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蒸汽流量计

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浅析蒸汽流量计补水原因分析及改进策略

来源:作者:发表时间:2019-10-23

【内容摘要】本文介绍了某核电厂核岛辅助厂房蒸汽流量计(8SVA001BA) 的相关系统及结构,并对蒸汽流量计(8SVA001BA)的所有来水和凝结水去处进行了分析。通过分析计算总结出了蒸汽流量计(8SVA001BA)频繁补水的根本原因,并提出相应的改进措施。蒸汽流量计(8SVA001BA)补水是核岛日常工作之一,有时约每天补一次,如果不及时补水电厂主控将常时出现8SVA002AA 报警,液位降低可导致 8KRT505MA 的取样泵(8KRT501PO) 不 可 用,从 而 导 致 8KRT505MA 不 可 用,8KRT505MA 用于监测 SVA 系统冷凝水 γ 活动,以发现气体分离装置和蒸发器的热交换器泄露 - 屏障监测,所以蒸汽流量计(8SVA001BA)对核电厂的放射性监测起着至关重要的作用。但是为何补水次数如此频繁,说法众说纷纭,其中最多的一 个 说 法 就 是 冷 凝 水 通 过 冷 凝 水 泵 (8SVA001/002PO)排至两台机组的常规岛凝汽器。由于凝汽器中是负压,每次在排水泵自动停运之后会出现虹吸,将蒸汽流量计(8SVA001BA)中水吸入凝汽器,导致其液位持续下降。那虹吸是不是液位下降的真正原因呢,本文将探讨这个问题。
一、蒸汽流量计(8SVA001BA)相关系统及结构
(一)系统组成。
1. 凝结水回路。一台凝结水贮存箱 001BA 收集从核辅助厂房的脱气器和蒸发器来的凝结水;除盐水分配回路,可进行贮存箱的第一次充水和补水;放射性测量装置,它在贮存箱的凝结水入口处进行测量;溢流管通过核岛疏水排气系统(RPE)与废液处理系统(TEU)的各楼层疏水箱相连接;两台泵 001PO 和 002PO,并联布置(一台泵运行,一台泵备用),它们将贮存箱 001BA 来的凝结水排入 3. 4 号机汽轮机厂房内。
2. 放射性测量回路。放射性测量回路(测量核辅助厂房内回收的凝结水的放射性)包括以下设备:一台输送泵放射性监测系统 KRT501PO,它在箱体 SVA001BA 的入口处抽取凝结水样,并将其送到放射性测量装置;一台热交换器(由RRI 回路供冷却水)SVA001RF,它将凝结水样冷却至 40℃;一台放射性测量装置 KRT505MA;一条与 REN 系统相连接的管道,引入 SED 盐水,保证回路冲洗;一台流量计 KRT501SD。
(二)系统布置。冷凝水箱(001BA):0M 厂房(NB280)房间;冷凝水泵(SVA001PO -002PO):0M 厂房(NB280)房间。
(三)蒸汽流量计(8SVA001BA)凝结水来源。4 号机组 TEP 除气塔/蒸发器(4TEP001DZ/EV)、3 号机组 TEP 除气塔/蒸发器 3TEP001DZ/EV、TEU 蒸发器(8TEU001EV) 冷凝水;辅助蒸汽分配系统(8SVA) 供气母管上的疏水器 263、272、277PU 疏水;来自辅助蒸汽分配系统(8SVA)供气管线支线负荷前疏水器疏水;来自 8KRT505MA 取样管线返回管线。
(四)蒸汽流量计(8SVA001BA)凝结水去处。冷凝水泵 ( 8SVA001、002PO) 往 凝 汽 器 排 水; 冷 凝 水 回 水 箱(8SVA001BA)底部疏水阀 220VL 阀门内漏;蒸汽流量计(8SVA001BA)溢流管线跑水;蒸汽流量计(8SVA001BA)排气管线跑水。
二、蒸汽流量计(8SVA001BA)液位降低的原因
由于来水支路比较多,对水位的上升下降判断造成了一定的困难,但从排水情况分析,不外乎以下四种原因。
(一)蒸汽流量计(8SVA001BA)底部疏水阀 8SVA220VL关闭不严或内漏。如果 220VL 内漏,此阀门下游温度将和001BA 下部液体温度差不多,由于 001BA 的溢流口与疏水阀下游连接在一起,从管线出口观察目前是一直有水流出,且为连续水流,但实际下游出水温度比较高,通过点温仪发现高达 83 度左右,而溢流 220VL 上下游温度大约在 60 度左右,同时阀门用 F 扳手无法再关紧,因此阀门内漏的可能很小,从溢流口出水的概率比较大。
(二)蒸汽流量计(8SVA001BA)溢流管线跑水。从上一个原因可以判断溢流管一直有水流出,从现场的布置来看,从 KRT 打出来的水进入溢流管的可能性还是很大的。但从点温仪检查管道表面的温度发现温度高达 83 度,如果是KRT 返回水,水温应该很低,因为已经经过 RRI 水冷却,同时从厂家提供的设备图纸可以看出,这两个口的水平距离相差约 175mm,因此从溢流管出来的水可能是蒸汽冷凝水。如果是蒸汽冷凝水,应该不会造成液位下降,理由是蒸汽来自外部。
(三)蒸汽流量计(8SVA001BA)顶部排气管线跑水。从现场的管线出口观察,一直有水不断地流出,而且水流成连续线状,可能是 001BA 不停地蒸发排气,造成液位下降。蒸汽流量计 001BA 水来自 4 号机组 TEP 除气塔/蒸发器 ( 4TEP001DZ/EV )、3 号 机 组 TEP 除 气 塔/蒸 发 器3TEP001DZ/EV、TEU 蒸发器(8TEU001EV)冷凝水疏水温度都是比较低的,经过设备冷却水系统(RRI)冷却,而且这些设备一般都不运行。来自其它母管上的疏水器的疏水温度比较高,这些疏水从 001BA 顶部进入 001BA。通过点温仪发现排气管温度达到 94 度。因此排气管的连续水流最有可能的原因是疏水器排气温度较高的蒸汽进入排气管线后冷凝成液体,从而出现连续水流,但这个水理论上也不会造成001BA 液位下降。理由是蒸汽来自 001BA 外部,而不是001BA 内部液体产生。
(四) 蒸汽流量计 (8SVA001BA) 中的冷凝水通过8SVA001/002PO 排水管线将水排至 3/4 号机的凝汽器。通过查找相关资料得出,虹吸的三个条件依次是管内先装满液体;出水口比上容器的水面必须低;管的最高点距上容器的水面高度不得高于大气压支持的水柱高度。每次出现低低液位,必然排水泵启动过,每次在排水泵自动停运之后是不是出现了虹吸呢,SVA001BA 处于 0m,而凝汽器在 0m 以下,虽然在排水管上设置了倒 U 型管,但倒 U 型管的高度只有 9米[水封高 17m(从常规岛负一楼起)到001BA 离地面约 1 米-7m(0 米) =9m]左右,根据查找相关资料,虹吸管最大真空高度一般不超过 8. 5m,那么计算的这个 9m 由于计算出现的误差性,刚好在破坏虹吸的临界值附近,所以会不会发生虹吸还要通过具体计算来确定。
(五)验证与分析四个原因。为了验证原因四的正确性,2016 年 11 月 9 日中班,001BA 出现低低水位报警后,现场开阀补水至 600mm 后(平时将水补到 600mm 消低报警后,约 1小时后即出现 500mm 低低报警),经主控同意,关闭了凝结水泵(001、002PO)出口阀,同时将三废各蒸发器和除气塔的疏水气动调节阀至手动关闭位置,从而最大限度减少来水量。经过约 6 小时的观察,发现液位没有下降,反而升高到750mm。因此可以断定水从泵排水管线流走量非常大。蒸汽流量计(8SVA001BA)容积为 6 立方,600mm 下降到 500mm,下降 100mm,约需要 1 小时,这个高度差不多处于罐子的中下处,从已知的参数可以估算出 3m* 1m* 0. 1m 等于300L,也就是说一小时至少跑了300L 水(忽略来水),从原因一加原因三观察看出,明显一小时跑水量达不到 300L 这么大的量。那么这会不会是虹吸造成的呢,如果发生虹吸。
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其中 p 1 代表 8SVA001BA 处大气压因罐子截面面积远远大于虹吸管截面,所以 v 1 为零,p 2 代表凝汽器压力,这里取7kpa,l 代表凝汽器与蒸汽流量计(8SVA001BA)所处高度差,从现场实际布置目测大概是距离地面 5m 左右,带入公式,计算得出 v = 17m/s 左右,即使考虑管道流阻,取 v =2. 2m/s,带入公式计算一小时罐子的流量得出 πr2vt =22m 3 ,(查阅相关管道布置图得知 r = 0. 03m,t = 3 600s)远远大于3 00l,所以不可能是虹吸,那么这 3 00l 水到底去哪里了呢。查阅资料得知,核电厂的凝汽器的负压值在 5. 39 ~11. 8kpa,该值对应的水饱和温度范围为 34 ~49℃之间,而排水管道中的水温应该在 50℃左右(通过水箱外部点温仪测量的温度在 60℃ 左右)。所以 8SVA001/002PO 排放到低液位停止之后,下游管道内的水温高于凝汽器负压下的饱和水温,会 逐 渐 汽 化,进 入 凝 汽 器,造 成 冷 凝 水 回 水 箱(8SVA001BA)液位的缓慢下降。通过对比发现,冬天里一周的报警次数都大于夏天里一个月的报警次数,原因是夏天凝汽器的真空压力明显高于冬天的凝汽器真空压力,这就造成了管道里夏天的饱和水温度明显高于冬天的饱和水温度,也就说明相同的温度来水,冬天更容易发生汽化,所以液位下降也就更明显。这个结果更加验证了蒸汽流量计(8SVA001BA)水位下降是由于管道内水汽化的结果,而不是虹吸。
三、改进措施
通过上述计算得知造成液位下降的真实原因不是虹吸,没有必要再增加 U 型管的高度来破坏虹吸。为了防止液位降低,可以在凝结水泵(8SVA001/002PO)设置气动隔离阀,引入控制信号与凝结水泵(8SVA001/002PO),当任意一台凝结水泵启动,阀门开,反之,当两台凝结水泵都停运,阀门关闭,从而有效阻止通过冷凝水泵下游管线气化造成冷凝水箱液位降低。
四、结语
凝结水泵(8SVA001/002PO)排放到低液位停止之后,通过计算分析得出目前的 U 型管高度满足破坏虹吸要求,不会发生虹吸,造成液位下降的真实原因是凝结水泵下游管道内的水温高于凝汽器负压下的饱和水温,会逐渐汽化,进入凝汽器,造成蒸汽流量计(8SVA001BA)液位的缓慢下降。
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