核电厂除盐除氧水罐氧含量突发上升的原因分析

关键字：核电厂；氧含量；除盐除氧水；硼和水补给系统

压水堆核电站中核燃料的反应速度一般是通过调节堆芯中子的数量进行控制，当反应堆冷却剂中硼酸浓度升高，对于中子的吸收能力增强，将减弱链式裂变反应，进而降低机组功率。因此压水堆核电站中按照技术要求会储存一定量的合格的 4% 浓度的硼酸溶液和除盐除氧水，当需要配置指定浓度的硼酸溶液时，可以分别通过对应的离心泵和流量控制阀等设备，调整 4% 浓度的硼酸溶液和除盐除氧水的供给流量，并通过一定手段均匀混合后注入反应堆冷却剂。无论是升降功率或者维持一定功率运行，均需要确保硼和水的足够供应。

根据现行技术路线，燃料包壳采用锆合金制作，由于材料的特殊性质，在正常运行的高温高压环境下，氧元素的增加将提高锆合金材质的燃料包壳腐蚀和其他设备的不锈钢应力腐蚀开裂风险，极大地增加了核事故发生的概率。为确保硼酸溶液注入的及时性，硼酸溶液的注入过程中并无额外的除氧等处理手段，因此必须严格控制除盐除氧水的氧含量，防止在工作工程中把大量的氧带入到反应堆冷却剂中。根据相关法规和技术要求，除盐除氧水的含氧量要求控制在 100ppb 以下，实际上含氧量长期保持在 10pp 以下。

除盐除氧水的水罐为浮顶罐，浮顶的周边通过橡胶薄膜胶囊与水罐中部侧壁固定连接，在胶囊与箱壁内侧之间空隙用水填充，以达到润滑和密封的目的，浮项上设有一根与大气连通的细管，用于充水时排除气体。周边部位和水罐中部，分别引出排气管，用于充水时排气和避免顶盖倾斜。浮顶罐提供了良好的屏蔽性能，防止水与空气接触产生的氧溶解，极大地减轻了电厂对覆盖用氮气的需求量。但是由于浮顶罐的自身特性，需要关注几类易发缺陷以确保安全，其中以浮顶鼓包缺陷最多，氧含量不合格也高频次出现，由于罐子浮顶体积庞大且水回路系统结构复杂，给查漏工作带来了巨大的困扰。

根据运行经验正常情况下除盐除氧水罐备用期间氧含量几乎无变化，供水期间氧含量上升趋势较为明显，经验值一般为 1ppb/ 天，其原因为水体的搅混导致部分缝隙有轻微渗氧，当水罐切回备用状态并且重新制水后，由于新加入的低氧含量水的影响，氧含量会缓慢下降。上述现象不断循环，最终形成一个氧含量上下波动，总体平衡在一定氧含量区间的现象。当发现核电厂除盐除氧水氧含量异常上升时，应立即开展行动查找原因并进行处理，其中可能的原因如下。

1. 氧表异常

正常除盐除氧水罐投运期间的氧表为在线状态，即持续对氧含量进行监控，罐内液体在供水离心泵启动后通过小流量管线进行循环，当核电厂长期运行数年甚至数十年后，可以认为除盐除氧水罐已经达到一个平衡状态，即无需长期维持打循环的状态，在线氧表的测量值可以认为是罐内液体的真实氧含量。

当在线氧表的零点发生漂移，可能导致除盐除氧水氧含量的读数上升，针对此类问题，可以使用合格的便携式氧表，重新选择最接近水罐本体的取样点，就地重新测量罐内水体真实氧含量，并与在线氧表读数进行对比，若二者不一致则有可能为在线氧表的异常，需要重新校验氧表。同时重新测量的氧含量数值可以作为评估除盐除氧水是否合格的一项指标。

2. 取样管线渗漏

因在线氧表实际位置距离除盐除氧水罐较远，即水罐至氧表之间的取样管线包括了很多法兰、阀门、快速接头、胶管等设备，若其中某处密封不良可能造成样本氧含量与实际不一致且偏高，最终体现为除盐除氧水的在线氧表读数高。与上文类似，使用合格的便携式氧表重新测得水体真实氧含量与在线氧表不一致，且在线氧表重新校验后现象仍然存在，可以推测可能为取样管线异常，此时可以使用密封膜将取样管线整体包裹，并逐段拆除包裹的方式，通过观察在线氧表的变化来逐段排查漏点。

3. 泵入口管线渗漏

若离心泵入口管线及相关支管有渗漏，当水泵运行期间，因离心泵运行期间入口的微负压，会导致氧气的吸入，引起氧含量缓慢上涨，当泵停运时，不影响罐子里氧含量。可根据泵运行频率与在线氧表的变化趋势进行判断，若现象接近可认为泵入口侧管道、阀门、法兰存在渗漏的可能，需要对相关部分进行密封膜包裹验证。

4. 系统检修导致

若检修工作导致系统内部分区域残存空气，随着缓慢溶解将呈现氧含量缓慢上升后维持一定水平，后续缓慢降低至正常值的现象。可以查询近期有无相关检修工作和跟踪在线氧表的变化趋势进行判断。

5. 浮顶排气阀内漏

若浮顶排气阀内漏，则水泵不运行时，氧含量总体持续缓慢上涨。水泵运行时，加速与空气接触的高含氧水与罐子里低的含氧水进行交换，氧含量相对上涨较快。可根据泵运行频率与在线氧表的变化趋势进行判断，若现象接近可认为浮顶排气阀有内漏，需要进行密封膜包裹验证。

6. 浮顶鹅颈管伸进水里部分断裂

若鹅颈管水内部分断裂，将导致罐内水与空气接触面积的增大，无法满足设计上对溶氧控制的要求，具体现象与浮顶排气阀内漏一致，可以通过内窥镜验证。

7. 胶囊中部排气阀内漏

正常运行期间水罐内液位较高远超出中部，具有一定静压，若此处内漏，且漏量不太大导致氧气能够深入并扩散进入罐体，将导致氧含量缓慢上升。可以通过长时间跟踪观察，通过滴水或管道内长期保持湿润等现象判断。

处渗漏

8. 胶囊有破裂、浮顶胶囊压条螺栓处和胶囊与罐壁相连接的螺栓

若存在此缺陷，现象应与浮顶排气阀内漏类似。胶囊相关问题可以通过观察胶囊干区是否有润湿现象判断，湿区无有效手段验证，需要进行打压试验判断，对于螺栓相关问题，可通过重新校验螺栓力矩并对缝隙涂抹玻璃胶进行验证，因此类缺陷的验证较为复杂，一般最为最后手段。

9. 应急补水管线有渗漏

若未除氧的应急补水管线内漏可以发现氧含量和补水流量的变化趋势存在一定的相关性，如有微小的补水流量，累计流量缓慢上升等。

10. 上游除氧工序制水不合格或传水管段有渗漏

若存在此缺陷将会导致每次制水后氧含量上涨或与预期下降程度不同，可通过在对应管线使用便携式氧表测量进行验证。

11. 水罐初始存在空气

此类现象一般在水罐排空检修后出现，且会持续出现，根据除盐除氧水氧含量不合格出现的时间与检修时间综合判断进行验证。

以上是核电厂除盐除氧水罐氧含量不合格问题常见故障点的几点分析，核电厂运行期间需要对该参数进行持续跟踪并高度关注，若发现有异常趋势需立即开展查缺工作。此类缺陷危害大，排查难度高，需要整体考虑结合各类现象认真分析，逐项排查，方可定位故障点并进行处理，以确保反应堆的安全运行。

作者简介：王昊（1989 年 7 月 1 日），男，汉族，辽宁沈阳人大学本科，工程师，核电运行。