李文蛟

（遼寧紅沿河核電有限公司，遼寧，大連 116319）

核電廠的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，在安全系統(tǒng)中不凝氣體的堆積可能會(huì)影響系統(tǒng)既定安全功能的實(shí)現(xiàn)。這個(gè)問題已經(jīng)引發(fā)了業(yè)界的高度關(guān)注。比如美國(guó)核電運(yùn)行研究所（INPO），針對(duì)不凝氣體積聚問題，發(fā)布了一系列文件［1］。隨著我國(guó)核電運(yùn)行堆年的增加，近年來也發(fā)生多起因不凝氣體積聚引發(fā)的事件，其中，作為核島最終熱阱的核電廠重要廠用水系統(tǒng)（SEC），因SEC泵的泵腔積氣而無法啟動(dòng)的事件，尤為重要。比如國(guó)內(nèi)某北方核電廠重要廠用水系統(tǒng)，在冬季曾發(fā)生多起因泵腔存在大量積氣而無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟動(dòng)的重要事件。

由于行業(yè)的特殊性以及SEC系統(tǒng)的復(fù)雜性，對(duì)于SEC泵積氣而無法啟動(dòng)的問題，目前報(bào)道的研究很少。劉生根等人對(duì)國(guó)內(nèi)核電廠出現(xiàn)的SEC泵積氣現(xiàn)象作了一般性理論分析，認(rèn)為積氣的來源，通過發(fā)生在排氣管內(nèi)的“倒虹吸”現(xiàn)象把空氣吸入泵腔［2］。然而這一分析，無法解釋為何北方核電廠SEC泵積氣而啟動(dòng)失敗的事件均發(fā)生于冬季。胡新澤等人則認(rèn)為，SEC泵積氣的來源，主要來源于因停泵水錘導(dǎo)致的排氣管抽氣［3］。這一分析也無法解釋一些機(jī)組現(xiàn)象，比如當(dāng)排氣管閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，從排氣管不可能抽氣，但依然會(huì)發(fā)生SEC泵腔積氣無法啟動(dòng)的事件。

國(guó)內(nèi)某北方核電廠SEC泵積氣而無法啟動(dòng)的事件，均發(fā)生在冬季SEC泵處于備用狀態(tài)一段時(shí)間之后。對(duì)這一過程中機(jī)組的狀態(tài)進(jìn)行大量分析，發(fā)現(xiàn)泵腔大量積氣來源于海水受熱析出的溶解氣體；而SEC泵排氣系統(tǒng)存在缺陷導(dǎo)致析氣無法順利排泄，進(jìn)而在泵腔區(qū)域形成積氣。然而對(duì)SEC泵積氣過程的詳細(xì)機(jī)理尚不清楚，需要開展深入研究，以期在此基礎(chǔ)上解決這一重要機(jī)組問題。

本文開展了靜態(tài)海水中溶解氣體動(dòng)態(tài)析出動(dòng)態(tài)特性分析，研究了環(huán)境溫度、水的初始溫度、鹽度等關(guān)鍵參數(shù)對(duì)水中溶解氧動(dòng)態(tài)析出過程的影響；在分析SEC系統(tǒng)及運(yùn)行特征等基礎(chǔ)上，建立了針對(duì)SEC泵積氣現(xiàn)象的簡(jiǎn)化模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)；在模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上，對(duì)低溫海水受熱析氣現(xiàn)象進(jìn)行直接觀察；研究泵腔積氣形成的過程特征、海潮漲落影響下的氣腔演化特征、排氣管中氣液兩相流特征等。在此基礎(chǔ)上，尋求解決這一機(jī)組重大技術(shù)問題的方案。

1 靜態(tài)海水中溶解氣體析出動(dòng)態(tài)特性分析

首先構(gòu)建了簡(jiǎn)化的研究對(duì)象（如圖1），選取以氧氣作為代表性氣體。該簡(jiǎn)化的研究對(duì)象由一個(gè)球形容器和穩(wěn)壓箱構(gòu)成。球形容器內(nèi)徑300 mm，器壁為25 mm鑄鋼。與大氣聯(lián)通的穩(wěn)壓箱中，海水的溶解氧與空氣中的氧氣達(dá)到平衡態(tài)。穩(wěn)壓箱中的水溫可在研究范圍（0-40℃）內(nèi)調(diào)節(jié)并保持恒溫。球形容器置于一相對(duì)大空間（如圖中虛線范圍），該空間的大氣處于設(shè)定的恒溫狀態(tài)。該球形容器中的壓力被穩(wěn)壓箱保持在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓條件下。

圖1 簡(jiǎn)化的研究對(duì)象示意圖Fig.1 Simplified schematic diagram of research object

該研究對(duì)象的初始狀態(tài)是這樣設(shè)定的：開啟排氣閥、排空閥，待球形容器里的液體排空后，關(guān)閉排空閥；開啟聯(lián)通閥，給球形容器注入設(shè)定溫度的海水；當(dāng)排氣閥中有液體排出時(shí)，關(guān)閉排氣閥。

研究過程中，球形容器內(nèi)的海水受大空間環(huán)境的加熱。針對(duì)研究對(duì)象的特點(diǎn)，其畢渥準(zhǔn)則數(shù)Bi=αδ/λ<0.1，對(duì)該加熱過程，可以采用集中參數(shù)法［4］。

環(huán)境對(duì)水的加熱量率：

式中：R——球形容器的內(nèi)徑；

K——總傳熱系數(shù)；

Ta——球形容器所在空間的環(huán)境溫度；

Tτ：球形容器中海水τ時(shí)刻的溫度。

水在升溫過程中的吸熱率：

式中：Vs——球形容器的內(nèi)體積；

Vgτ——球形容器內(nèi)τ時(shí)刻水受熱析氣所占體積；

ρ——海水的密度；

Cp——水的等壓比熱。

（1）、（2）聯(lián)立成為穩(wěn)態(tài)方程：

初始條件：τ=0時(shí)，Tτ=T0。

在本研究條件下，由于析氣過程比較緩慢，可作為準(zhǔn)平衡過程處理。因此球形容器內(nèi)水受熱析氣所占體積表述為：

式中：VT0——初始溫度時(shí)海水的溶解氧；

VTτ為某溫度時(shí)水的溶解氧。

水中的平衡溶解氧量計(jì)算，我們采用Weiss氣體溶解度計(jì)算公式［5］。水中的平衡溶解氧量是水的溫度、鹽度的非線性函數(shù)。

針對(duì)研究對(duì)象，采用上述數(shù)學(xué)模型，開展數(shù)值計(jì)算，可得到環(huán)境溫度Ta、海水的初始溫度T0、鹽度S等特征參數(shù)對(duì)海水受環(huán)境加熱溶解氧析出過程影響的規(guī)律。

（1）環(huán)境溫度對(duì)海水溶解氧析氣過程的影響

圖2顯示了在水的初始溫度為0℃，鹽度為0的條件下，環(huán)境溫度對(duì)海水溶解氧氣析出的影響。在開始階段，環(huán)境溫度對(duì)氧氣總析出速率有較大的影響。環(huán)境溫度越高，氧氣總析出速率越大。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，氧氣總析出速率呈遞減趨勢(shì)。環(huán)境溫度越高，氧氣析出總量也越大。在持續(xù)20小時(shí)之后，氧氣總析出量基本不變。

（2）海水的初始溫度對(duì)海水溶解氧析氣過程的影響

圖3顯示了在環(huán)境溫度為30℃，鹽度為0的條件下，不同的海水初始溫度對(duì)海水溶解氧氣析出的影響。在開始階段，海水初始溫度越低，氧氣總析出速率越大。氧氣總析出速率隨時(shí)間而衰減。海水初始溫度越低，氧氣析出總量也越大。

圖3 水的初始溫度對(duì)海水溶解氧氣析出的影響Fig.3 Effect of initial temperature on dissolved oxygen evolution in seawater

（3）鹽度對(duì)海水溶解氧析氣過程的影響

圖4 顯示了在環(huán)境溫度為30℃，海水的初始溫度為0℃的條件下，不同的海水鹽度對(duì)海水溶解氧氣析出的影響。鹽度越低，氧氣總析出速率高，但差異不顯著。同樣，鹽度越低，氧氣析出總量也稍高。

圖4 鹽度對(duì)海水溶解氧氣析出的影響Fig.4 Effect of salinity on dissolved oxygen evolution in seawater

2 SEC泵積氣現(xiàn)象的模擬實(shí)驗(yàn)研究

2.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，應(yīng)能體現(xiàn)以下要求：符合SEC系統(tǒng)的空間分布特征；SEC泵腔積氣過程的可視化；可模擬SEC泵備用狀態(tài)下海潮漲落特征；可模擬排氣管傾角對(duì)排氣性能的影響。

建立的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由穩(wěn)壓箱、實(shí)驗(yàn)段、相應(yīng)的管線及測(cè)量裝置構(gòu)成（圖5）。穩(wěn)壓箱是內(nèi)徑220 mm的圓柱形容器，有效高度260 mm；實(shí)驗(yàn)段是透明容器，容積1.5 L，其上部設(shè)析氣監(jiān)測(cè)段（ab），用來檢測(cè)析氣空間的狀態(tài)；排氣管（bcde）為內(nèi)徑6 mm的透明PVC管。在實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下，實(shí)驗(yàn)段析出的氣體容積與穩(wěn)壓箱的容積相比很小，氣體析出現(xiàn)象所導(dǎo)致穩(wěn)壓箱的液位變化可以忽略，因此該穩(wěn)壓箱用來模擬海面水位是合適的。實(shí)驗(yàn)段上部的析氣監(jiān)測(cè)段，用來模擬SEC泵的泵腔；實(shí)驗(yàn)段析氣監(jiān)測(cè)段的下部，用來模擬與SEC泵腔有連接管系中的局部海水區(qū)域。實(shí)驗(yàn)段的初始注入的低溫海水，被環(huán)境加熱。實(shí)驗(yàn)段設(shè)有水溫檢測(cè)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)段析出的氣體，在實(shí)驗(yàn)段容器的頂部檢測(cè)段聚集（析氣監(jiān)測(cè)段內(nèi)徑20 mm），積氣的容積可由析氣監(jiān)測(cè)段檢測(cè)；排氣管模擬SEC泵的排氣管道，cd段的傾斜度可調(diào)，排氣立管上設(shè)有液位檢測(cè)。

圖5 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖Fig.5 Flow chart of experimental system

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)用海水：在冬季，實(shí)驗(yàn)用海水直接從核電廠附近大海中提取。

實(shí)驗(yàn)時(shí)，開啟實(shí)驗(yàn)段排空閥、穩(wěn)壓箱排水閥，分別將實(shí)驗(yàn)段、穩(wěn)壓箱排空后關(guān)閉閥門。將低溫海水注入穩(wěn)壓箱，低溫海水逐漸注入實(shí)驗(yàn)段及排氣管，注水階段完成后，實(shí)驗(yàn)段為水實(shí)體，穩(wěn)壓箱、排氣管液位穩(wěn)定在某一高度。室溫維持在恒定狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)段中的初始低溫海水受環(huán)境加熱而升溫。實(shí)驗(yàn)過程中，間隔測(cè)量室溫、實(shí)驗(yàn)段海水溫度、析氣監(jiān)測(cè)段氣腔高度、排氣立管液位。

海潮漲落影響下的氣腔演化特征實(shí)驗(yàn)，是在析氣過程達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，打開穩(wěn)壓箱的補(bǔ)水閥，給穩(wěn)壓箱補(bǔ)水以改變其液位，模擬海水漲潮過程；同樣，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，打開穩(wěn)壓箱的排水閥，以降低其液位，模擬海水落潮過程。

以c為原點(diǎn)，通過調(diào)節(jié)cd段管道與水平線之間的夾角，模擬排氣管傾角對(duì)排氣過程氣液兩相流動(dòng)的影響。

2.3 結(jié)果與討論

2.3.1 氣體析出過程中的主要特征

圖6 顯示了實(shí)驗(yàn)段容器中的低溫海水，在環(huán)境加熱下其溫度升高過程中主要監(jiān)測(cè)參數(shù)隨時(shí)間變化的曲線。實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度23℃，海水初始溫度8.2℃。由圖可見，實(shí)驗(yàn)段海水溫度在經(jīng)歷一個(gè)階段的上升和環(huán)境溫度達(dá)到平衡后趨于穩(wěn)定。從監(jiān)測(cè)段氣腔體積的變化特征來看，實(shí)驗(yàn)段容器中海水受熱氣體析出過程包括三個(gè)階段：起始段的緩慢析出階段、快速析出階段和平衡段。排氣立管中相對(duì)水位的變化趨勢(shì)和監(jiān)測(cè)段氣腔體積的演化趨勢(shì)呈現(xiàn)一致。

圖6 主要監(jiān)測(cè)參數(shù)隨時(shí)間變化曲線（室溫：23℃；海水初始溫度8.2℃）Fig.6 Curve of main detection parameterswith time（ambient temperature,23℃;initial temperatureof seawater,8.2℃）

氣體在水中的溶解，存在以下兩種機(jī)理［6］：（1）氣體間隙填充溶解機(jī)理。該機(jī)理認(rèn)為水中分子之間存在間隙，氣體分子則填充于間隙；間隙中的氣體可以采用氣體狀態(tài)方程描述。（2）氣體水合作用溶解機(jī)理。認(rèn)為氣體和水分子之間存在水合作用。在一定溫度和壓力條件下，氣體和水分子形成水合物，存在下述平衡：。海水中的氣體溶解度，就是由上述兩種溶解機(jī)理共同決定的。當(dāng)海水溫度提高而壓力維持穩(wěn)定時(shí)，這兩種溶解機(jī)理都存在氣體的溶解度降低的效應(yīng)，導(dǎo)致海水中溶解氣體的析出。

在實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，監(jiān)測(cè)段沒有氣體；排氣立管中的水位和穩(wěn)壓箱中液位在同一水平面，將其標(biāo)記為排氣立管液位原點(diǎn)。

從實(shí)驗(yàn)段析出的氣體，會(huì)逐漸在析氣監(jiān)測(cè)段聚集而形成積氣。積氣的出現(xiàn)導(dǎo)致局部壓力抬升，引發(fā)流體壓力場(chǎng)的失穩(wěn)，積氣段上、下部分的海水出現(xiàn)調(diào)整性運(yùn)動(dòng)。積氣段上部的海水向排氣立管方向流動(dòng)，使得排氣立管中相對(duì)水位上升；積氣段下部的海水，沿實(shí)驗(yàn)段與穩(wěn)壓箱之間的連接管，向穩(wěn)壓箱方向流動(dòng)。但是由于這部分流量比較小，不足以使穩(wěn)壓箱水位發(fā)生明顯的改變。當(dāng)實(shí)驗(yàn)段海水溫度和環(huán)境溫度達(dá)到平衡，析氣達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡，排氣立管中相對(duì)水位便保持穩(wěn)定。

在實(shí)驗(yàn)達(dá)到平衡穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，觀察到排氣立管中水位的相對(duì)上升高度，和析氣監(jiān)測(cè)段中氣體的高度是基本一致的。這一實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，宏觀上構(gòu)成一個(gè)U形管。在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，氣腔高度和排氣立管中水位的相對(duì)上升高度接近時(shí)，才能維持U形管兩側(cè)液體的靜力平衡?；诖?，可以分析氣腔高度可能達(dá)到的極限。在氣體析出過程，實(shí)際上在cd段，氣體在不斷擠壓其中的液體向右側(cè)運(yùn)動(dòng)，只有當(dāng)氣體把cd段的原有液體全部擠出后，氣體的排放通道才會(huì)打通。因此，排氣立管中水位的相對(duì)最大上升高度，應(yīng)該基本接近與cd段的長(zhǎng)度（cde管段的內(nèi)徑相同）。平衡穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，析氣監(jiān)測(cè)段中氣體的高度，即氣腔高度，可能達(dá)到的極限和cd段的長(zhǎng)度接近。由此我們可以推斷，在實(shí)際機(jī)組上，如果SEC泵排氣管線內(nèi)徑一致，排氣管線中液面高度以下的所有近水平段（或下傾段）管線長(zhǎng)度之和，是在析氣穩(wěn)定狀態(tài)下，泵腔區(qū)域所形成的氣腔高度的極限值。

2.3.2 海潮漲落影響下的氣腔演化特征

圖7顯示了模擬漲潮過程中主要參數(shù)的變化。從圖可以看到，隨著穩(wěn)壓箱相對(duì)水位的上升，監(jiān)測(cè)段氣腔體積有所下降，但變化幅度不很大；而排氣立管中相對(duì)水位的變化很明顯。

圖7 模擬漲潮過程的參數(shù)變化Fig.7 Parameter variation of simulated rising tideprocess

隨著穩(wěn)壓箱水位的上升，壓力波通過連接管道傳導(dǎo)至析氣監(jiān)測(cè)段的氣腔，引起氣腔壓力的震蕩式提高。氣腔壓力的升高，產(chǎn)生兩方面的效應(yīng)：其一，根據(jù)氣體狀態(tài)方程，氣腔的體積會(huì)出現(xiàn)收縮趨勢(shì)；其二，氣腔壓力的改變，打破了氣腔與上部流體之間界面的壓力平衡，導(dǎo)致氣腔向上游的擴(kuò)張趨勢(shì)并推動(dòng)流體在排氣管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。這一動(dòng)態(tài)過程一直持續(xù)到新的平衡的建立。隨著穩(wěn)壓箱水位的繼續(xù)上升，可觀察到氣體呈彈狀，開始沿cd管向垂直排氣管方向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)彈狀氣體從水平段進(jìn)入垂直排氣管后，引起排氣立管中相對(duì)水位的迅速上升，直至氣體排出液面而出現(xiàn)液面的塌陷收縮。

圖8是模擬落潮過程的參數(shù)變化。從圖中可以看到，隨著穩(wěn)壓箱相對(duì)水位的下降，監(jiān)測(cè)段氣腔體積基本維持不變，而排氣立管中相對(duì)水位明顯下降。穩(wěn)壓箱液位的下降，引起氣腔壓力的震蕩式下跌，氣腔下部液位出現(xiàn)回落的趨勢(shì)；氣腔與上部液體交界面壓力不再平衡，導(dǎo)致液體由排氣管道向氣腔區(qū)域的逆向流動(dòng)而進(jìn)入氣腔，使得氣腔下部液位回落的趨勢(shì)得到補(bǔ)償，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)段氣腔底部位置未發(fā)現(xiàn)明顯改變。隨著穩(wěn)壓箱液位的持續(xù)下降，cd管道的左端出現(xiàn)氣體空間，并向與液體運(yùn)動(dòng)相反方向緩慢移動(dòng)，直至彈狀氣團(tuán)離開cd末端進(jìn)入垂直排氣管段而排掉。

圖8 模擬落潮過程的參數(shù)變化Fig.8 Parameter variation of simulated falling tideprocess

以上分析可見，海潮的漲落，均有助于積氣的排放。

2.3.3 不同傾角下排氣管中氣液兩相流特征

國(guó)內(nèi)外對(duì)傾斜管道中氣液兩相流的研究，文獻(xiàn)報(bào)道很少，而且主要是針對(duì)強(qiáng)迫流動(dòng)，如馬俊等人開展的研究［7］。本文涉及的傾斜管道中氣液兩相流，屬于存在氣液兩相的自然流動(dòng)現(xiàn)象。圖9顯示了排氣管傾角對(duì)氣液兩相流影響。在模擬排氣管傾角對(duì)排氣過程影響之前，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要狀態(tài)如下：cd段管道與水平夾角α=0°，監(jiān)測(cè)段氣腔體積6 ml，cd段管道入口氣體段長(zhǎng)度45 mm，氣相處于靜平衡狀態(tài)，排氣立管中水位保持穩(wěn)定并作為隨后實(shí)驗(yàn)中排氣立管中水位監(jiān)測(cè)原點(diǎn)。調(diào)節(jié)α=10°進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)cd段管道中氣體呈彈狀，占據(jù)管道的截面上部，向出口方向緩慢運(yùn)動(dòng)。這是因?yàn)殡S著管道傾角的增大，氣相浮力在管道方向的分力fs克服了氣塊的移動(dòng)阻力（液相剪切力τ1及管壁剪切力τW，如圖10）。氣塊進(jìn)入立管后，占據(jù)了立管入口的整個(gè)管道截面，在迅速增加的運(yùn)動(dòng)方向的浮力作用下，氣塊移動(dòng)速度加快，推動(dòng)立管水位上升，當(dāng)氣塊排出立管后，立管水位迅速坍塌，液位下降。調(diào)節(jié)α=15°進(jìn)行觀察，情況與α=10°基本一致。當(dāng)調(diào)節(jié)α=20°時(shí)，發(fā)現(xiàn)cd段管道中的彈狀氣塊被拉長(zhǎng)，移動(dòng)速度加快，進(jìn)入立管后迅速排出。

圖9 排氣管CD段傾角對(duì)氣液兩相流影響的特征示意圖（a）0°；（b）10°；（c）20°Fig.9 Characteristic diagram of influenceof exhaust pipe（CD）inclination angel on gas liquid two phase flow:（a）0°；（b）10°；（c）20°

圖10 傾斜排氣管中彈狀氣流示意圖Fig.10 Schematic diagram of slug flow in inclined exhaust pipe

3 SEC泵在現(xiàn)場(chǎng)備用狀態(tài)下海水析氣特征、氣腔形成機(jī)理及改造方案

從上述理論研究和實(shí)驗(yàn)分析中可以看到，初始狀態(tài)下，低的海水溫度、高的環(huán)境溫度、相對(duì)較長(zhǎng)的析出過程持續(xù)時(shí)間以及海水容量的增加，均有利于該過程中更多氣體的析出。

圖11是該重要廠用水泵總裝圖。重要廠用水系統(tǒng)的SEC泵被置于重要廠用水系統(tǒng)的泵坑。由泵坑的采暖和通風(fēng)系統(tǒng)，將泵坑的溫度維持在設(shè)計(jì)溫度（5-40℃）。

圖11 重要廠用水泵總裝圖Fig.11 General assembly drawing of essential service water pump

在冬季，該核電廠海水取水口海水溫度很低，歷史最低海表溫度達(dá)-2.5℃。電廠的備用泵一般至少處于1周左右的備用狀態(tài)，海水中溶解氣體的析出時(shí)間很充分。泵殼區(qū)域以及下部的入口管線，所賦存的海水量很可觀（見圖中虛線區(qū)域）。

這些條件，使得在冬季SEC泵較長(zhǎng)的備用期間，可以析出大量的溶解氣體。

對(duì)改造前重要廠用SEC泵排氣管道分析發(fā)現(xiàn)，在平均海平面設(shè)計(jì)水位以下，有幾個(gè)排氣管段是近水平布置的。實(shí)驗(yàn)研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這些近水平布置的管道的存在，不利于積氣的排放。

綜合模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果及分析發(fā)現(xiàn)，SEC泵布置及運(yùn)行切換特征等條件，使得冬季在SEC泵備用期間產(chǎn)生大量析氣，而排氣系統(tǒng)的布局設(shè)計(jì)所存在的缺陷，導(dǎo)致析氣無法及時(shí)順暢的排放，從而在泵腔葉輪區(qū)域形成很大的氣腔。

要解決泵腔葉輪區(qū)域形成的積氣問題，在理論上有兩個(gè)途徑，其一，抑制泵腔區(qū)域海水析氣現(xiàn)象；其二，改造現(xiàn)有排氣管道系統(tǒng)，使海水析氣能及時(shí)排掉，避免積氣的發(fā)生。但從上述研究來看，第一個(gè)技術(shù)路徑是不現(xiàn)實(shí)的，而第二個(gè)技術(shù)路徑，是比較可行的方法，也不存在核安全風(fēng)險(xiǎn)。

基于此，提出了通過對(duì)排氣管道布局進(jìn)行改造，以解決問題的方案（圖12）。該方案，將排氣管道系統(tǒng)中幾個(gè)近水平布置的排氣管道部分，改成垂直布置或高傾角上揚(yáng)布置。該核電廠組織合作單位，對(duì)在運(yùn)的四臺(tái)機(jī)組完成了工程改造。機(jī)組運(yùn)行表明，SEC泵冬季備用期間泵腔積氣無法啟動(dòng)的重大技術(shù)問題，得到了徹底解決，確保了核島最終熱阱的可靠性。

圖12 改造后SEC泵排氣系統(tǒng)局部管道安裝圖Fig.12 Local pipelineinstallation drawing of exhaust system after transformation

4 結(jié)論

（1）環(huán)境溫度、海水的初始溫度對(duì)海水中溶解氧總析出速率和氧氣析出總量影響較大、鹽度對(duì)海水中溶解氧總析出速率影響較?。?/p>

（2）SEC泵的泵腔積氣形成過程具有明顯的階段性特征；

（3）在某核電廠重要廠用海水系統(tǒng)的布置方式下，SEC泵區(qū)域海水的賦存量、SEC泵運(yùn)行狀態(tài)切換周期及運(yùn)行環(huán)境等因素，均有利于冬季SEC泵備用期間海水溶解氣體的大量析出；

（4）海潮的漲落，均有助于積氣的排放；

（5）排氣管傾角對(duì)氣液兩相流動(dòng)特征有顯著影響，該排氣系統(tǒng)存在的設(shè)計(jì)缺陷，導(dǎo)致海水析出氣體在泵腔區(qū)域的積聚而形成體積可觀的氣腔。

（6）提出的排氣系統(tǒng)改造方案并在4臺(tái)機(jī)組上應(yīng)用，成功解決了該核電廠冬季備用期間SEC泵積氣無法啟動(dòng)而可能喪失核島熱阱的風(fēng)險(xiǎn)。