蒸汽发生器沉渣异常上涨原因排查及改进

李淮伟

【摘  要】某核电厂蒸汽发生器在二次侧管板冲洗后多次出现沉渣重量异常上升的情况。通过排查，确认是因为凝汽器磁性过滤器失磁，对含铁腐蚀产物的吸附效果降低，导致迁移进入蒸汽发生器的腐蚀产物量增多。根据分析结果，对磁性过滤器进行了改进，遏制了沉渣量异常上升。

【Abstract】The steam generator of a nuclear power plant has repeatedly exhibited an abnormal rise situation of the weight of sediment after the secondary side tubesheet was washed. Through investigation， it is confirmed that the reason is that the magnetic filter of the condenser lost its excitation， which reduced the adsorption effect of ferrous corrosion products， resulting in the rise of the weight of corrosion products transported into the steam generator. According to the analysis result， the magnetic filter has been improved to prevent the abnormal rise of sediment.

【关键词】蒸汽发生器;沉渣;磁性过滤器;失磁;改进

【Keywords】steam generator; sediment; magnetic filter; loss of excitation ; improvement

【中圖分类号】TM623                               【文献标志码】A                                   【文章编号】1673-1069（2020）03-0146-02

1 引言

蒸汽发生器（55/19B型，以下简称“SG”）是CPR1000堆型压水堆核电站的关键设备，其最薄弱的地方是SG管板上平面与传热管的交界处，而管板恰好是SG自然循环中的上下循环的转折点。二回路水中带入SG的铁屑微粒及其氧化物（主要为Fe3O4，有磁性）会沉积在这里并板结，并随温度的改变而膨胀或收缩，对传热管的根部会造成挤压，使管壁发生凹陷或圆周裂纹，破坏一回路压力边界。为了避免这种情况出现，在换料大修期间，需要使用专用高压冲洗设备对管板进行压力冲洗，去除管板上的沉积物。

2 问题描述

国内某核电站1号机组第三次换料大修（以下简称“103”）期间对三台SG二次侧管板进行压力冲洗后，收集沉渣干燥后进行称重，SG1/SG2/SG3的沉渣重量（干燥后）分别为6.42kg/7.41kg/9.10kg，总重量为22.93kg。对比历史收集的沉渣重量统计数据（见表1），本次沉渣总重量上涨异常明显，需要进行原因排查。

3 原因分析

影响SG沉渣重量上升的因素较多，主要包括历史遗留、新增设备异常腐蚀、SG二次侧冲洗工艺变化、SG排污流量变化、SG检修工作变化和二回路水循环回路变化等方面，需要展开排查分析。

3.1 历史遗留排查

对比1号机组之前的3次大修SG冲洗后的ITV视频检查结果，冲洗后SG二次侧管板区域剩余沉渣量相当，均处于较低水平，符合电厂在役检查程序验收标准，排除历史遗留问题的可能。

3.2 新增设备异常腐蚀排查

将三台SG冲洗沉渣外送进行光谱分析，显示主要成分为Fe3O4，与以往大修沉渣主要成分相似，排除有新增设备异常腐蚀的可能。

3.3 SG二次侧冲洗工艺变化排查

SG二次侧冲洗工艺改变将影响沉渣的重量。对比SG冲洗的设备、过滤器、流程、流量、喷枪摆动次数、喷枪摆动角度、喷枪移动速度等均无变化，可排除因冲洗工艺改变导致沉渣量增加的可能。

3.4 SG排污流量变化排查

SG排污系统的流量低易导致SG的腐蚀产物在管板上的沉积。在电厂实时信息监控系统上查询，机组正常运行期间的排污流量跟其他机组对比无明显差异，可排除排污系统运行异常导致沉渣量增加的可能。

3.5 SG检修工作变化排查

SG上部大型检修活动和SG二次侧充排水等工作会导致附着在SG上部区域的沉渣脱落至蒸发器二次管板。排查发现，之前大修SG无大型检修工作，但102大修SG湿保养液位升高，液位升高会导致部分附着在SG上部区域的沉渣发生脱落，根据其他机组的检修经验，这不会导致沉渣量明显增加。

3.6 二回路水循环回路变化排查

3.6.1 功率运行期间的二回路腐蚀和迁移控制

功率运行期间，影响二回路腐蚀速率的主要化学指标有二回路pH值、溶氧、卤族离子含量等，定期监测SG给水中的全铁含量，通过分析铁浓度可直观反映二回路的整体腐蚀状态。纵向来看，103循环二回路水质更有利于功率运行期间的二回路腐蚀控制。

3.6.2 二回路过滤器截留效果排查

对比1号机历次大修沉渣颗粒统计结果，发现103大修较大颗粒沉渣的百分比明显偏低，沉渣里中小颗粒组分更多，说明二回路水循环过滤器对中小颗粒组分的沉渣的截留效果降低。

103大修解体检查二回路中主要的三个过滤设备，其中，凝结水抽取系统过滤器和电动给水泵系统过滤器检查未见异常。而凝汽器磁性过滤器从102大修开始出现部分磁棒吸附杂质不饱满的现象，103大修检查吸附不饱满的现象更加明显（见图1）。对不吸附沉渣的磁棒进行磁通量测量，结果显示，磁通量均小于300G（设计值为800G）。

凝汽器磁性过滤器的滤网组件主要由具有磁性除铁功能的标准化模块组件及配套组件组合而成，当水流通过净化模块的磁场组件时，水中铁质杂质可被磁场筛选出来，实现对凝结水的磁性除铁净化[1]。

解体磁性过滤器中的磁棒，发现部分磁性元件（磁块）已严重腐蚀。进一步分析磁块腐蚀的原因，发现磁棒两端为旋压密封，磁棒和框架装配间隙较大，磁棒在水流及其他外力持续作用下，旋压密封失效，添加有联氨的二回路水流进入磁棒内部，腐蚀了磁块表面的防腐镀层。磁块内部为烧结钕铁硼永磁合金，化学性质活泼，易发生氧化反应，与水接触后发生腐蚀而失磁。

该电站6台机组均采用了该型号的磁性过滤器，在其他机组中也陆续发现了类似问题，说明该问题确实为共性问题。

综上所述，磁性过滤器存在设计缺陷，元件腐蚀失磁后对含铁腐蚀产物的吸附能力降低，导致进入SG的腐蚀产物量大幅增加。

4 改进措施

根据以上分析，对磁性过滤器进行了针对性改进：

①改进磁性过滤器的固定方式，对每根磁棒单独进行固定，解决磁框架固定不牢易震动的问题;

②加厚磁棒中磁塊的表面防腐镀层，增加磁块的抗腐蚀能力，同时，升级了磁块的牌号（原N38H改为N40H）和规格（原？准12.7×8mm改为？准13.55×10mm），增加了磁能积，增强磁棒在交变场合下的抗衰减能力;

③将磁棒原来的旋压密封改进为焊接密封，避免了磁块与二回路水的接触，提升了磁棒密封可靠性。

5 结论

针对大修期间SG冲洗后沉渣量异常上升的问题，通过对历史工况和现场设备的排查，确认主要原因是凝汽器磁性过滤器失磁。因此，提出磁性过滤器的改进措施，恢复了磁性过滤器的设计功能，避免二回路腐蚀产物大量进入SG而影响机组的安全稳定运行。

【参考文献】

【1】广东核电培训中心.900MW压水堆核电站系统与设备[M].北京：原子能出版社，2005.