陳煜 李小毛

摘 要：本文結(jié)合山東海陽AP1000核電電廠氣體系統(tǒng)（PGS）調(diào)試過程，對(duì)AP1000 PGS系統(tǒng)設(shè)計(jì)及功能進(jìn)行淺析，進(jìn)而根據(jù)調(diào)試期間發(fā)現(xiàn)的問題對(duì)PGS系統(tǒng)現(xiàn)有設(shè)計(jì)和管理、操作提出相應(yīng)改進(jìn)建議。

關(guān)鍵詞：AP1000；電廠氣體系統(tǒng) ；工作原理

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.136

1 概述

電廠氣體系統(tǒng)（PGS）主要功能是存儲(chǔ)及分配氣體，提供符合標(biāo)準(zhǔn)的氣體供下游用戶使用。PGS系統(tǒng)可根據(jù)氣體類型劃分為氮?dú)庾酉到y(tǒng)、二氧化碳子系統(tǒng)和氫氣子系統(tǒng)，其中氫氣子系統(tǒng)又可細(xì)分為低壓氫氣站、高壓氫氣站及氫氣升壓站。而AP1000電廠氣體系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不同主要體現(xiàn)于氮?dú)庾酉到y(tǒng)和氫氣子系統(tǒng)：

AP1000安注箱采用氮?dú)獬鋲褐?.82MPa，并以氮?dú)鈮毫ψ鳛榘沧Ⅱ?qū)動(dòng)力，因此需要氮?dú)庾酉到y(tǒng)提供5.8MPa的氮?dú)?，并通過減壓閥減壓至相應(yīng)壓力。因此，采用AP1000設(shè)計(jì)的核電廠需設(shè)置氮?dú)馍龎貉b置。

AP1000在一回路加氫方式選擇了直接加注的方式，導(dǎo)致高壓氫氣站使用的氫氣鋼瓶設(shè)計(jì)壓力達(dá)到41.4MPa。鑒于國內(nèi)目前氫氣鋼瓶最高壓力只有20MPa，因此，采用AP1000設(shè)計(jì)的核電廠還需設(shè)置氫氣升壓站，用于對(duì)氫氣進(jìn)行升壓及充裝。

2 功能介紹

2.1 氮?dú)庾酉到y(tǒng)

氮?dú)庾酉到y(tǒng)主要由液氮儲(chǔ)存罐、氣化器、低溫液體泵及相應(yīng)管道、閥門及儀表組成，液氮儲(chǔ)存在容積為12.69m3的絕熱儲(chǔ)存罐內(nèi)，內(nèi)部壓力維持在1.72MPa。其主要功能是通過氣化器使液氮?dú)饣?，然后升壓或減壓為下游用戶提供滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的氮?dú)狻Ｒ虼烁鶕?jù)供氣壓力，可以將氮?dú)庾酉到y(tǒng)劃分成低壓和高壓兩部分。

2.1.1 低壓氮?dú)庾酉到y(tǒng)

液氮從儲(chǔ)存罐流出，通過管道流經(jīng)低壓氣化器，再經(jīng)過水浴式電子加熱器至常溫，再由減壓閥減壓至0.69MPa，供氫氣升壓站、汽輪機(jī)廠房、中央冷凍水系統(tǒng)（VWS）、放射性廢氣系統(tǒng)（WGS）、放射性廢液系統(tǒng)（WLS）及放射性化學(xué)實(shí)驗(yàn)室等用戶使用。

2.1.2 高壓氮?dú)庾酉到y(tǒng)

液氮從儲(chǔ)存罐流出，通過低溫液體泵升壓至16.55MPa，再經(jīng)過高壓氣化器氣化成氮?dú)?，然后充裝至高壓氮?dú)庀鋬?nèi)。當(dāng)下游用戶非能動(dòng)堆芯冷卻系統(tǒng)（PXS）安注箱（ACC）及放射性廢液系統(tǒng)（WLS）反應(yīng)堆冷卻劑疏水箱（RCDT）需要用氣時(shí)，再通過減壓閥減壓至5.8MPa，對(duì)用戶進(jìn)行供氣。

2.2 二氧化碳子系統(tǒng)

二氧化碳子系統(tǒng)主要由液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)存罐、水浴式電子氣化器、風(fēng)冷式制冷機(jī)、干冰制粒機(jī)及相應(yīng)管道、閥門和儀表組成，液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)存在容積為6.32m3的絕熱儲(chǔ)存罐內(nèi)，內(nèi)部壓力通過風(fēng)冷式制冷機(jī)的運(yùn)行維持在1.9～2.3MPa。

液態(tài)二氧化碳從儲(chǔ)存罐流出，通過管道流經(jīng)水浴式電子氣化器加熱至常溫，再經(jīng)過減壓閥減壓至0.69MPa，供發(fā)電機(jī)氫氣和二氧化碳系統(tǒng)（HCS）使用。另一項(xiàng)功能則是通過干冰制粒機(jī)制造干冰，用于電廠去污。

2.3 氫氣子系統(tǒng)

2.3.1 低壓氫氣站

低壓氫氣站主要由氫氣長管拖車及相應(yīng)管道、閥門和儀表組成，氫氣儲(chǔ)存在設(shè)計(jì)壓力為20MPa的長管拖車內(nèi)，等效體積為3900Nm3。低壓氫氣站的主要功能有兩項(xiàng)，其中一項(xiàng)是通過減壓閥減壓至1.31MPa后，為發(fā)電機(jī)氫氣和二氧化碳系統(tǒng)（HCS）、除鹽水輸送與存儲(chǔ)系統(tǒng)（DWS）和冷凝水存儲(chǔ)箱（CST）三個(gè)用戶進(jìn)行供氫；另外一項(xiàng)功能則是直接為氫氣升壓站供氫。

2.3.2 氫氣升壓站

氫氣升壓站主要由氫氣升壓組件、空氣壓縮機(jī)、干燥機(jī)及相應(yīng)管道、閥門和儀表組成，主要功能則是對(duì)氫氣升壓并充裝至高壓氫氣鋼瓶，供高壓氫氣站使用。

氫氣升壓組件采用氣動(dòng)容積泵，將低壓氫氣站提供的低壓氫氣升壓至41.4MPa，然后充裝至高壓氫氣鋼瓶內(nèi)。氫氣升壓泵及氣動(dòng)閥門的驅(qū)動(dòng)氣由空氣壓縮機(jī)壓縮及干燥機(jī)干燥后提供（見圖4）。

2.3.3 高壓氫氣站

高壓氫氣站主要由高壓氫氣鋼瓶及相應(yīng)管道、閥門和儀表組成，其主要功能是通過減壓閥將高壓鋼瓶內(nèi)41.4MPa的高壓氫氣減壓至19.7MPa，然后為化學(xué)與容積控制系統(tǒng)（CVS）一回路直接加氫提供氫氣源。

3 調(diào)試期間發(fā)現(xiàn)的問題及改進(jìn)建議

3.1 供氣管道銹蝕

在海陽核電PGS調(diào)試期間，發(fā)現(xiàn)氮?dú)饧岸趸甲酉到y(tǒng)的局部管道存在積水，管道銹蝕情況嚴(yán)重。而氫氣子系統(tǒng)相關(guān)管道則不存在同樣的問題。經(jīng)分析，造成管道銹蝕情況嚴(yán)重的原因有以下兩個(gè)：

氮?dú)夂投趸甲酉到y(tǒng)從氣體站至下游用戶均為碳鋼管道，而氫氣子系統(tǒng)則是不銹鋼管道；

建安單位對(duì)管道安裝完成后，是采用水壓試驗(yàn)來驗(yàn)證管道，但在水壓試驗(yàn)完成后，并未對(duì)管道進(jìn)行吹掃和干燥。

在西屋原始設(shè)計(jì)中，氮?dú)饧岸趸甲酉到y(tǒng)至下游用戶的管道采用碳鋼設(shè)計(jì)是基于氮?dú)夂投趸季鶠榉茄趸詺怏w，對(duì)管道腐蝕有抑制作用，在正常使用情況下，能保證不會(huì)出現(xiàn)銹蝕情況。但在實(shí)際施工過程中，無法保證系統(tǒng)安裝完成后可以立即移交調(diào)試，同時(shí)建安單位對(duì)管道保養(yǎng)工作難以到位。

因此，基于上述原因及對(duì)系統(tǒng)設(shè)備保護(hù)，建議后續(xù)AP1000項(xiàng)目的PGS氮?dú)饧岸趸甲酉到y(tǒng)至下游用戶的管道采用不銹鋼管道，以避免管道內(nèi)部出現(xiàn)銹蝕情況。同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)建安單位施工質(zhì)量的管理，以避免出現(xiàn)管道積水情況出現(xiàn)。

3.2 低溫液體泵無法自動(dòng)啟停

在海陽核電PGS調(diào)試期間，發(fā)現(xiàn)氮?dú)庾酉到y(tǒng)低溫液體泵無法置于自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。經(jīng)分析，主要原因在于低溫液體泵與液氮儲(chǔ)存罐之間的管道設(shè)計(jì)過長，泵體內(nèi)部容易積聚氣體無法啟動(dòng)，需要人工手動(dòng)對(duì)泵體排氣，導(dǎo)致無法自動(dòng)運(yùn)行。

根據(jù)低溫液體泵使用要求，與罐體之間的管道應(yīng)盡量短且包裹保溫材料，并向下傾斜一定的角度，從而保證即使管道因熱交換導(dǎo)致液氮?dú)饣?，也能在氣液密度差的作用下，氮?dú)饽茼樌亓髦凉摅w內(nèi)，不會(huì)在泵體內(nèi)積聚而導(dǎo)致無法啟動(dòng)。

建議后續(xù)AP1000項(xiàng)目根據(jù)低溫液體泵使用要求對(duì)該段管線設(shè)計(jì)進(jìn)行相應(yīng)修改，以保證泵可以置于自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。

3.3 減壓閥出口壓力無法維持

在海陽核電PGS調(diào)試期間，發(fā)現(xiàn)在下游用戶無用氣需求的情況下，減壓閥下游壓力會(huì)在短時(shí)間內(nèi)上升至與上游一致，從而導(dǎo)致下游管道超出設(shè)計(jì)壓力，存在設(shè)備損壞及管道破裂的風(fēng)險(xiǎn)。

經(jīng)拆解閥門觀察，發(fā)現(xiàn)閥門密封面存在異物，導(dǎo)致閥門無法密封嚴(yán)密。同時(shí)，根據(jù)減壓閥使用要求，在減壓閥前應(yīng)設(shè)置過濾器，保證進(jìn)入減壓閥的流體是潔凈無異物，以避免出現(xiàn)減壓閥無法保壓的情況。

建議后續(xù)AP1000項(xiàng)目在PGS系統(tǒng)所有減壓閥前設(shè)置過濾器，并在氮?dú)夂投趸甲酉到y(tǒng)添加供氣壓力超出設(shè)計(jì)壓力時(shí)切斷供氣總閥的控制邏輯，以保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備和管道。

3.4 氫氣子系統(tǒng)無氮?dú)獯祾吖芫€

在海陽核電PGS調(diào)試期間，發(fā)現(xiàn)低壓氫氣站和高壓氫氣站均無氮?dú)獯祾吖芫€，在使用過程中存在氫氣與空氣直接接觸的可能。但根據(jù)國標(biāo)關(guān)于氫氣站的相關(guān)要求，氫氣管道必須設(shè)置氮?dú)獯祾吖芫€，用于管道充氫和排氫前氮?dú)庵脫Q空氣。

建議后續(xù)AP1000項(xiàng)目在氫氣子系統(tǒng)與氮?dú)庾酉到y(tǒng)間增加相連的管線，用于對(duì)氫氣子系統(tǒng)管道充氫和排氫前氮?dú)庵脫Q。

3.5 供氣管道無氣體純度檢測儀表

在海陽核電PGS調(diào)試期間，發(fā)現(xiàn)PGS系統(tǒng)管道均無氣體純度檢測儀表，且下游用戶系統(tǒng)也無氣體純度檢測儀表，因此無法對(duì)供氣品質(zhì)進(jìn)行監(jiān)控。

建議后續(xù)AP1000項(xiàng)目在PGS系統(tǒng)供氣總閥后增加氣體純度檢測儀表，對(duì)供氣品質(zhì)進(jìn)行監(jiān)控。同時(shí)，在PGS系統(tǒng)下游用戶系統(tǒng)進(jìn)氣總閥前增加氣體純度檢測管儀表，以保證供氣品質(zhì)能滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)束語

本文對(duì)AP1000電廠氣體系統(tǒng)（PGS）設(shè)計(jì)、功能和工作原理進(jìn)行淺析，同時(shí)結(jié)合海陽核電廠PGS系統(tǒng)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，對(duì)電廠氣體系統(tǒng)存在的設(shè)計(jì)不合理項(xiàng)提出改進(jìn)建議。完善的系統(tǒng)設(shè)計(jì)是核電廠安全和穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，應(yīng)在調(diào)試過程中不斷發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，完善設(shè)計(jì)，為后續(xù)AP1000項(xiàng)目順利建設(shè)和安全發(fā)電保駕護(hù)航。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫漢虹.第三代核電技術(shù)AP1000[M].北京：中國電力出版社，2010

[2] GB50177-2005，氫氣站設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

作者簡介：陳煜（1988—），男，助理工程師，主要從事：山東核電有限公司聯(lián)合調(diào)試隊(duì)核島工藝處，主要負(fù)責(zé)PGS、VWS系統(tǒng)調(diào)試及核島聯(lián)合沖洗 。