吳升國 王再根 王建

摘要：從核電廠液體二氧化碳貯罐的結(jié)構(gòu)出發(fā)，分析壓力高的可能原因，提出幾種解決方法并選擇出最優(yōu)處理方式，提高了設(shè)備的可靠性，降低了運(yùn)行人員的工作量。

關(guān)鍵詞：核電廠；二氧化碳；壓力

1背景

核電廠機(jī)組日常運(yùn)行期間，液體二氧化碳貯罐系統(tǒng)頻繁觸發(fā)壓力高報(bào)警，大約7～8個(gè)小時(shí)出現(xiàn)一次，需要運(yùn)行人員手動(dòng)開啟排氣閥進(jìn)行泄壓消除報(bào)警，增加了運(yùn)行人員的工作量。如果在此期間，運(yùn)行人員未及時(shí)對貯罐進(jìn)行泄壓，將導(dǎo)致貯罐壓力繼續(xù)升高安全閥動(dòng)作，如果安全閥未能正常動(dòng)作，甚至導(dǎo)致貯罐超壓損壞。

2液體二氧化碳貯罐的作用

液體二氧化碳貯罐的作用是用于長期貯存液態(tài)二氧化碳，以供大修期間發(fā)電機(jī)需要置換氫氣前用二氧化碳排除空氣或反之充滿空氣時(shí)用二氧化碳排出氫氣，防止氫氣和空氣混合產(chǎn)生爆炸性氣體。

3主要部件和運(yùn)行參數(shù)

液體二氧化碳貯罐設(shè)備的主要部件包括內(nèi)容器、外殼。內(nèi)容器是由一圓柱形筒體與兩橢圓形封頭組成的，主要用來貯存液體二氧化碳。外殼是由一圓柱形筒體與兩蝶形封頭組成的，與內(nèi)容器共同組成一密閉空間，在密閉空間填加絕緣材料珠光砂并抽真空，保證絕熱效果，這樣可以確保低溫持續(xù)的時(shí)間長。該貯罐還設(shè)置有一套增壓系統(tǒng)，當(dāng)液體二氧化碳貯罐用來排放液體或氣體時(shí)，正常操作壓力范圍由增壓系統(tǒng)所設(shè)定的壓力來控制。增壓系統(tǒng)添加到二氧化碳貯罐上，其型號(hào)尺寸由用氣量而定。增壓系統(tǒng)就是讓液體從貯罐底部排出并通過加熱把液體汽化成氣體，然后氣體又回到貯罐的頂部，使得貯罐壓力上升。所有增壓系統(tǒng)都配置有壓力開關(guān)以自動(dòng)控制流入增壓器內(nèi)的液體的流動(dòng)。液體可能截留在兩個(gè)閥門之間的管線內(nèi)，故在管線內(nèi)設(shè)置有安全釋放閥。液體二氧化碳貯罐容積為10m3，設(shè)計(jì)壓力2.32MPa，工作壓力2.0MPa，壓力高報(bào)警值215MPa，工作溫度35℃。

4貯罐壓力升高的原因分析

通過對貯罐結(jié)構(gòu)的分析，可能存在以下幾種情況導(dǎo)致壓力升高：1）貯罐充裝過量；2）貯罐用氣量較小，貯罐本身自蒸發(fā)；3）貯罐增壓系統(tǒng)工作不正常，壓力開關(guān)或調(diào)節(jié)器被調(diào)得太高，或者增壓裝置不能關(guān)閉；4）真空度不足，導(dǎo)致熱量輸入過大；5）貯罐長期不使用，液體二氧化碳吸收外界的熱量蒸發(fā)導(dǎo)致壓力升高。

第一種可能主要在貯罐的充裝過程中產(chǎn)生，如果充裝過量，可以通過排放的方式泄壓，不會(huì)再導(dǎo)致日常運(yùn)行期間壓力升高的可能，可以排除該原因。第二種原因?qū)儆诙趸家后w的正常蒸發(fā)，這種現(xiàn)象導(dǎo)致的壓力升高較慢，需要長期的積累才會(huì)導(dǎo)致貯罐壓力升高，不會(huì)導(dǎo)致壓力高報(bào)警頻繁觸發(fā)，可以排除。如果在正常的真空度下，第五種情況導(dǎo)致壓力上升的情況應(yīng)該也是較為緩慢的，與當(dāng)前壓力高報(bào)警頻繁觸發(fā)情況不符合，也可以排除。

下面重點(diǎn)分析第三種和第四種情況。

增壓系統(tǒng)由一個(gè)加熱器704RE和背壓調(diào)節(jié)閥753VG組成。在貯罐由于用氣導(dǎo)致壓力下降的情況下，當(dāng)壓力低于正常值時(shí)，背壓調(diào)節(jié)閥753VG動(dòng)作，液體二氧化碳經(jīng)過加熱器加熱后汽化使貯罐壓力升高，當(dāng)壓力到達(dá)正常值后753VG關(guān)閉，保證貯罐不會(huì)超壓。如果背壓調(diào)節(jié)閥753VG設(shè)定值調(diào)節(jié)得過高或者存在內(nèi)漏情況導(dǎo)致關(guān)閉不嚴(yán)，會(huì)導(dǎo)致貯罐的液體不斷地進(jìn)入增壓回路加熱氣化，貯罐頂部氣空間壓力逐漸升高超過正常值產(chǎn)生報(bào)警。

為了降低貯罐的吸熱，在貯罐的夾層中除了填加絕緣材料珠光砂之外，還對該夾層進(jìn)行抽真空，以最大程度降低單位時(shí)間貯罐吸收的熱量。該保溫層的真空度正常值≤2Pa，當(dāng)夾層真空超過66.66Pa時(shí)，應(yīng)該啟動(dòng)真空泵對貯罐抽真空到1.33～2Pa。在真空度滿足要求的情況下，貯罐的日蒸發(fā)率≤0035MPa，正常情況下4～5天才會(huì)出現(xiàn)一次壓力高報(bào)警。顯然，夾層的真空如果不滿足要求，貯罐的吸熱量大于其設(shè)計(jì)的值，貯罐的日蒸發(fā)率將比正常值高，導(dǎo)致貯罐壓力上升較快。

5分析處理的策略

根據(jù)上述分析，貯罐壓力高報(bào)警頻發(fā)觸發(fā)的主要原因可能有兩個(gè)原因：增壓系統(tǒng)運(yùn)行異常或者貯罐夾層真空度不足。通過之前的檢修排查，目前已基本排除了增壓系統(tǒng)運(yùn)行異常這種可能，增壓系統(tǒng)的背壓調(diào)節(jié)閥753VG設(shè)定值正確，且在該閥門關(guān)閉的情況下能夠保證閥門的密封性。最終，定位出導(dǎo)致報(bào)警頻發(fā)的原因是真空度不滿足要求，導(dǎo)致貯罐吸熱量大，蒸發(fā)率大于設(shè)計(jì)值。

為了解決貯罐真空度不足吸收熱量大導(dǎo)致壓力升高過快的問題，根據(jù)貯罐的結(jié)構(gòu)情況分析，主要有三個(gè)思路：一個(gè)是將夾層真空度隨時(shí)保持在盡量低的程度；一個(gè)是及時(shí)泄壓，在報(bào)警產(chǎn)生前降低壓力，最后一個(gè)是將吸收的熱量排除掉，不要讓熱量存在在貯罐中導(dǎo)致液體二氧化碳?xì)饣?。為此，考慮了以下幾種方法：1）增加夾層抽真空的頻率，提高絕熱層的真空度，降低貯罐的吸熱量，使得貯罐吸熱導(dǎo)致的壓力升高在設(shè)備的設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)；2）增加貯罐降壓背壓調(diào)節(jié)閥，并將調(diào)節(jié)閥的壓力開關(guān)定值設(shè)定成略小于報(bào)警值，及時(shí)將過多的氣體排放到大氣，避免壓力升高到報(bào)警值導(dǎo)致報(bào)警觸發(fā)；3）增加冷卻系統(tǒng)，吸收貯罐從外界吸收的熱量，并與增壓回路配合，穩(wěn)定貯罐壓力。

由于系統(tǒng)沒有自帶的抽真空系統(tǒng)，如果要保證貯罐夾層的真空符合設(shè)計(jì)值，需要頻繁對系統(tǒng)進(jìn)行抽真空，這種情況下要頻繁協(xié)調(diào)設(shè)備和人員，進(jìn)行工作準(zhǔn)備和安排工作窗口，成本較高，且該方法也只能減少熱量的吸收而無法避免熱量的吸收，只能降低壓力高報(bào)警出現(xiàn)的頻率，最終還是會(huì)出現(xiàn)壓力低報(bào)警，需要人為操作泄壓。第二種方法通過增加一個(gè)背壓閥的方式進(jìn)行自動(dòng)泄壓，此方式只要增加一個(gè)閥門，成本較小，但是每次泄壓會(huì)導(dǎo)致二氧化碳儲(chǔ)量的減少，降低經(jīng)濟(jì)性，并且可能導(dǎo)致窒息氣體不可控外泄，存在人員窒息的安全風(fēng)險(xiǎn)。而如果采用增加冷卻系統(tǒng)的方法，在貯罐內(nèi)設(shè)置冷卻線圈和冷凝機(jī)，定期將貯罐吸收的熱量排除，冷凝貯罐的氣體，可根本解決系統(tǒng)壓力上升的問題，如果吸收熱量過多導(dǎo)致壓力下降，可以通過增壓回路增壓的方式使壓力回升到正常值。

綜上，采用增加冷卻系統(tǒng)的方法是最優(yōu)的解決方法，其與增壓回路配合，可以完美地穩(wěn)定貯罐的壓力。

6結(jié)語

通過對核電廠液體二氧化碳貯罐壓力高報(bào)警的可能原因分析，提出了幾種解決辦法，并從成本、安全以及運(yùn)行維護(hù)方面對幾種方法的優(yōu)劣進(jìn)行分析，選擇出最優(yōu)的處理方案，提高了設(shè)備的可靠運(yùn)行，減少了運(yùn)行人員的日常工作量。