安全运行。而昌江核电并未设计冷却功能，仅仅只有扩容泄压功能，在调试期间排污过程中，产生大量热水雾，安全性较差。

3 经济性分析

3.1 设备成本分析

当涂火电的水汽集中取样装置相对比较简单，维护操作方便，一次性投资较少。

昌江核电的二回路水汽集中取样监测装置结构复杂，功能更加完善，调试运行操作相对较复杂，初期投资相对较高。

3.2 样水回收装置

昌江核电水汽集中取样装置为了提高水资源的利用率，设计了样水回收系统。其主要由一个回收水箱、1台回收水泵和不相应的阀门管线组成。

水汽样品的水样绝大部分是电厂水汽回路中的高品质水样，其水质参数与补给除盐水接近，可作为水汽回路的补给水予以回收。其他的如闭式冷却水等水质与水汽回路的水质要求相差较大的样水，不能再回收利用。

3.3 经济效益分析

昌江核电水汽集中取样装置主要回收仪表排水，该装置共有22台在线化学仪表，除去闭式冷却水2台化学仪表排水不回收（水质不符合凝结水水质要求），共计20台化学仪表排水需要回收。以300ml/min的仪表流量计算，按每年运行300天计算，每年两台机组回收的样水量Q为：

Q=2×300×20×60×24×300=5184吨/年

电厂锅炉补给除盐水的制水成本依照15元/吨计算，每年可节约直接制水成本V1：

V1=5184×15=77760元/年

如果间接考虑制水设备的损耗、维护以及废水处理成本，以7元/吨计算，其间接可减少设备损耗、维护及废水处理成本V2：

V2=5184×7=36288元/年

综合以上两项，可节约经济成本约11.4万元/年。由此可见，对水汽集中取样装置中水质较高的水样进行回收，既能避免水资源的浪费，提高水资源的利用率，又能降低生产成本，是节能增效的有力措施。

4 优化建议

昌江核电的水汽集中取样装置，仍可进一步优化设计。

4.1 排污扩容器冷却优化

其高温取样架的排污扩容器未设计冷却装置，建议设计成为带冷却效果的排污扩容器，提高高温取样架水汽样品排污的安全性。在调试期间，高温取样架对高温水汽样品管线进行排污是，会产生大量的热蒸汽充斥整个房间，对操作者和厂房设备是一个安全隐患。

4.2 人工取样盘样水回收优化

可对人工取样盘中的水样进行分类，纯水级别的样水利用回收水管导入回收水箱予以回收，水质较差的样水排入地沟。经计算，昌江核电每台机组可回收的人工取样管线有23条，每条人工取样管线流量依500ml/min计算，其可回收的样水流量为9936吨，可节约经济成本218592元/年。

5 结束语

综上分析，当涂火电的水汽集中取样装置系统简单、操作方便、技术成熟，但安全性能和经济效益相对较差。昌江核电在水汽集中取样装置的设计上相对更加安全、经济环保。其设计的超压保护系统和断流保护系统可有效的保障装置的安全运行，维持在线化学取样分析的稳定；样水回收装置可有效节约生产成本，提高环保效益。但是，其设计仍然有可优化改进的地方，可在今后的生产运行过程中对系统进行更进一步的优化改造，进一步提高经济环保效益。

【参考文献】

[1]马鞍山当涂发电有限公司.化学运行手册[S].安徽马鞍山：马鞍山当涂发电有限公司，2015.

[2]中国电力工程顾问集团华东电力设计院.海南昌江核电厂1、2号机组工程水汽取样系统手册（SIT）[S].上海：华东电力设计院，2011.

[3]南京国能环保工程有限公司.海南昌江核电厂一期工程027A二回路水汽取样监测系统安装调试分卷[Z].南京：南京国能环保工程有限公司，2013.

[责任编辑：杨玉洁]