概述
1.1背景
闪蒸就是高压的饱和液体进入比较低压的容器中后，由于压力的突然降低，这些饱和液体变成一部分的容器压力下的饱和蒸汽和饱和液的现象。在核电厂运行过程中，凝汽器需要接收绝大部分二回路的疏水和排气，而且凝汽器处于真空状态，压力非常低，闪蒸的现象会更加突出，带来的后果是管道振动和异音，时间长了会对所在管道带来非常大的隐患。闪蒸现象在核电站实际运行过程中经常出现，通过分析闪蒸产生的原因，消除闪蒸产生的危害也是运行的工作的重要组成部分。
1.2历史事件
2020年8月26日，现场人员巡检时候发现3号机组常规岛APG排污管线部分管段振动及声音较大，主要是从13m层倒U型管的下降管段开始到-7.2m层的3CEX321VL引出管线处。
2021年 09月03日，3号机组凝汽器B 3CEX 102 CS背海侧底部人孔区域处有间歇性异响，类似于金属撞击声音，间隔时间大约7到8秒一次。组织机械、化学检查，初步判断异音来源于凝汽器B1附近。
2023年 05月05日，凝汽器附近3 GSS 101 PU下游产生类似爆破音的异音，声音频率较高，而且比较刺耳，经运行人员排查后，确定异音来自A列高压疏水母管处，通过逐个关闭CEX A排高压疏水母管上的5条疏水管线，确认异音来源于3 VVP 002/005 PU支路。
2.故障现象以及处理过程
2.1蒸汽发生器排污管线振动高
核电站在机组正常运行时，蒸发器排污系统用来保持蒸汽发生器二次侧排污水水质，二次侧水质会由于冷凝器钛管破裂、蒸发器传热管泄露、二回路补给水不合格等原因导致水质变差。排污系统的主要功能是收集和处理蒸汽发生器排污水，系统可根据不同运行工况的需要，将蒸汽发生器二次侧的水以可调流量连续排污，排污水经过冷却，减压和净化处理后再送入凝汽器或排放至TER系统经监测或处理后排放。
根据电站的运行工况，流体可引到再生热交换器或者非再生热交换器进行冷却，其中再生热交换器用二回路凝结水进行冷却，非再生热交换器由设备冷却水进行冷却。在机组正常运行工况下，使用再生热交换器进行冷却排污流，凝结水被加热到149.1°C，然后送至除氧器，排污水进行冷却后进入凝汽器，在凝汽器前面有一道水封可以避免管道虹吸和空气进入，水封的高水位比过滤器液位高12m，如下图1所示:
图1 排污水经再生热交换器至凝汽器的示意图
2.1.1 故障现象
由于排污水进入凝汽器前面有一个位差高达12米的倒U型水封，使得排污水的压力到达水封高点处压力迅速降低而引起闪蒸，导致管道振动以及爆裂声，这种现场经常发生在倒U型管的下降管段开始到3CEX321VL引出管线处，系统设计上为了防止这种现象，通常采用在倒U型管顶部充除盐水的方式，也可以在进入凝汽器的管线节流手动阀的方式增加排污水压力。同时，管线上的压力开关3APG001MP可以观察水封下游的压力。
但在系统运行过程中，由于排污水运行工况需要一定的变化，主控需要根据实际情况需要调节排污流量，而结合现场异常现象发生时的时间和排污流量趋势，确认每次声音变大时都有主控降低排污流量的操作。排污流量变小时，声音明显变大，管线振动也明显增加。如下图2所示,当发现排污水流量指示3APG004MD降至30m³/h以下时，3APG001MP处管道内压力开始显示0MPa以下，也就是管道内开始出现负压，此时管道振动开始加剧。
图2 排污水流量与APG001MD处管道压力的变化关系
当3APG004MD流量升至35m³/h以上时，3APG001MP处管道内压力基本能维持正压。管道振动明显减小。
2.1.2 故障原因分析及处理措施
当流量下降时，排污管道内压力也随之下降，管道内闪蒸现象越来越明显，到了倒U型管下降段，这种现象更为突出。当排污流量降到30m³/h以下管道内出现负压时，该汽化现象剧增，所以管道的声音和振动都突然变得明显增加。排污流量达到35m³/h时，存在微正压，但仍存在汽化现象，此时振动会明显减轻。
为避免出现汽化现象，即要控制排污压力在对应温度的饱和压力以上，可做以下调整：
1、控制排污流量，尽量避免排污小流量运行，以免压力过低，
2、现场出现汽化水锤声音时，控制到凝汽器之前管道内的压力，可以适当关小3CEX319VL以增加APG001MP的上游压力，以现场管道内声音消失为宜。
需要注意的是，4号机组由于4APG001MP布置位置与3号机组不同（3号机组靠近CEX321VL,4号机组靠近CEX320VL），考虑到管道压降损失（相差约25米），实际3号机组的APG排污回水到凝汽器C时压力要比4号机低的多。所以3号机组在APG排污流量降低后，现场的汽化水锤现象更加明显，4号机组则不是特别明显。
2.2 凝汽器取样返回管线异音
凝汽器捡漏装置是为检测凝汽器泄露部位而设置的专用装置。凝汽器捡漏装置由取样泵架和检漏柜两部分组成。该装置由热井取样泵通过吸入管路将凝汽器确定部位的样品吸出，经排出管路送往热井就地检漏柜上的电导率仪进行化学分析和显示，并由记录仪记录测量结果。通过测定样品水的阳电导率和Na含量来监测凝汽器的水质，为判断凝汽器的泄漏情况和泄漏部位提供依据。凝汽器检漏装置的取样泵架为每台机组配备6台取样泵，在凝汽器热井（A/B/C）处设有12个监测点（每台凝汽器循环水进出水侧各设有2点），如下图3所示（凝汽器A列为例）。由热井取样泵通过吸入管道将热井里的凝结水样品抽出，送往就地检漏柜，进行在线阳电导的测量，经测量后的样水返回凝汽器。在线表测量信号被送至设在水汽集中取样装置间内的微机数据处理系统。同时，在主控室还设有凝汽器检漏架阳电导高报警信号。
图3 凝汽器A取样捡漏装置
2.2.1 故障现象
2021年9月3日，3号机组凝汽器B 3CEX 102 CS背海侧底部人孔区域处有间歇性异响，类似于金属撞击声音，间隔时间大约7到8秒一次。组织机械、化学检查，初步判断异音来源于凝汽器B1内部。根据现场布置情况，结合前期排查的判断，怀疑故障最有可能来自凝汽器取样装置返回凝汽器的管线内部出现闪蒸，由于凝汽器B1和A2靠的很近，因此也并不排除异音来源于A2内部。
运行人员与化学人员配合，分别逐个停运取样泵以确认异音来源，凝汽器取样泵停运后，出口电动阀会自动关闭，现场人员手动关闭取样系统返回凝汽器B的回水阀和排气阀，通过最后排查，发现异音来源为凝汽器C1的取样返回管线。
2.2.2 故障原因分析及解决办法
由于取样泵位于冷凝器下方，位置较低，取样水经过取样控制柜后，相当于经过一个大约5m的倒U型管，所有取样泵的管线都集中到控制柜后，回水管线分别从控制柜顶部引出去往各自的凝汽器，如下图4所示，再回水管至凝汽器接口在凝汽器底部，位差导致流体卸压，促进了闪蒸的发生。另外， 相比起其他两个凝汽器，凝汽器C的回水管线管线更长，更容易出现负压状态。所以正常情况下，凝汽器C取样回水管线更容易出现异音现象。
图4 凝汽器取样回水管线
查阅该系统相关工作，发现2日早班凝汽器C1更换过取样树脂，在换完树脂的次日凌晨，就发现异音出现，新旧树脂的通流量不同，导致取样返回管线中的流体工况发生变化，从而导致闪蒸现象发生。此次凝汽器出现异音情况，直接原因是凝汽器C1取样返回管线局部出现负压导致闪蒸，根本原因是更换取样树脂导致了取样管线流体工况改变。为了避免类似的情况再次发生，提出以下建议：
1、 化学人员更换取样树脂后，化学、运行关注取样返回管线和凝汽器底部的异音情况，及时、准确调节流量，避免增加排查缺陷的工作量；
2、 化学、运行人员需要关注取样泵的出口压力，特别是凝汽器C的两台取样泵，过低时需要及时调节相应的调节阀开度，以防止闪蒸发生；
2.3 凝汽器A排疏水母管异音
VVP系统由两根主蒸汽管线组成，每根管线分别与一台蒸汽发生器出口接管相连。两根管线分别穿过安全壳，进入主蒸汽隔离阀管廊，穿过主蒸汽隔离阀管廊后进入汽轮机厂房，然后合并为一根公共的蒸汽母管。从蒸汽母管将蒸汽引往各用汽设备及系统。主蒸汽隔离阀上游有疏水管道，当主蒸汽隔离阀没有开启时，这条疏水管道开启，将管道冷凝水排走。当主蒸汽隔离阀开启后，这条疏水管道关闭，因为蒸汽管道是有一定的倾斜度，管道冷凝水可以沿管道流到常规岛母管，而母管上布有若干疏水袋。
2.3.1 故障现象
2023年 05月05日，凝汽器附近3 GSS 101 PU下游产生类似爆破音的异音。运行人员经过排查后发现确认异音来源于凝结水系统 A排高压疏水母管，声音为疏水闪蒸产生类似爆破音，非常响亮。A排高压疏水母管上接有五条疏水管线，分别为两列二级再热器蒸汽管道疏水，主蒸汽管道疏水，旁路蒸汽管道疏水以及蒸汽管道疏水箱VVP002BA的疏水，如下图所示：
图5 A排高压疏水母管示意图
2.3.2 故障原因分析及解决办法
确定异音来源于A排高压疏水母管后，通过逐个关闭CEX A排高压疏水母管上的5条疏水管线，经过长时间观察，确定确认异音来源于3 VVP 002/005 PU支路，如下图所示。
图6 VVP002/005PU疏水流向
疏水支路上的VVP 002/005 PU为倒置桶型蒸汽疏水器，正常运行过程中，由于前隔离阀3 VVP 010 VL和3 VVP 037 VL开度较小，导致该管路疏水量较小，导致桶型疏水器频繁动作，疏水器下游背压较高，疏水流至母管后闪蒸，在高压疏水母管中产生间歇性异音。当将3 VVP 002/005 PU重新投运并将3 VVP 010 VL、3 VVP 037 VL开度调大后，疏水器工作正常，下游疏水管线背压低，在支管内逐渐蒸发气化，在高压疏水母管处则汽化不明显。调整后，趋势查看CEX A排高压疏水母管下游温度略微下降，影响不是非常明显。经过长时间的观察，确认异音不再出现。
3、总结
综上所述，对于压水堆核电站来说，凝汽器是一个十分重要的设备，凝汽器及其连接管线产生异音，作为运行人员应该及时排查，确定原因，避免产生应力疲劳导致凝汽器真空变差，从而引起机组效率的降低。运行人员在平时工作中，应尽可能避免排污低流量运行，如果无法避免，需要及时对倒U型管充水或者对排污管线上的手动阀进行节流。对于凝汽器取样返回管线的异音，运行人员或者化学人员应及时通过调整取样泵出口阀提高系统压力，特别是在更换树脂情况下需要特别关注。高压疏水母管处的异音，应该关注桶型疏水器的动作频率，适当增加疏水阀的开度，必要时应在运行规程中增加开度参考值。本文就一些常见的异音作了初步的分析和解决方案，以寻求更合理高效的解决实际工作中的问题。
参考文献
[1]姜楠，孙泓， 凝汽器杂项疏水的处理 动力工程 1000-6761(2005)03—0399-05
[2] 尚宪和，秦二厂三、四号机组中级运行培训教材，TMT-Q2FF200
[3] 30-H300204S-A24,二回路汽水取样检测系统手册
