壓水堆核電機(jī)組蒸汽發(fā)生器監(jiān)測(cè)鐵傳輸?shù)娜友芯?/h1>
2020-12-23 04:35:47伊海龍孫其良姚雪鴻熊彬偉陳紅雨
中小企業(yè)管理與科技·下旬刊 2020年7期
伊海龍 孫其良 姚雪鴻 熊彬偉 陳紅雨
【摘? 要】國(guó)內(nèi)壓水堆核電機(jī)組對(duì)蒸汽發(fā)生器鐵腐蝕產(chǎn)物傳輸取樣方法大多為抓取取樣。這種取樣方式缺點(diǎn)是代表性不足、靈敏度不夠、受干擾大、錯(cuò)過(guò)機(jī)組瞬態(tài)變化等，對(duì)蒸汽發(fā)生器的鐵腐蝕產(chǎn)物傳輸水平監(jiān)測(cè)存在不足。論文主要通過(guò)改善樣品代表性和提升靈敏度兩方面，來(lái)對(duì)取樣方式進(jìn)行研究。
【Abstract】Most of the transmission sampling methods for iron corrosion products of steam generator in domestic PWR nuclear power units are grab sampling. The disadvantages of this sampling method are insufficient representativeness， insufficient sensitivity， large interference， missing transient changes of the unit， etc.， and the monitoring of the transmission level of iron corrosion products of the steam generator is insufficient. This paper mainly studies the sampling method by improving the sample representativeness and increasing the sensitivity.
【關(guān)鍵詞】蒸汽發(fā)生器;鐵腐蝕產(chǎn)物;傳輸;代表性;靈敏度
【Keywords】steam generator; iron corrosion product; transmission; representativeness; sensitivity
【中圖分類號(hào)】TM623? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2020）07-0161-03
1 引言
蒸器發(fā)生器是核電機(jī)組熱交換設(shè)備，將一回路的熱量傳遞給二回路給水。為提高傳熱效率，其管壁很薄，其總傳熱面積占一回路承壓邊界總面積的近80%;其單個(gè)蒸發(fā)器傳熱管超4000根，使用9層隔板固定，這保證了傳熱管的安全性。但其帶來(lái)的負(fù)面影響是二回路的腐蝕產(chǎn)物進(jìn)入蒸發(fā)器后，會(huì)造成在隔板、傳熱管與支撐板縫隙、U型管頂部處積聚，在蒸器發(fā)生器的腐蝕產(chǎn)物逐步積累。
由于二回路側(cè)的腐蝕產(chǎn)物傳輸?shù)秸羝l(fā)生器的現(xiàn)象不能完全避免，隨著運(yùn)行壽期的增長(zhǎng)沉積在蒸汽發(fā)生器內(nèi)的沉渣量將逐年累積，這種效應(yīng)必將導(dǎo)致后期需要通過(guò)不同手段如高壓水力沖洗或化學(xué)清洗來(lái)去除蒸發(fā)器腐蝕產(chǎn)物，以降低蒸汽發(fā)生器的腐蝕，提高其熱傳遞效率。但由于蒸汽發(fā)生器內(nèi)部的腐蝕產(chǎn)物不能通過(guò)降負(fù)荷或停堆等方式完全去除，為此評(píng)估蒸汽發(fā)生器的清潔度或蒸汽發(fā)生器內(nèi)部腐蝕產(chǎn)物的累積變得尤為重要。對(duì)于獲得有代表性的二回路水體數(shù)據(jù)和較高靈敏度的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的需求變得更加迫切。
2 壓水堆核電機(jī)組二回路水體中鐵腐蝕產(chǎn)物基本特征
在二回路水系統(tǒng)中，理想狀態(tài)下鐵與水體會(huì)發(fā)生復(fù)雜的反應(yīng)，并產(chǎn)生多種中間態(tài)和穩(wěn)態(tài)產(chǎn)物：
①Fe、Fe2+、Fe3+、Fe3O4 （FeO·Fe2O3）、Fe（OH）2、FeO（OH）、Fe（OH）3、Fe2O3
②Spinel oxides： Fe3（x+y）CrxNiyO4
③Ni-ferrite
④Fe-chromite
⑤NiO， Mn-oxides， Cr-oxides， Ag-oxides，etc
其中，離子狀態(tài)的鐵腐蝕產(chǎn)物是可采集的，因其在水體中溶解均勻，通過(guò)抓取取樣是可準(zhǔn)確測(cè)量的，但單質(zhì)鐵及鐵的氧化物（顆粒態(tài)），鐵的氫氧化物（有膠體的性質(zhì)）等產(chǎn)物，在低速取樣管線中，鐵的腐蝕產(chǎn)物容易沉降或沉積吸附，或者兩者都有。
3 取樣方式的現(xiàn)狀
在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)實(shí)踐中，多數(shù)電廠采取日常期間監(jiān)測(cè)二回路主給水總鐵含量，周期每周一次;鐵腐蝕產(chǎn)物在蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)和主給水系統(tǒng)同時(shí)取樣，取樣時(shí)臨時(shí)建立取樣流量，按照周期半年1次，在線過(guò)濾累積流量7天的方式取樣。
當(dāng)前取樣模式存在不足，主要表現(xiàn)在以下兩方面：
①樣品代表性不足：
第一，日常監(jiān)測(cè)未采取蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)和主給水系統(tǒng)同時(shí)取樣，無(wú)法準(zhǔn)確進(jìn)行鐵傳輸?shù)挠?jì)算。
第二，主給水系統(tǒng)采樣管線流速低，管線內(nèi)存在沉積或沉降的現(xiàn)象。
第三，臨時(shí)建立取樣流量，采樣管線內(nèi)表面需重新建立沉積或再釋放的再平衡，仍會(huì)導(dǎo)致樣品代表性不足。
②樣品靈敏度不足：
第一，抓取樣品時(shí)僅能代表某一時(shí)刻的系統(tǒng)狀態(tài)，缺少對(duì)瞬態(tài)變化的監(jiān)督。
第二，短周期取樣且頻率較低時(shí)，會(huì)由于顆粒態(tài)鐵的腐蝕產(chǎn)物在傳輸過(guò)程的隨機(jī)性，導(dǎo)致水體分析測(cè)量數(shù)據(jù)波動(dòng)較大，使測(cè)量結(jié)果偏高或偏低，同時(shí)也有可能被認(rèn)為取樣沾污等原因，將系統(tǒng)內(nèi)特征濃度測(cè)量數(shù)據(jù)被隱藏。
參照國(guó)內(nèi)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，從改善樣品代表性和提升靈敏度兩方面，通過(guò)下文來(lái)對(duì)取樣方式研究進(jìn)行介紹。
4 對(duì)二回路水體中鐵腐蝕產(chǎn)物取樣代表性的研究
進(jìn)行鐵的腐蝕產(chǎn)物分析是一項(xiàng)比較重大的挑戰(zhàn)，原因是有大部分含鐵腐蝕產(chǎn)物的形式顆粒態(tài)。其在采樣管線表面上會(huì)有沉積，而且采樣管線會(huì)釋放沉積氧化物，所以會(huì)對(duì)樣品濃度與系統(tǒng)水體特征濃度產(chǎn)生明顯的偏差。
4.1 采樣管線中顆粒傳輸?shù)幕驹?/p>
關(guān)于采樣管線中顆粒傳輸?shù)难芯勘砻鳎簶悠妨魉俸头€(wěn)定性是決定樣品管壁沉積速率和沖蝕速率以及達(dá)到和保持平衡所需時(shí)間的重要因素，也應(yīng)注意到管壁沉積物中對(duì)溶解物的吸附影響。保持特定的流速是獲得樣品代表性的必要條件。
4.2 采樣管線流速設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
現(xiàn)有采樣管線設(shè)計(jì)為參照水汽集中取樣分析裝置驗(yàn)收導(dǎo)則中的要求：在規(guī)定取樣架出口水條件下，恒溫設(shè)備應(yīng)保證單路出口水樣不小于500mL/min（可調(diào)）。以二回路主給水取樣管線為例，在用取樣管線設(shè)計(jì)為管道DN10，流量范圍60～90L/h（參考換熱器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)）即1000～1500mL/min，是滿足設(shè)計(jì)要求的。
4.3 提高樣品代表性可以考慮的方法
①采樣管線長(zhǎng)度應(yīng)盡可能短，而且應(yīng)盡量減少?gòu)濐^數(shù)量。這能減少表面的沉積和污染物釋放，同時(shí)能盡量減少化學(xué)反應(yīng)的時(shí)間。采樣點(diǎn)應(yīng)接近系統(tǒng)，且取樣點(diǎn)上游不宜設(shè)置過(guò)濾器。如樣品溫度過(guò)高，應(yīng)在一次冷卻器后設(shè)置。如主給水取樣點(diǎn)。
②采樣管線（主流路）的流動(dòng)狀態(tài)應(yīng)維持在紊流狀態(tài)，同時(shí)應(yīng)盡可能保持恒定，且取樣過(guò)程中流量不做調(diào)整。
要實(shí)現(xiàn)采樣管線內(nèi)流體成紊流狀態(tài)，建議使用雷諾數(shù)進(jìn)行計(jì)算，其定義及公式如下：
雷諾數(shù)（Reynolds number）是一種可用來(lái)表征流體流動(dòng)情況的無(wú)量綱數(shù)。另一種表述是慣性力和粘度力的比值，以Re表示，公式為：
Re=ρvd/η
式中：
ρ為流體在某一溫度下的密度。
v為流體的線性流速。
d為流體經(jīng)過(guò)的特征長(zhǎng)度，當(dāng)流體流管圓形管道時(shí)，其為管道直徑。
η為流體在某一溫度下運(yùn)動(dòng)學(xué)黏性系數(shù)。
當(dāng)流體的雷諾數(shù)<2000時(shí)，認(rèn)為其是層流;在2000～3000時(shí)，則會(huì)過(guò)渡至發(fā)生湍流;大于3000時(shí)認(rèn)為是紊流。當(dāng)管線流體成紊流狀態(tài)時(shí)，增加了管道內(nèi)垂直方向的擾動(dòng)，增加了近壁面的流速（見(jiàn)圖1），減少鐵的產(chǎn)物的積累，使樣品代表性提高，水體分析能夠更客觀地表征系統(tǒng)狀態(tài)。
當(dāng)樣品流量達(dá)到1000mL/min時(shí)，在不同溫度下，部分采樣管線的雷諾數(shù)仍可處于紊流范圍（見(jiàn)表1）。因此，維持紊流狀態(tài)是可以在相對(duì)較低的樣品流量的前提下實(shí)現(xiàn)的。
4.4 生產(chǎn)中可提高取樣代表性的建議做法
在實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)中，建議對(duì)蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)和主給水系統(tǒng)同時(shí)取樣，以期望獲得在取樣周期內(nèi)，蒸發(fā)器內(nèi)的鐵傳輸?shù)恼鎸?shí)水平。
為保證水體的代表性，應(yīng)使采樣管線（主管線）內(nèi)水體完全達(dá)到紊流，管線流量應(yīng)不低于1400mL/min。但由于管線內(nèi)仍然存在鐵的產(chǎn)物沉積仍會(huì)導(dǎo)致流量發(fā)生衰減，故建議初始流量不應(yīng)低于2000mL/min。對(duì)于采樣管線應(yīng)維持連續(xù)流水，即使在進(jìn)行取樣時(shí)，在支路或主管線取樣時(shí)，也不做采樣管線（主管線）流量調(diào)整。
在機(jī)組啟動(dòng)期間，應(yīng)盡早開(kāi)通采樣管線。以期望在首次取之前使采樣系統(tǒng)表面的沉積物達(dá)到穩(wěn)定。需要注意的是，在流量發(fā)生明顯瞬變之后，采樣系統(tǒng)表面的沉積物穩(wěn)定需要等待幾十甚至數(shù)百小時(shí)。
5 對(duì)二回路水體中鐵腐蝕產(chǎn)物取樣靈敏度的研究
通常情況下，抓取樣品和短周期取樣的靈敏度不足以檢測(cè)腐蝕產(chǎn)物傳輸水平的變化，也會(huì)錯(cuò)過(guò)系統(tǒng)瞬態(tài)變化。
5.1 取樣周期的選擇
從2010年開(kāi)始建立對(duì)鐵的腐蝕產(chǎn)物取樣方式摸索至今，通過(guò)長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)積累分析表明：在線累積流量法取樣周期需要一周才能有效降低誤差。這種取樣方式能夠提高鐵腐蝕產(chǎn)物的靈敏度，來(lái)獲得向蒸汽發(fā)生器腐蝕產(chǎn)物傳輸?shù)母咏咏到y(tǒng)水平的平均等效濃度。
5.2 長(zhǎng)周期在線累積取樣數(shù)據(jù)對(duì)比
通過(guò)在線累積流量取樣分析數(shù)據(jù)與抓取取樣實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比（見(jiàn)圖2和圖3），分析結(jié)果表明：在線累積取樣分析數(shù)據(jù)較抓取取樣增高30%～50%。
基于以上原理和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，給出參考做法如下：
①在機(jī)組正常運(yùn)行期間，采取在線連續(xù)過(guò)濾流動(dòng)的樣品，使用0.1μm或0.45μm濾膜過(guò)濾，周期7天，以取樣管線（支管）初始流量200mL/min的流量連續(xù)過(guò)濾，以減少流量衰減對(duì)流速的影響。
②在工藝管線流量不斷變化的瞬變工況期間，例如，在啟動(dòng)期間，核功率大于30%PN至滿功率止，由于系統(tǒng)較臟，短時(shí)間內(nèi)取樣流量會(huì)急速衰減，長(zhǎng)周期采樣并不能獲得準(zhǔn)確的平均等效濃度。理論上來(lái)說(shuō)，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)管線流量可減緩這種不準(zhǔn)確性。然而，這種調(diào)節(jié)需要人員頻繁干預(yù)，也存在干預(yù)不及時(shí)、人員狀態(tài)不可控等問(wèn)題，一般電站并不會(huì)采用這種方法。故建議選取縮短周期為1天，增加采樣頻率減小濃度數(shù)據(jù)的不確定性。
③推薦使用X射線熒光光譜（XRF）分析法分析濾膜樣品，以確定鐵的氧化狀態(tài)，無(wú)需溶解過(guò)濾膜。或者將過(guò)濾膜完全溶解（要注意轉(zhuǎn)移時(shí)防止樣品損失），并通過(guò)原子吸收火焰法或電感耦合等離子體法對(duì)溶液進(jìn)行分析。所得結(jié)果可計(jì)算采樣期間的平均等效濃度。
④在功率運(yùn)行期間的相關(guān)濃度是指“等效”濃度。滿功率下的“等效”濃度等于實(shí)測(cè)濃度乘功率百分比除以100。例如，在10%功率下，實(shí)測(cè)濃度為100μg/kg，則100%功率下等效濃度為10μg/kg（即關(guān)于向蒸汽發(fā)生器的運(yùn)輸量）。
6 結(jié)論
通過(guò)對(duì)壓水堆核電機(jī)組蒸汽發(fā)生器監(jiān)測(cè)鐵傳輸?shù)娜友芯拷Y(jié)果來(lái)看：對(duì)采樣管線的流速優(yōu)化、對(duì)取樣方式的周期的變化，可以改善水體樣品的代表性;通過(guò)長(zhǎng)周期在線累積取樣，能夠提高取樣測(cè)量的靈敏度。經(jīng)過(guò)此項(xiàng)研究，能夠?yàn)檎羝l(fā)生器的鐵腐蝕產(chǎn)物傳輸提供更加客觀測(cè)量數(shù)據(jù)的取樣方式;為蒸汽發(fā)生器鐵腐蝕產(chǎn)物累積量評(píng)估、蒸汽發(fā)生器的老化評(píng)估提供重要的更接近系統(tǒng)狀態(tài)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
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【Abstract】Most of the transmission sampling methods for iron corrosion products of steam generator in domestic PWR nuclear power units are grab sampling. The disadvantages of this sampling method are insufficient representativeness， insufficient sensitivity， large interference， missing transient changes of the unit， etc.， and the monitoring of the transmission level of iron corrosion products of the steam generator is insufficient. This paper mainly studies the sampling method by improving the sample representativeness and increasing the sensitivity.
【關(guān)鍵詞】蒸汽發(fā)生器;鐵腐蝕產(chǎn)物;傳輸;代表性;靈敏度
【Keywords】steam generator; iron corrosion product; transmission; representativeness; sensitivity
【中圖分類號(hào)】TM623? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2020）07-0161-03
1 引言
蒸器發(fā)生器是核電機(jī)組熱交換設(shè)備，將一回路的熱量傳遞給二回路給水。為提高傳熱效率，其管壁很薄，其總傳熱面積占一回路承壓邊界總面積的近80%;其單個(gè)蒸發(fā)器傳熱管超4000根，使用9層隔板固定，這保證了傳熱管的安全性。但其帶來(lái)的負(fù)面影響是二回路的腐蝕產(chǎn)物進(jìn)入蒸發(fā)器后，會(huì)造成在隔板、傳熱管與支撐板縫隙、U型管頂部處積聚，在蒸器發(fā)生器的腐蝕產(chǎn)物逐步積累。
由于二回路側(cè)的腐蝕產(chǎn)物傳輸?shù)秸羝l(fā)生器的現(xiàn)象不能完全避免，隨著運(yùn)行壽期的增長(zhǎng)沉積在蒸汽發(fā)生器內(nèi)的沉渣量將逐年累積，這種效應(yīng)必將導(dǎo)致后期需要通過(guò)不同手段如高壓水力沖洗或化學(xué)清洗來(lái)去除蒸發(fā)器腐蝕產(chǎn)物，以降低蒸汽發(fā)生器的腐蝕，提高其熱傳遞效率。但由于蒸汽發(fā)生器內(nèi)部的腐蝕產(chǎn)物不能通過(guò)降負(fù)荷或停堆等方式完全去除，為此評(píng)估蒸汽發(fā)生器的清潔度或蒸汽發(fā)生器內(nèi)部腐蝕產(chǎn)物的累積變得尤為重要。對(duì)于獲得有代表性的二回路水體數(shù)據(jù)和較高靈敏度的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的需求變得更加迫切。
2 壓水堆核電機(jī)組二回路水體中鐵腐蝕產(chǎn)物基本特征
在二回路水系統(tǒng)中，理想狀態(tài)下鐵與水體會(huì)發(fā)生復(fù)雜的反應(yīng)，并產(chǎn)生多種中間態(tài)和穩(wěn)態(tài)產(chǎn)物：
①Fe、Fe2+、Fe3+、Fe3O4 （FeO·Fe2O3）、Fe（OH）2、FeO（OH）、Fe（OH）3、Fe2O3
②Spinel oxides： Fe3（x+y）CrxNiyO4
③Ni-ferrite
④Fe-chromite
⑤NiO， Mn-oxides， Cr-oxides， Ag-oxides，etc
其中，離子狀態(tài)的鐵腐蝕產(chǎn)物是可采集的，因其在水體中溶解均勻，通過(guò)抓取取樣是可準(zhǔn)確測(cè)量的，但單質(zhì)鐵及鐵的氧化物（顆粒態(tài)），鐵的氫氧化物（有膠體的性質(zhì)）等產(chǎn)物，在低速取樣管線中，鐵的腐蝕產(chǎn)物容易沉降或沉積吸附，或者兩者都有。
3 取樣方式的現(xiàn)狀
在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)實(shí)踐中，多數(shù)電廠采取日常期間監(jiān)測(cè)二回路主給水總鐵含量，周期每周一次;鐵腐蝕產(chǎn)物在蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)和主給水系統(tǒng)同時(shí)取樣，取樣時(shí)臨時(shí)建立取樣流量，按照周期半年1次，在線過(guò)濾累積流量7天的方式取樣。
當(dāng)前取樣模式存在不足，主要表現(xiàn)在以下兩方面：
①樣品代表性不足：
第一，日常監(jiān)測(cè)未采取蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)和主給水系統(tǒng)同時(shí)取樣，無(wú)法準(zhǔn)確進(jìn)行鐵傳輸?shù)挠?jì)算。
第二，主給水系統(tǒng)采樣管線流速低，管線內(nèi)存在沉積或沉降的現(xiàn)象。
第三，臨時(shí)建立取樣流量，采樣管線內(nèi)表面需重新建立沉積或再釋放的再平衡，仍會(huì)導(dǎo)致樣品代表性不足。
②樣品靈敏度不足：
第一，抓取樣品時(shí)僅能代表某一時(shí)刻的系統(tǒng)狀態(tài)，缺少對(duì)瞬態(tài)變化的監(jiān)督。
第二，短周期取樣且頻率較低時(shí)，會(huì)由于顆粒態(tài)鐵的腐蝕產(chǎn)物在傳輸過(guò)程的隨機(jī)性，導(dǎo)致水體分析測(cè)量數(shù)據(jù)波動(dòng)較大，使測(cè)量結(jié)果偏高或偏低，同時(shí)也有可能被認(rèn)為取樣沾污等原因，將系統(tǒng)內(nèi)特征濃度測(cè)量數(shù)據(jù)被隱藏。
參照國(guó)內(nèi)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，從改善樣品代表性和提升靈敏度兩方面，通過(guò)下文來(lái)對(duì)取樣方式研究進(jìn)行介紹。
4 對(duì)二回路水體中鐵腐蝕產(chǎn)物取樣代表性的研究
進(jìn)行鐵的腐蝕產(chǎn)物分析是一項(xiàng)比較重大的挑戰(zhàn)，原因是有大部分含鐵腐蝕產(chǎn)物的形式顆粒態(tài)。其在采樣管線表面上會(huì)有沉積，而且采樣管線會(huì)釋放沉積氧化物，所以會(huì)對(duì)樣品濃度與系統(tǒng)水體特征濃度產(chǎn)生明顯的偏差。
4.1 采樣管線中顆粒傳輸?shù)幕驹?/p>
關(guān)于采樣管線中顆粒傳輸?shù)难芯勘砻鳎簶悠妨魉俸头€(wěn)定性是決定樣品管壁沉積速率和沖蝕速率以及達(dá)到和保持平衡所需時(shí)間的重要因素，也應(yīng)注意到管壁沉積物中對(duì)溶解物的吸附影響。保持特定的流速是獲得樣品代表性的必要條件。
4.2 采樣管線流速設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
現(xiàn)有采樣管線設(shè)計(jì)為參照水汽集中取樣分析裝置驗(yàn)收導(dǎo)則中的要求：在規(guī)定取樣架出口水條件下，恒溫設(shè)備應(yīng)保證單路出口水樣不小于500mL/min（可調(diào)）。以二回路主給水取樣管線為例，在用取樣管線設(shè)計(jì)為管道DN10，流量范圍60～90L/h（參考換熱器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)）即1000～1500mL/min，是滿足設(shè)計(jì)要求的。
4.3 提高樣品代表性可以考慮的方法
①采樣管線長(zhǎng)度應(yīng)盡可能短，而且應(yīng)盡量減少?gòu)濐^數(shù)量。這能減少表面的沉積和污染物釋放，同時(shí)能盡量減少化學(xué)反應(yīng)的時(shí)間。采樣點(diǎn)應(yīng)接近系統(tǒng)，且取樣點(diǎn)上游不宜設(shè)置過(guò)濾器。如樣品溫度過(guò)高，應(yīng)在一次冷卻器后設(shè)置。如主給水取樣點(diǎn)。
②采樣管線（主流路）的流動(dòng)狀態(tài)應(yīng)維持在紊流狀態(tài)，同時(shí)應(yīng)盡可能保持恒定，且取樣過(guò)程中流量不做調(diào)整。
要實(shí)現(xiàn)采樣管線內(nèi)流體成紊流狀態(tài)，建議使用雷諾數(shù)進(jìn)行計(jì)算，其定義及公式如下：
雷諾數(shù)（Reynolds number）是一種可用來(lái)表征流體流動(dòng)情況的無(wú)量綱數(shù)。另一種表述是慣性力和粘度力的比值，以Re表示，公式為：
Re=ρvd/η
式中：
ρ為流體在某一溫度下的密度。
v為流體的線性流速。
d為流體經(jīng)過(guò)的特征長(zhǎng)度，當(dāng)流體流管圓形管道時(shí)，其為管道直徑。
η為流體在某一溫度下運(yùn)動(dòng)學(xué)黏性系數(shù)。
當(dāng)流體的雷諾數(shù)<2000時(shí)，認(rèn)為其是層流;在2000～3000時(shí)，則會(huì)過(guò)渡至發(fā)生湍流;大于3000時(shí)認(rèn)為是紊流。當(dāng)管線流體成紊流狀態(tài)時(shí)，增加了管道內(nèi)垂直方向的擾動(dòng)，增加了近壁面的流速（見(jiàn)圖1），減少鐵的產(chǎn)物的積累，使樣品代表性提高，水體分析能夠更客觀地表征系統(tǒng)狀態(tài)。
當(dāng)樣品流量達(dá)到1000mL/min時(shí)，在不同溫度下，部分采樣管線的雷諾數(shù)仍可處于紊流范圍（見(jiàn)表1）。因此，維持紊流狀態(tài)是可以在相對(duì)較低的樣品流量的前提下實(shí)現(xiàn)的。
4.4 生產(chǎn)中可提高取樣代表性的建議做法
在實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)中，建議對(duì)蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)和主給水系統(tǒng)同時(shí)取樣，以期望獲得在取樣周期內(nèi)，蒸發(fā)器內(nèi)的鐵傳輸?shù)恼鎸?shí)水平。
為保證水體的代表性，應(yīng)使采樣管線（主管線）內(nèi)水體完全達(dá)到紊流，管線流量應(yīng)不低于1400mL/min。但由于管線內(nèi)仍然存在鐵的產(chǎn)物沉積仍會(huì)導(dǎo)致流量發(fā)生衰減，故建議初始流量不應(yīng)低于2000mL/min。對(duì)于采樣管線應(yīng)維持連續(xù)流水，即使在進(jìn)行取樣時(shí)，在支路或主管線取樣時(shí)，也不做采樣管線（主管線）流量調(diào)整。
在機(jī)組啟動(dòng)期間，應(yīng)盡早開(kāi)通采樣管線。以期望在首次取之前使采樣系統(tǒng)表面的沉積物達(dá)到穩(wěn)定。需要注意的是，在流量發(fā)生明顯瞬變之后，采樣系統(tǒng)表面的沉積物穩(wěn)定需要等待幾十甚至數(shù)百小時(shí)。
5 對(duì)二回路水體中鐵腐蝕產(chǎn)物取樣靈敏度的研究
通常情況下，抓取樣品和短周期取樣的靈敏度不足以檢測(cè)腐蝕產(chǎn)物傳輸水平的變化，也會(huì)錯(cuò)過(guò)系統(tǒng)瞬態(tài)變化。
5.1 取樣周期的選擇
從2010年開(kāi)始建立對(duì)鐵的腐蝕產(chǎn)物取樣方式摸索至今，通過(guò)長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)積累分析表明：在線累積流量法取樣周期需要一周才能有效降低誤差。這種取樣方式能夠提高鐵腐蝕產(chǎn)物的靈敏度，來(lái)獲得向蒸汽發(fā)生器腐蝕產(chǎn)物傳輸?shù)母咏咏到y(tǒng)水平的平均等效濃度。
5.2 長(zhǎng)周期在線累積取樣數(shù)據(jù)對(duì)比
通過(guò)在線累積流量取樣分析數(shù)據(jù)與抓取取樣實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比（見(jiàn)圖2和圖3），分析結(jié)果表明：在線累積取樣分析數(shù)據(jù)較抓取取樣增高30%～50%。
基于以上原理和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，給出參考做法如下：
①在機(jī)組正常運(yùn)行期間，采取在線連續(xù)過(guò)濾流動(dòng)的樣品，使用0.1μm或0.45μm濾膜過(guò)濾，周期7天，以取樣管線（支管）初始流量200mL/min的流量連續(xù)過(guò)濾，以減少流量衰減對(duì)流速的影響。
②在工藝管線流量不斷變化的瞬變工況期間，例如，在啟動(dòng)期間，核功率大于30%PN至滿功率止，由于系統(tǒng)較臟，短時(shí)間內(nèi)取樣流量會(huì)急速衰減，長(zhǎng)周期采樣并不能獲得準(zhǔn)確的平均等效濃度。理論上來(lái)說(shuō)，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)管線流量可減緩這種不準(zhǔn)確性。然而，這種調(diào)節(jié)需要人員頻繁干預(yù)，也存在干預(yù)不及時(shí)、人員狀態(tài)不可控等問(wèn)題，一般電站并不會(huì)采用這種方法。故建議選取縮短周期為1天，增加采樣頻率減小濃度數(shù)據(jù)的不確定性。
③推薦使用X射線熒光光譜（XRF）分析法分析濾膜樣品，以確定鐵的氧化狀態(tài)，無(wú)需溶解過(guò)濾膜。或者將過(guò)濾膜完全溶解（要注意轉(zhuǎn)移時(shí)防止樣品損失），并通過(guò)原子吸收火焰法或電感耦合等離子體法對(duì)溶液進(jìn)行分析。所得結(jié)果可計(jì)算采樣期間的平均等效濃度。
④在功率運(yùn)行期間的相關(guān)濃度是指“等效”濃度。滿功率下的“等效”濃度等于實(shí)測(cè)濃度乘功率百分比除以100。例如，在10%功率下，實(shí)測(cè)濃度為100μg/kg，則100%功率下等效濃度為10μg/kg（即關(guān)于向蒸汽發(fā)生器的運(yùn)輸量）。
6 結(jié)論
通過(guò)對(duì)壓水堆核電機(jī)組蒸汽發(fā)生器監(jiān)測(cè)鐵傳輸?shù)娜友芯拷Y(jié)果來(lái)看：對(duì)采樣管線的流速優(yōu)化、對(duì)取樣方式的周期的變化，可以改善水體樣品的代表性;通過(guò)長(zhǎng)周期在線累積取樣，能夠提高取樣測(cè)量的靈敏度。經(jīng)過(guò)此項(xiàng)研究，能夠?yàn)檎羝l(fā)生器的鐵腐蝕產(chǎn)物傳輸提供更加客觀測(cè)量數(shù)據(jù)的取樣方式;為蒸汽發(fā)生器鐵腐蝕產(chǎn)物累積量評(píng)估、蒸汽發(fā)生器的老化評(píng)估提供重要的更接近系統(tǒng)狀態(tài)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
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