二回路钠表的预维与优化

吕晓栋，诸海川，俞嘉成，常满意

（中核核电运行管理有限公司 技术三处，浙江 嘉兴 314300）

0 引言

某重水核电厂二回路取样系统主要是用来监测凝汽器传热管和蒸汽发生器传热管的完整性，通过监测凝结水中的钠离子浓度和蒸汽发生器排污水中的氚水平判断传热管是否发生破损，并根据现场仪表的读数情况协助定位破损的大致位置和破口的大小。通过监视凝结水、主给水蒸汽的pH 值、溶解氧、电导率等各项化学指标，确保其管道良好的运行环境，防止腐蚀的产生，保持核电厂安全、高效和经济运行。

具体实现以下功能：在就地仪表盘上提供在线参数指示功能；在就地取样柜中对二回路的各监测点提供集中的手动取样途径；提供钠离子、溶解氧、pH 值等参数超标时报警的功能；当蒸汽发生器的传热管或者凝汽器的钛管破损时，可通过在线钠表判断哪列凝汽器水室泄漏并进行隔离。

在就地取样控制盘盘台上安装有报警指示窗，1 台多点记录仪和4 台取样泵操作手柄及以下仪表：排污总管电导表，凝汽器1A/1B/2A/2B 电导表，凝泵出口溶解氧表，6号高加出口pH 表，凝泵出口钠表，凝汽器1A/1B/2A/2B钠表。

1 钠表监测控制要求

由于钠离子在小孔内或缝隙处发生浓集会对传热管造成腐蚀，根据电厂运行手册要求，钠表正常运行期间报警设定值为＜1ppb，取样流量为40mL/min。在机组正常运行期间，若凝汽器钛管泄漏，海水中钠、氯、硫酸根离子进入二回路，会对蒸发器传热管和二回路管道造成腐蚀。发生凝汽器钛管泄漏时，必须迅速判断并隔离发生钛管泄漏的凝汽器水室，故钠表准确性对机组安全运行具有重要意义。

2 钠表测量原理

二回路取样系统使用的ORION 钠表，运行多年后钠表主板、报警、输出等卡件工作不稳定，影响运行和化学人员正常监盘，已于2013 年从1811 型升级为2111 型，具有测量精度高、范围宽及响应速度快等特点，能够快速、准确地反映被测介质的钠含量指标。

钠离子的在线定量分析采用原电池法[1]，即将对钠离子敏感的玻璃电极、参比电极和温度电极同时浸入测量溶液中构成测量电池，通过获知的电动势来求得溶液中钠离子的浓度。该电池电动势符合能斯特方程，即：E=E0+2.3RT/nFlg(C/Ciso)

C——钠离子的有效浓度（即离子活度）。

Ciso——电位E 不随温度变化时的钠离子浓度。

E——测量的电极电位值（mV）。

E0——等电势的电极电位，该值不随温度变化。

F——法拉第常数。

n——被测离子的价态（钠离子为+1 价）。

R——理想气体常数。

T——样水的绝对温度（K）。

3 预防性维修策略

蒸发器传热管的腐蚀爆管，会造成带有辐射的一回路水泄漏到二回路，因而在核电站，在线钠表除了在常规电站防腐防垢、保护热力系统设备安全的作用外，还与核安全有关[2]。预防性维修策略的制定，就是在设备失效以前采取行动，减少因设备失效带来的纠正性维修。

表1 钠表预防性维护项目表Table 1 Preventive maintenance items of sodium meter

结合历史缺陷处理实践和其他行业内经验，钠表常见故障有：

1）测量回路脏污导致标定时标液污染，标定结束后测量值不准确。

2）电极老化损坏、参比电极堵塞，影响测量结果。

3）流通池密封圈破损漏水，导致样水流量低。

4）碱化剂二异丙胺不足，二异丙胺易挥发，在试剂瓶中形成碱性环境，二异丙胺分子通过扩散管调节样水pH值，以此减少H+离子对测量带来的干扰。

5）扩散管破裂，因长期处于碱性环境中，扩散管易老化变脆。

6）通讯卡件故障、接线松动、信号传输异常[3]。

当前某重水核电厂针对钠表进行的预防性维护项目见表1。

钠表日常检查内容包括：①清洗钠电极；②清洗参比电极；③补充参比电极内充液；④检查参比电极的微孔陶瓷透水性；⑤清洗过滤器；⑥添加碱化剂二异丙胺；⑦检查扩散管；⑧使用标准溶液对钠表进行标定；⑨检查流通池确认样水流量。年度检查内容除以上内容之外，增加更换电极、检查报警输出和控制参数。最初预防性维修项目仅月度日常检查和年度检查，以确保仪表读数准确，后续根据实际运行经验补充大修停机前仪表保护、大修启机前投用检查、更换扩散管等项目。

大修期间需要将二回路取样系统进行停运，由于长时间断电、取样池断水，未将钠电极和参比电极进行保护经常导致启机后才发现电极损坏、仪表读数漂移。同时，碱化剂二异丙胺易挥发，在断水情况下，扩散管在碱性环境中2 ～3 天就会变脆。故后续通过优化预维策略，补充大修停机前仪表保护、大修启机前投用检查。

4 输出优化

某重水核电厂通过将就地仪表模拟量信号统一传输至PI 系统，以达到实时监视就地仪表设备读数的功能。但在PI 系统中，在线钠表显示数据与PI 系统对应数据差异很大，造成无法准确知道系统实际水质状况，给水质监视和行动判断依据带来很大不确定性，从而在凝汽器出现泄漏时不能为正确处理行动提供准确依据。具体差异体现在：水质正常期间，在线钠表本体显示为0.1ppb 以下至0.001ppb 时，PI 上只能显示0.1ppb 以上的数据，两者之间相差10 ～100倍。

通过对差异原因进行分析，钠表量程是0ppb ～100ppb，对应输出电流4mA ～20mA，输出类型为线性输出。钠表正常运行期间值约为0.025ppb 左右，接近量程的下限。就地仪表显示与主控显示有偏差的问题，主要就是因为各个部件的精度，特别是钠表里面的扩展模块精度偏差引起。由于该电流信号要通过扩展模块扩展和取样电阻电压转换，信号传输存在固有偏差。以就地钠表显示0.025ppb 与PI 系统显示值0.1ppb 为例，两个数值的输出电流仅差0.0024mA。

通过将输出设置由线性输出修改为对数输出，即原4mA ～20mA 对应0.001ppb ～100ppb 换算为4mA ～20mA对应log0.001 ～log500（因log0 无数学意义，选取钠表的最小指示精度0.001 作为量程的起点），其对应函数关系为：

其中：x 为指示钠含量。

这样设置以后，小信号就进行了对数倍的放大，固定误差电流带来的干扰影响就被大大缩小了。

在PI 系统中进行原函数的反对数运算即可还原钠表指示值，其对应量程仍为0.001 ppb ～100ppb。其对应函数关系如下：

以输出电流固有偏差0.0024mA 进行计算，理论最大偏差不超过0.17 ppb，其数据对比见表3。

优化设置于2020 年3 月完成实施，设置完成后，钠表就地指示值0.036 ppb，PI 系统对应显示值0.037 ppb，两者误差0.001ppb，符合理论计算结果。以此证明，通过将输出设置由线性输出修改为对数输出，可以解决低量程区域时钠表就地指示值与模拟量显示系统不一致问题。

5 结束语

钠表属于核电厂重要的化学在线仪表之一，提高化学监督水平，严格控制水汽品质，可防止和减缓热力设备腐蚀、结垢。通过对钠表制定合理的预防性维护策略，根据实际经验优化设备参数，可以提升设备测量的准确性和可靠性，延长使用寿命，提高机组运行的经济性。

表2 电流值对比表Table 2 Comparison of current values

表3 误差对比表Table 3 Error comparison table