示范快堆储钠罐调试策略研究

杨 冬

（中核霞浦核电有限公司，福建 霞浦 355100）

示范快堆单台机组共有13 个φ4000×14000mm 的储钠罐，其中，蒸汽发生器事故保护系统中有2 个一级事故排放罐，一回路钠充排系统中有5 个储钠罐和1 个补偿容器，二回路钠充排系统中有5 个储钠罐。本文旨在对机组这13 台储钠罐的调试策略进行研究，形成标准的调试策略，对同类型设备的调试工作产生指导意义。

1 调试试验策略研究

通过对不同储钠罐的系统知识进行研究，并对储钠罐的功能、工况、运行参数进行逐一分析，最终确定同类储钠罐大致包括三项工艺调试试验，包括清洁度检查试验、电加热试验和抽真空及氩气置换试验。而因系统功能的差异，储钠罐的综合试验略有不同，本文将会对这些试验的调试策略进行阐述。

1.1 清洁度检查试验

根据系统工艺要求，储钠罐的清洁度将直接影响钠的杂质含量，调试时需尽最大可能保证罐体及管线的清洁度。本文讨论的清洁度检查试验以最高标准一级作为研究对象，制定严格的罐体及管线清洁度调试策略。需要指出的是，设备生产厂家出厂前会进行清洁度检查[1]，但随着储钠罐的运输及安装，期间将不可避免产生异物或粉尘，本试验是设备进钠前必不可少的试验。本试验的检查方法是调试人员穿着无纽扣的封闭连体服，并佩戴安全帽和干净的鞋套进入罐体内部，使用白色纯棉抹布对罐体内部进行抽样擦拭，若擦拭结果存在粉尘或污染物，调试人员根据实际情况使用便携式吸尘器对罐内进行除尘处理，并通过丙酮或无水乙醇等清洗溶剂进行表面清洁，确保使用白布擦拭后，白布仍是干净的，无任何污垢；同时，一级清洁度的罐子清洁度合格标准是过24h 后再次进行清洁度检查，须保证二次检查的白布仍是干净且无任何污垢，直至试验结果满足调试期望。

1.2 电加热试验

为了实现钠的热传输功能，介质必须具备流动性，在示范快堆中，钠需要保持液态。根据钠的物理性质，钠的熔点是98℃，沸点是883℃[2]。因此，示范快堆中管道必须具备实时加热的功能，为系统及管道提供稳定的温度，将钠保持在液态。而电加热试验的目的正是为了验证储钠罐及连接管道的加热能力，同时验证温升速率满足设计要求，保持在10℃/h ～20 ℃/h。

以蒸汽发生器事故保护系统的一级事故排放罐及管线为例，该系统主要通过加热柱对罐体进行加热，而通过电加热丝对相关管道进行加热，调试主要验证整个加热功能的完整性。首先，需对电加热元器件进行绝缘电阻的测量，用以检验元器件的初始状态，使用500V 的摇表检查时，绝缘电阻应至少大于1MΩ[3]。随后，对电加热器进行预热，在不同的电压梯度下对其进行充分预热；其次，通过PLC系统对电加热的加热性能进行整体调试；最后，调试过程中需要验证电加热试验中所包含的所有DCS 信号的匹配性。

此外，通过本试验需要检查罐体及连接管道中是否“死区”，也就是某些区域出现无加热或过度加热的现象，出现冷热段，从而增加罐体及连接管道的热应力，可能导致寿命的大大缩短。其中，出现冷热段的原因可能包括：

1）电加热丝的安装不到位

这个原因可能是由于电站基建期间，电加热丝的长度与管道长度之间的不匹配导致；安装人员对于电加热丝安装不到位造成的风险认识不深；电加热丝安装过于密集或过于稀疏都会直接影响加热效率。

2）电加热丝的安装受其他类型仪表的影响

例如，在某一根管道上，可能会安装钠泄漏测量装置、热位移测量装置或热电偶测温装置，在原设计过程中，这些设备可能由不同的设计部门或设计人员设计，在实际安装的过程中，安装人员不能清晰区分不同类型设备的安装规范细则，容易出现不同类型仪表相互影响、相互干扰的情况。

3）电加热设备调试过程中的故障

在调试过程中，信号将及时传输到电站DCS 系统中，同时，也需要通过主控室CRU 或BUP 盘的控制，对现场设备进行联调。在调试期间，信号传输及控制信号的故障率导致设备电加热功能异常的占比将会更大。

4）电加热元器件或测温元器件的损坏

在调试过程中，若温升速率异常，则需要考虑是否出现元器件的损坏现象。若出现，则调试队将对故障的元器件进行维修或者更换。

当调试过程中，出现以上任何一种异常现象，调试队将会对异常原因进行诊断及处理，直至试验结果满足调试期望。

1.3 抽真空及氩气置换试验

示范快堆中使用钠作为热传输介质，而钠的性质非常活泼，极易与空气、水等发生反应。为了保证机组的安全状态，在示范快堆中，采用氩气作为惰性气体，禁止钠与空气的接触。在系统进钠之前，需要将储钠罐及连接管道进行抽真空及氩气置换试验。值得注意的是，对罐体及管道的加热过程，将会将管道及设备罐体内部的杂质及氧化物析出，从而增加杂质含量，在开展本项试验前，建议先完成电加热试验。

将储钠罐及关联管道的边界进行划分，使用抽真空系统对储钠罐进行抽真空到-0.04MPa，然后使用氩气分配系统进行充氩气操作，重复循环抽真空和氩气置换试验的步骤；最终，通过本试验，实现氩气中氧气含量限值3000ppm；氮气含量限值10000ppm；水气含量限值3000ppm；含碳化合物 1000ppm（说明：该标准仅用作参考），通过此试验为系统进钠创造工艺条件。

在试验过程中，也有可能出现一些异常现象，异常的原因可能包括：

负压无法保持目标值。在工程移交阶段，会开展独立的正压试验，通过给相对密闭的管道打正压，检查一定时间段内压力变化量来实现管道的密封性检查，但是在储钠罐调试过程中，会利用抽负压和充氩气的交替操作来开展本试验。在储钠罐、管道与其他系统之间的边界，通常采用阀门类设备进行隔离。这类隔离设备有可能因为自身结构的原因，出现正压不泄漏、负压泄漏的现象；调试过程中，考虑储钠罐和管道在实际运行工况下属于正压运行，无需受抽真空不包压现象的困扰。在实际操作中，若出现储钠罐和管道抽真空时，负压无法保持在目标值时，可通过固定抽真空的时间，随后开始充装氩气，进而保证抽真空及气体置换试验的效果。

图1 综合试验边界图Fig.1 Comprehensive test boundary chart

1.4 综合试验

不同系统的储钠罐存在功能不同，但在进钠之前，所有储钠罐负责接收钠厂运输的钠。为此，储钠罐倒钠试验作为综合试验中一项试验进行，主要实现将钠转移至用户系统中。通过边界划分，将综合试验区域划分如图1 所示。储钠罐中的钠首先通过阻塞计测量阻塞温度，反应钠中杂质含量；随后经过钠净化系统对钠进行杂质净化，使杂质含量降低；再将钠倒入用户系统中。

对于一级事故排放罐，还有特殊的一项综合试验，即当蒸汽发生器发生钠水反应后，即出现三回路的水进入二回路的钠中，系统快速将事故列蒸汽发生器快速隔离，钠水混合物快速排放至一级事故排放罐，而罐体需要实现保证压力波动不超过设计限值的功能，同时接收并排放系统的钠水混合物。在事故蒸汽发生器处理之后，将一级事故排放罐的罐体温度从200℃加热至420℃，使钠及杂质保持液态；随后关闭电加热系统，待温度自动下降至200℃，此时杂质将析出，同时沉积在罐体底部；启动钠电磁泵，即可将干净的钠排入钠充排系统，供循环使用。而再次将温度加热至400℃，此时，将含杂质的废液整体排出，即实现了废钠的排出。该试验也是一级事故排放罐重要的综合试验之一。

2 结束语

本文以储钠罐为研究对象，摒除系统的差异对调试策略的影响，通过对储钠罐的清洁度试验、电加热试验、气体置换试验进行研究，对同类设备相同调试试验进行了整体分析，同时对不同的综合试验进行逐一分解，并对调试过程中可能出现的异常现象与原因进行了阐述。本文通过对示范快堆储钠罐的调试策略进行全面分析，更好地指导示范快堆储钠罐的现场调试。目前，示范快堆存在人力紧缺、工期紧张的实际困难，以同类设备调试策略研究为切入点，寻找储钠罐的标准调试策略，从广义的视角出发，提高调试工作效率，为公司节约成本，积极助力机组调试工作。