某核电站一期工程凝结水二级调节阀出现树脂及应对措施

雷宙

摘 要：国内某核电站一期工程二回路凝结水二级调节阀出现树脂的状况，使水质发生偏离，对蒸汽发生器造成危害。维修工程技术人员依据系统设计图纸，采取排除法和分析法（对树脂类型进行分析）相结合的方式，逐一验证各种导致树脂漏入凝结水系统的可能，彻底弄清了二回路凝结水二级调节阀内树脂产生的原因；根据机组现行运行情况以及系统缺陷，采取了近期应对措施，并对如何通过技术改造，彻底解决系统缺陷提出了设想。

关键词：凝结水精处理系统 ； 凝结水精处理阳床； 凝结水精处理阴床 ；凝结水二级调节阀 ；树脂

中图分类号：TL353+.5 文献标识码：A 文章编号：2095-7394（2018）02-0020-06

核电机组二回路，构成了封闭的热力循环，其主要功能是将凝汽器中的凝结水，经过凝结水系统、除氧器、主给水系统送入蒸汽发生器加热变成蒸汽，再由主蒸汽系统送往汽轮机做功，汽轮机带动发电机，将机械能变为电能。从安全角度讲，二回路的另外一个主要功能是将反应堆衰变产生的热量带走。二回路在设计上，有探测放射性漏入系统的手段和隔离泄漏的方法。因此，对于核电站来说，二回路相当于血管对于人体的重要性，当二回路中出现了杂质，导致二回路水质恶化，将会危害到核电站系统设备的安全乃至核安全。因此，每一个核电站在其各类规程和技术规格书中都对二回路水质做出了非常严格的要求。尽管核电站设计过程中都充分考虑了保护二回路水质的具体措施，但机组实际运行中，由于各方面原因，亦有可能出现影响二回路水质的其他不可预见的因素。笔者结合某核电站一期工程凝结水二级调节阀出现树脂的状况，分析其产生原因，并就其采取的应对措施进行归纳，以便为其他核电机组的运行安全及技术改造提供经验借鉴。

1 某核电站一期工程凝结水二级调节阀出现树脂问题描述

某年6月1日下午16：40，国内某核电站维修人员在解体1LCA20AA201（凝结水二级调节阀）本体后，发现阀腔存在疑似树脂的物质，且有刺激性气味。后续维修人员对二回路其他设备解体进行了仔细检查，其中在高压加热器中发现较少量树脂，在凝结水疏水收集系统1LCM水箱中发现约1L树脂，其他设备中未发现树脂。[1]该核电站一期工程所使用的离子交换树脂是由单体、交联剂和交换基团组成。单体是能聚合成高分子化合物的低分子有机物，是离子交换树脂的主要成分，也是离子交换树脂的母体。交联剂是固定树脂形状和增强树脂机械强度的成分，交联剂在离子交换树脂内的百分含量，称为交联度。水处理中应用的离子交换树脂的交联度一般在7%～12%范围内。离子交换基团是连接在单体上的具有活性离子的基团。它可由具有离解能力的低分子（如H2SO4等）通过化学反应引接到树脂内，也可由带有离解基团的高分子电解质（如甲基丙烯酸等）直接合成。[2]树脂在使用中所承受的温度有一定极限，超过其极限温度，树脂就会发生热分解。由于树脂中含有磺酸基，受热分解会产生硫酸根，对蒸汽发生器传热管造成腐蚀。核电站技术规格书中同样对硫酸根离子的浓度做出了明确要求。在核功率?50 %N额定时，要求蒸汽发生器排污水中硫酸根离子浓度?100μg/kg，在核功率>50 %N额定时，要求蒸汽发生器排污水中硫酸根离子浓度?50μg/kg。树脂随着凝结水在二回路中流动，当温度升高时，树脂将发生分解，释放出硫酸根，使水质偏离，对蒸汽发生器造成危害。

2 某核电站一期工程凝结水二级调节阀出现树脂的原因分析

对核电机组来说，凝结水系统和给水系统出现树脂，就等于出现了杂质。按照机组设计要求，在正常工况下，树脂本不应该存在于二回路中，但机组实际运行中1LCA20AA201（凝结水二级调节阀）出现树脂，肯定不正常。树脂何时产生、从何而来，必须彻底查清。一般来说，该机组凝结水二级调节阀内树脂何时产生，则相对容易判断。因为凝结水二级调节阀每年大修都会解体，在T109大修（1号机组第09次大修）解体时，未见树脂。凝结水二级调节阀最近一次操作为2016年9月，2016年7月19日—9月7日为打开状态，9月7日后关闭至T110大修（1号机组第10次大修）。初步判断树脂是2016年9月以后流入系统，并积存在1LCA20AA201处。而二回路二级调节阀内树脂从何而来，则相对难以判断。按常理，二回路二级调节閥内出现树脂，必定与二回路相连并且含有树脂的其他系统相关。该核电站一期工程机组与二回路相连并且含有树脂的系统有1LCU（除盐水补给）系统（水源是1GCF40“除盐水预处理系统”）、1LCQ（蒸汽发生器排污）系统、1LD（凝结水精处理）系统。那么，树脂到底由什么原因产生需要快速确定。为了在短时间内找到产生树脂的原因，维修工程技术人员依据系统设计图纸，采取排除法和分析法（对树脂类型进行分析）相结合的方式，逐一验证各种导致树脂漏入凝结水系统的可能。

2.1 1LCU（除盐水补给）系统的排查

在正常工况下，二回路的补水来自于1LCU（除盐水补给）系统中的二、三号水箱，在无箱体检修工作的情况下，两个水箱的补水以及用水都是同步进行的，因此，在对除盐水补给系统进行检查时，只需检查其中的一个水箱即可。维修工程技术人员将1LCU02BB001（二号除盐水补给水箱）底排阀打开排空水箱，并对二号除盐水补给水箱箱体解体检查，未发现树脂，所以排除1GCF40系统漏树脂的可能；对1LCQ系统树脂捕捉器排水检查亦未见树脂，并且1LCQ系统水进入除氧器，所以排除1LCQ系统漏树脂。

2.2 1LD（凝结水精处理）系统的排查

鉴于这种情况，维修工程技术人员将排查重点放在1LD系统（凝结水精处理系统）。1LD系统与LCA系统（凝结水系统）相连，它包括1LDB系统（凝结水精处理混床）入口、1LDF系统（凝结水精处理阳床）出口。[3]而1LDB/LDF系统排气管道又与1LCM系统（凝结水疏水收集系统）相连。所以，排查工作依次从1LDF系统、1LDB系统进行。

2.2.1对1LDF系统（凝结水精处理混床）的排查分析

由于1LDF（凝结水精处理混床）出口直接与凝结水系统管道连接，根据以往经验判断，最常见和最易发生树脂漏出的位置就是1LDF出口。所以，排查工作从解体检查1LDF21-25AT002（五列混床出口的树脂捕捉器）开始。1LDF系统包括1LDF21-25AT001混床和1LDF21-25AT002树脂捕捉器（见图1）。[3]

维修工程技术人员先对1LDF21-25AT002五个树脂捕捉器（见图2）进行解体，打开出口管处端板进行检查后，目测未发现树脂；随后，又对树脂捕捉器出口腔室和树脂捕捉器内部滤元进行检查，也未发现树脂。

为彻底排除1LDF（凝结水精处理混床）系统漏出树脂的可能，维修工程技术人员又对1LDF21-25AT001（五列混床）底部入孔门（见图3）进行解体检查，检查结果亦显示未发现树脂漏出（如果漏树脂，水帽板下部、穹底以及树脂捕捉器中将都会有树脂残留，但解体后并没有发现树脂）。根据以上排查，可以排除掉1LDF系统出口漏树脂的可能。

2.2.2 对1LCA20AA201内树脂成分的分析。

在对1LDF（凝结水精处理混床）系统进行排查的同时，化学分析人员采用酸碱处理方法对1LCA20AA201内的树脂进行取样分析，其主要目的是对树脂的成分进行分析，以此来判断树脂类型，为准确定位泄露的树脂是属于阳床还是混床提供重要依据。所取到样品外观见图4，通过酸碱处理后树脂如图5。

取样中，肉眼可以看到，绝大部分是白色、红色及黑色不透明树脂，极少一部分是透明浅黄色树脂。用显微镜观察发现，红色及黑色不透明树脂绝大部分为白色树脂外层包裹了一层黑色或红色物质，应该是树脂被铁污染了。用15%盐酸和15%氢氧化钠反复浸泡10h多，没有发现树脂外观有明显变化；用15%的NaOH浸泡，没有发现树脂分层现象；用10%的硫酸铜溶液浸泡后没有发现树脂变色，无法判断出是阴树脂、阳树脂还是惰性树脂。为此，化学分析人员联系生产厂家，并将样品邮寄给厂家协助进行化学分析，厂家分析得出的结论为树脂全部是阳树脂。依据厂家给出的树脂类型分析结论，可以判定树脂是从1LDB系统进入二回路的。

2.2.3 对LDB系统（凝结水精处理阳床）的排查

（1）1LDB系统运行情况排查：1LDB系统过滤器顶部补水装置是杯中杯开孔式，见图6，该装置没有阻拦树脂进入二回路的功能，所以树脂有可能通过该装置流入凝结水系统中，但是在每个床体入口处都设计有逆止阀，其作用就是防止LDB中树脂反向进入凝结水系统中，而机组运行中，LD系统（凝结水精处理系统）入口压力要大于出口压力，机组正常工作期间，不具备树脂反向流入凝结水系统的条件。

（2）1LDB系统倒树脂情况排查：1LDB系统再生倒树脂过程中，设置有顶部顶压流量，也不具备树脂流入凝结水的条件。

（3）1LDB系统排气阀误操作情况排查：调取2016年9月后1LDB11-15AA111的开启状态和压缩空气压力，亦未发现异常状态。

（4）1LDB系统进入1LCM系统排查：1LDB系统树脂进入1LCM的途径，只有在再生中进行压缩空气吹平时有树脂粘在过滤器的上穹顶，之后注满水过程中可能会通过1LDB11-15AA111有少量树脂流入1LCM系统。为验证此种情况，在2LDB15和1LDB11压缩空气吹平和注水时在管道2LDB15AA111和1LDB11AA111管道后綁扎纱布，以验证是否能有树脂通过此通道流入LCM系统。在2LDB15吹平和注水时绑扎纱布未见树脂（见图7）。在1LDB11吹平和注水时绑扎纱布拦截进行验证，拦截到少量树脂（见图8）。由此可以断定1LDB系统树脂会通过漏斗进入1LCM系统。

2.2.4 对1LCM（凝结水疏水收集）系统排查

与1LD系统相连的1LCM系统有封闭式、也有开放式（漏斗排水），1LCM改造时，这部分水没有回收，通过1LCM29AA001排到地坑（见图9）。[3]但是如果1LCM05AA001内漏，则有可能1LDB漏斗排放的这部分水流入1LCM01水箱，进而运行中这部分水回到二回路系统中。由于工期较紧，维修工程技术人员无法隔离系统将1LCM05AA001拆御下来检查，只能通过试验判断1LCM05AA001是有较大的内漏。维修工程技术人员尝试采取以下方法逐一进行验证，即试验前保证LCM05管线上的排水流量稳定；启泵将LCM01BB001液位降低到1.0m，然后转打循环工况；用桶测量溢流管线接满一桶水的时间；停运LCM泵，用桶测量溢流管线接满一桶水的时间；比较两次的时间来判断1LCM05AA001是否有内漏。试验验证该阀确实存在内漏，不过无法判断具体泄漏量。由此，彻底弄清了凝结水精处理阳床的树脂是通过漏斗进入凝结水疏水收集箱（LCM），而后又通过凝结水疏水收集泵打入二号凝汽器，从而导致树脂进入了二回路。

3 消除凝结水二级调节阀内树脂的应对措施

弄清了二回路二级调节阀内树脂产生的原因，必须采取有效措施加以防范。根据机组现行运行情况以及系统缺陷，维修工程技术人员采取了近期应对措施，并对如何通过技术改造，彻底解决系统缺陷提出了设想。

3.1 近期应对措施

按照机组检修大纲要求，1LCM05AA001的检修要等12个燃料循环检修一次才能进行，二回路凝结水二级调节阀内出现树脂时，机组状态没有条件解体检查1LCM05AA001。为了避免树脂流入1LCM系统进而进入二回路系统中，维修工程技术人员，尝试在1LDB11-15AA111排气管道下漏斗中绑扎纱布，并在每次再生操作时进行检查和清理。绑扎纱布后，2017年6月30日1LDB15再生时纱布截留的少量树脂，2017年7月3日1LDB14再生时纱布截留的少量树脂，2017年7月17日1LDB12再生时纱布截留的少量树脂。通过现场验证检查，在LD系统树脂再生过程中，会有少量树脂通过漏斗进入到LCM系统。在排气管线上绑扎的纱布，有效地拦截了树脂，防止了树脂再次进入二回路的可能。由于纱布的机械强度不高，维修工程技术人员又将纱布替换为机械强度更高的不锈钢网。

3.2 后期技术改造设想

严格地讲，上述方案只是临时性应急措施。为了彻底解决树脂漏入二回路的问题，必须在机组下一轮次的大修时，对两台机组的LCM05AA001阀门进行解体检查，彻底解决树脂通过内漏的阀门进入LCM系统的缺陷。具体建议是必须对系统进行技术改造，即在LDB/LDF系统排气管线下方漏斗后的集管上增加树脂捕捉器，利用树脂捕捉器滤芯孔径比树脂直径小的特点，让水从滤芯孔洞中流过，拦截下漏出的树脂，以彻底解决树脂进入LCM系统从而进入二回路的缺陷。当然，从理论上讲，这一改进措施是可行的，但实施后的具体效果如何，还有待机组运行后的进一步验证。

参考文献：

[1]江苏核电有限公司运行一处.解体1LCA20AA201调节阀本体后发现阀腔存在疑似树脂的物质[Z].2017-07-12.

[2]顾颖宾.VVER-1000压水堆系统与运行∥化水系统现场岗位培训教材（化学制水）[M].北京：中国原子能出版社，2009：3-4.

[3] 江苏核电有限公司.田湾核电站1号机组凝结水精处理系统运行规程[S].SOP-1-LD000-001，2009：15-26.

Resin and Countermeasures of Second Stage Regulating Valve for Condensate in a Nuclear Power Plant

LEI Zhou

（OPO， Jiangsu Nuclear Power Corporation， Lianyungang 222002， China）

Abstract： In the first phase project of a domestic nuclear power plant， resin appears in the second stage regulating valve for condensation water in the secondary circuit， which causes the deviation of water quality and exerts harmful influence on the steam generator. Based on the system design drawings， maintenance technicians adopt exclusive method and analysis method（the type of resin analysis） to screen out all possibilities that will result in the leakage of resin. And finally through the analysis， the reason has been found. In addition， considering the capability of the current operation unit and system deficiencies， measures have been taken recently and some ideas regarding how to solve the system deficiencies thoroughly by improving the technologies have been put forward.

Key words： condensate processing system； cation filter； anionic filter； second stage regulating valve for condensation water； resin

責任编辑 祁秀春