一种核电厂液体泄漏点泄漏率监测装置

罗 泳 潘韵吉

（中核核电运行管理有限公司，浙江 嘉兴 314300）

0 引言

核电厂工艺系统中存在大量转动设备，这些转动设备的可靠运行是核电厂安全运行的重要保证。转动设备机械密封泄漏超标、润滑油管路泄漏超标等是威胁转动设备长期可靠运行的常见缺陷。目前，核电厂对转动设备泄漏率的监测，一般依靠运行或维修人员的工作经验，通过现场肉眼观察并计时的方式估算出泄漏率。估算的泄漏率通常以滴/秒、线性泄漏等描述泄漏量大小。这种泄漏监测方法在液滴泄漏时不考虑泄漏液滴的大小，线性流泄漏情况下不考虑实际流量，因此无法精确得出泄漏点的实际泄漏率。

液体泄漏处泄漏率是衡量核电厂机组运行设备泵的机械密封和油杯泄漏、阀门阀杆填料处、液体管道腐蚀穿孔及法兰连接处等泄漏的十分重要的性能参数。泄漏率大小直接表征了设备及系统运行的好坏，继而评估设备及系统能否继续运行。因此需要设计一种核电厂中运行设备及系统液体漏点泄漏率的监测装置，确保监测数据精准量化，实现科学监测，同时确保测量方式省时省力。

根据《GB/T 33509—2017机械密封通用规范》，机械密封的允许泄漏量采用的单位是毫升/小时，如对工作压力小于5Mpa，轴外径小于50mm的允许泄漏量要求小于3毫升/小时。在核电厂内评价非核安全相关转动设备泄漏率采用的评价标准基于国标要求的毫升/小时的精确计量单位。核电厂内对涉及核安全的转动设备其允许泄漏率超过定期试验大纲要求的允许泄漏率时需要依据核电厂运行技术规格书的要求记录该转动设备不可运行并在要求的期限内采取相应的纠正行动。如在规定的行动期限内无法修复，则机组状态需要后撤至不需要该设备运行的安全状态。此外，在转动设备机械密封或者润滑油管路出现泄漏等设备降级运行工况，需要运行人员相应增加监督频度。通过频繁的目视观察方式显著增加了运行人员的负担，同时不同阅历的运行人员对泄漏的主观感受不同，有时无法可靠识别出设备泄漏率的不良变化趋势，导致设备缺陷的扩大。

1 漏点泄漏量的影响

1.1 错误评估漏量，导致缺陷扩大

事件1：2013年3月12日，某核电厂现场人员巡检发现核岛设备冷却水泵4RRI004PO轴承冒烟，油杯处有油漏出，维修部门检查确认为轴承损坏。

通过电厂计算机系统查看该泵的运行参数曲线，发现该泵轴承温度从5点左右开始上升，判断此时轴承已经出现缺油征兆。从8时开始轴承温度开始快速跃升并超过轴承允许运行的高限温度。此时运行人员现场检查发现轴承处冒烟，控制室紧急停泵处理。查看运行巡检人员巡检记录，3点左右运行巡检人员发现该泵油杯处漏油，缺陷描述记录为2滴/1秒。根据缺陷单描述情况结合泵运行曲线，分析判断当时泵的轴承供油油杯已出现轻微侧倾。油杯轻微侧倾的原因可能受到外力干扰导致，最终轴承箱内的油经侧倾的油杯漏出，轴承缺油烧毁。参与巡检的运行人员为一名刚获得授权的现场巡检员，因其运行经验欠缺在发现缺陷时未第一时间通知主控室。主控室操纵员后续审批缺陷单时，因缺乏对漏油量的精确计量，导致对漏油量的严重程度错误评估，延缓实施切泵操作，导致泵轴承最终缺油损坏。此事件表明，如能向运行人员提供精确的泄漏监测装置，可克服经验不足等导致的错误判断，在缺陷进一步发展前采取有力措施避免泵轴承的损坏。

事件2：某核电厂乏燃料冷却循环泵3PTR002PO运行期间频繁出现泵机封处有白色块状硼结晶析出缺陷。但该设备降级缺陷因缺少精确的泄漏计量装置而导致长时间无法得到有效识别，直到泄漏的介质硼酸溶液析出硼酸后才最终得到有效处理。

乏燃料冷却循环泵轴封采用单端面机械密封，轴封冷却靠的是系统内介质，该类型的机封通常允许存在较小的泄漏量（约5～6mL/h），但当密封泄漏较大时，需要及时评估泵机械密封的工作性能。如评估发现泵机封已经降级损坏，应立即停泵检修。该事件说明，液体泄漏率从几秒几滴转换成升/小时精确计量是很有必要的。泵轴承处已有硼结晶出现说明缺陷存在很长时间，但因巡检采用的标准为几滴每秒，无法和泄漏标准进行对比，导致缺陷处理的延迟，不利于早期发现泵的机械密封性能降级。

1.2 影响泵轴封供水阀门开度的精确控制

事件3：现场人员巡检发现某核电厂安全壳喷淋系统氢氧化钠循环泵4EAS003PO在运行时轴封泄漏量过大，呈线状滴落。经化学人员取样分析泄漏介质为水，怀疑是泵轴封冲洗流量调节阀（4EAS150VR）的开度没有调节好或阀门存在内漏，导致轴封冲洗除盐水从机封处流出。由于该转动设备输送的介质为强碱性物质氢氧化钠，日常排空检修较为困难。维修部门建议继续观察泄漏量，在泄漏量未超过允许限值的情况下，在核电厂大修期间氢氧化钠排空后再实施解体工作对机封进行检查，确认机封是否存在磨损。此事件说明，如泵投运前能通过泄漏率监测装置对轴封水冲洗阀门的开度进行精确设定，可以避免后续因无法区分机械密封处是由于轴封冲洗水还是泵机械密封泄漏输送介质导致的泄漏量增加而延误检修。

1.3 影响定期试验验收准则的准确判定

事件4：某核电厂氢氧化钠循环泵定期试验因泵轴封泄漏量无法定量监测导致试验判定困难。核电厂因核安全要求，对承担核安全功能的设备日常需要根据一定的频度（如按月）进行定期试验验证设备良好可运行性。氢氧化钠循环泵作用为避免强碱性物质氢氧化钠结晶而定期对储罐循环搅浑。根据核电厂安全相关系统定期试验要求，氢氧化钠循环泵需要每月实施一次定期试验验证其可运行性。在氢氧化钠循环泵的验收准则中对泵的机械密封泄漏要求为小于5毫升/小时。但系统设置的轴承水冲洗阀门控制只设置有轴封供水压力就地监测，泵机械密封处并无设计泄漏监测装置。由于该泵输送液体为强碱性物质氢氧化钠，泵的轴封冲洗水是必须的。轴封冲洗水和泵机械密封泄漏都在机械密封处混合，作为运行人员无法区分。因缺乏轴封泄漏精确监测装置导致运行人员执行试验时，只能依据轴承泄漏大小估算泄漏量，无法精准验证定期试验要求的验收标准。

2 监测装置设计

2.1 技术方案

核电厂液体泄漏处液体泄漏率监测装置由量杯、磁铁式重力基座、计时器、非接触式液位控制器和液体收集引漏装置五部分组成，如图1所示。量杯采用非金属材料，玻璃或塑料均可；选用非金属材料考虑监测的液体有可能具有酸碱腐蚀性，因此避免采用金属容器。量杯的体积有100mL、500mL和1 000mL三种规格，可根据泄漏量大小和频度进行选择；使用时将其置于磁铁式重力基座上，可保证其稳定性，避免在监测过程中由于转动设备运转产生的振动导致装置倾覆而影响监测；将非接触式液位控制器的低位探头固定在所选量杯的低位处，高位探头固定在高位处，高低位均在量杯量程范围之内；若量杯内所接收泄漏液体液位到达低位处，低位探头灯亮同时发信号至连接的计时器开始计时，液位到达高位处计时结束，计时器上记录时间t（s、min、h），若低位开关对应的量杯体积为V1 mL，高位开关对应的量杯体积为VmL。

图1 漏点泄漏率监测装置的结构示意图

单位为毫升/小时（ml/h）。

若泄漏点位置比较狭窄不便于放置该装置，可借助液体收集引漏装置收集并引漏至量杯中，且量杯的边缘处有倾倒嘴，便于将泄漏液倒入取样瓶内进行后续的取样分析。

2.2 测量方式

方法1：当巡检发现转动设备的机械密封处或润滑油管路设备处存在泄漏需要监测泄漏量进而评估设备运行状态时，可使用本泄漏率监测装置。运行人员根据泄漏量大小和频度选择量杯量程。一般微量渗漏时油杯漏油选用100mL，过量泄漏选用500mL，大量泄漏选用1 000mL。量杯量程的选择原则上在小泄漏时采用小量杯以提供高精度的泄漏率监测。使用时将量杯置于磁铁式重力基座上，放置后注意测试装置是否稳固，以保证装置收集漏液期间的稳定性。放置时也应注意避免对转动设备本身造成影响，注意于转动部件和转动设备的重要仪表保持必要的安全距离。装置放置时应保持必要的水平度，防止因倾斜导致的计数偏差。

非接触式液位控制器的低位探头L必须固定在所选量杯的低位处，低位探头位置为监测装置允许监测的下限，因此低位探头位置一旦确定后，不能随意改变；高位探头H固定在高位处并离量杯上限一定距离，高低位应均在量杯量程范围之内。若量杯1内所接收泄漏液体液位到达低位处，低位探头L灯亮同时发信号至连接的计时器开始计时；液位到达高位处，高位探头H灯亮同时发送信号至连接的计时器结束计时，并在计时器上记录时间t（s、min、h）。运行人员依次读取低位开关L对应的量杯体积为VmL，高位开关对应的量杯体积为VmL，通过下述泄漏率计算公式计算泄漏率。

若泄漏点位置比较狭窄不便于直接放置测量装置，可借助液体收集引漏装置收集并引漏至量杯中；量杯的边缘处有倾倒嘴，便于将泄漏液倒入取样瓶内进行后续的取样分析。

单位为毫升/小时（mL/h）。

另外，通过量杯收集液体也方便对泄漏液体的采样分析，有利于识别机械密封失效模式，实现对缺陷的提前识别评估。

3 结语

通过设计一种核电厂液体泄漏点泄漏监测装置，能实现对核电厂液体泄漏点液体泄漏的精确计量，实现对转动设备液体泄漏的精准评价，避免因标准不清，人员经验不足导致的缺陷扩大和影响核电厂设备可运行性及时判定。通过量杯收集自动计时的方式可有效降低运行人员对液体泄漏处的监测负担，实现提质增效。

目前的液体泄漏监测装置，设置后人员还需一定频率在现场实施观察，后续可考虑利用厂房内的5G信号和装置本身增加自动计算功能，实现泄漏率监测数据的实时上传，并进一步提升智慧运行水平。