李敏華

（中核集團三門核電有限公司，浙江臺州 317112）

1 VES 空氣露點溫度概述

AP1000 應急可居留系統(tǒng)（Main Control Room Emergency Habitability System，VES）設計上能自動啟動和非能動運行，不依靠廠內(nèi)和廠外交流電源、操縱員的動作或能動部件，能為主控室人員提供72 h 的可供呼吸的空氣。VES 系統(tǒng)設計上有4 個壓空儲罐模塊，總容積約41.8 m3，每個模塊包括8 只單獨的儲氣罐，每個模塊的8 只儲氣罐與一根直管相連，4 個模塊支管連接到一條公共的供氣母管上，從公共供氣母管供氣到主控室（圖1），VES 儲氣罐的正常壓縮空氣補充由CAS 高能壓空機提供。

圖1 AP1000 應急可居留系統(tǒng)

根據(jù)技術規(guī)格書要求，在模式功率運行、啟動、熱備用、安全停堆模式下和受輻照燃料組件操作期間，VES 系統(tǒng)要求可運行，這其中包括儲氣罐露點溫度滿足要求（露點溫度監(jiān)督試驗至少每92 d 執(zhí)行一次），否則在VES 系統(tǒng)觸發(fā)后，由于空氣相對濕度高，在經(jīng)過系統(tǒng)減壓閥后可能使設備結冰，導致流道堵塞，VES 無法為主控室人員提供可供呼吸的空氣，主控室人員可居留性無法得到保證，技術規(guī)格書規(guī)定，如若出現(xiàn)VES 儲氣罐空氣露點溫度不合格問題，需要在6 h 內(nèi)降至模式3.36 h 內(nèi)降至模式5。

2 影響VES 儲氣罐內(nèi)空氣露點溫度的因素

2.1 VES 儲氣罐內(nèi)有液態(tài)水

根據(jù)調試經(jīng)驗，建筑安裝期間VES 儲氣罐防異物控制做得不好，正常敞開對空，無有效防護或者保養(yǎng)，特別是夏天，環(huán)境空氣相對濕度高，極易在VES 儲氣罐內(nèi)部出現(xiàn)凝結水；另外建筑安裝期間進行的VES 儲氣罐壓力試驗，加壓的空氣幾乎沒經(jīng)除濕就進入到儲氣罐內(nèi)，在壓力試驗時，可能有水析出，導致VES儲氣罐內(nèi)積水。VES 儲氣罐是相對封閉的罐體，本體無低點疏水閥，每個儲氣罐有兩個接口：一個是0.95 cm 直徑的充氣/排氣管道，通過卡套與儲氣罐本體連接；另一個是儲氣罐末端直徑長約10 cm 的堵頭，一旦水在儲氣罐內(nèi)積聚較難被發(fā)現(xiàn)同時也很難清理干凈。另外儲氣罐材料為碳鋼，水在儲氣罐內(nèi)積聚久了，儲氣罐內(nèi)壁腐蝕，水更加難清理。VES 儲氣罐內(nèi)存在液態(tài)水，水分子緩慢交換進入到罐內(nèi)含水量極少的空氣中，導致空氣露點溫度上升。

2.2 高能壓空機供給空氣質量

如果高能壓空過濾器失效或者運行異常，充入VES 儲氣罐的空氣露點溫度不滿足要求會導致VES 儲氣罐內(nèi)露點溫度上升。

2.3 VES 儲氣罐壓力邊界設備檢修導致環(huán)境空氣進入

VES 儲氣罐壓力邊界設備故障，儲氣罐排氣至常壓進行設備的檢修，檢修過程中可能存在環(huán)境空氣進入VES 儲氣罐，影響儲氣罐內(nèi)空氣露點溫度。

3 VES 儲氣罐內(nèi)露點溫度計算及分析

根據(jù)VES 系統(tǒng)設計要求：在23.44 MPa 壓力下儲氣罐內(nèi)空氣露點溫度不超過4.4 ℃，對應常壓下的露點溫度要求不超過-53.9 ℃。因為無法直接測量VES 儲氣罐內(nèi)高壓空氣的露點溫度，所以日常使用的為常壓下VES 空氣露點溫度。

3.1 VES 儲氣罐對空后再次充氣過程中露點溫度計算及分析

由于設備檢修VES 儲氣罐對空，假設環(huán)境溫度為20 ℃，儲氣罐內(nèi)是41.8 m3、相對濕度為50%的常壓空氣，經(jīng)查其對應的絕對濕度是8669 mg/m3，則VES 儲氣罐內(nèi)水的質量為8669×41.8=362 364 mg=362.364 g；假設經(jīng)高能壓空機補入9450 m3、露點溫度為-56 ℃的空氣（對應絕對濕度為13.7 mg/m3）將VES儲氣罐布置正常儲氣量，則補入的水的質量為9450×13.7=129 465 mg=129.465 g。補入后VES 儲氣罐絕對濕度為（8669×41.8+8×9450×13.7）/9491.8=51.81 mg/m3，對應露點溫度為-45.25 ℃，不滿足-53.9 ℃的驗收標準。

從上述計算可以看出：

（1）常壓下儲氣罐內(nèi)41.8 m3內(nèi)空氣所含水的質量是補入的9450 m3空氣內(nèi)的水質量3 倍左右，儲氣罐內(nèi)露點溫度不滿足要求主要原因是初始儲氣罐內(nèi)空氣含水量高。

（2）由于VES 儲氣罐進入管和排氣管是同一根管，所以需要多次充排來降低儲氣罐空氣露點溫度。

（3）根據(jù)計算露點溫度為-53.9 ℃的空氣，其絕對濕度為17.9 mg/m3，VES 正常儲氣氣量為9491.8 m3，則對應儲氣罐內(nèi)水質量為170 g，對應170 毫升的水。含水量是非常小的。常壓下測得的露點溫度為-56 ℃，對應的絕對濕度為13.7 mg/m3，此時VES 儲氣罐內(nèi)水質量為130 mg，對應130 mL 的水。從露點溫度-56 ℃升高至-53.9 ℃，只需40 mL 的水進入到VES 儲氣罐空氣中或者有4.6 m3環(huán)境空氣進入到VES 儲氣罐中。假設初始VES 儲氣罐內(nèi)有水，則很有可能由于水的揮發(fā)導致VES 儲氣罐內(nèi)空氣露點溫度不合格。另外系統(tǒng)敞口后空氣進入也很有可能導致VES 儲氣罐內(nèi)空氣露點溫度不合格。

3.2 通過充排方式降低VES 儲氣罐露點溫度

如果充排方案采?。号欧乓话塍w積后再補入露點溫度為-56 ℃的空氣。充排一次完成后，對應VES 儲氣罐絕對濕度為：（51.81+13.7）/2=32.75 mg/m3，對應的露點溫度為-49.06 ℃，露點溫度不滿足驗收標準；繼續(xù)一次充排，充排后對應VES 儲氣罐絕對濕度為：（32.75+13.7）/2=23.2 mg/m3，對應的露點溫度為-51.84 ℃，露點溫度不滿足驗收標準；進行第三次充排，對應VES 儲氣罐內(nèi)絕對濕度為（23.2+13.7）/2=18.46 mg/m3，對應的露點溫度為-53.65℃，露點溫度不滿足驗收標準；進行第四次充排，對應VES 儲氣罐絕對濕度為（18.46+13.7）/2=16.08 mg/m3，對應的露點溫度為-54.7 ℃，露點溫度滿足驗收標準。

由此可以看出，初次給VES 儲氣罐充氣，如果采用對半充排的方案，則至少需要4 次充排，越往后充排1 次VES 儲氣罐露點溫度下降越小。高能壓空機給VES 儲氣罐充氣速度約105 m3/h，排氣速度與充氣速度基本一致，則充排一次需要96 h，充排4 次大概需要連續(xù)充排16 d。

3.3 提高高能壓空供氣質量對VES 儲氣罐露點溫度影響

之前假設的是通過高能壓空機充入露點溫度為-56 ℃的空氣。如果首次充入壓空露點溫度是-62 ℃的空氣（絕對濕度6.1 mg/m3），充滿后對應VES 儲氣罐絕對濕度為（8669×41.8+8×9450×6.1）/9491.8=44.25 mg/m3，對應的露點溫度為-46.58 ℃；以露點溫度為-62 ℃的空氣充排1 次，對應VES 儲氣罐絕對濕度為（44.25+6.1）/2=25.17 mg/m3，對應的露點溫度為-51.19 ℃；充排2 次，對應VES 儲氣罐絕對濕度為（25.17+6.1）/2=15.63 mg/m3，對應的露點溫度為-54.94 ℃。由此看出，提高充氣質量后，充排2 次的VES 儲氣罐露點溫度比之前空氣品質的空氣充排4 次的還要低。提高高能壓空空氣質量后節(jié)省了8 d 工期。

4 控制VES 儲氣罐空氣露點溫度措施

4.1 嚴控建筑安裝階段和調試階段VES 儲氣罐的保養(yǎng)

建筑安裝階段以及調試期間要嚴格遵守設備運行維護保養(yǎng)要求，保證VES 儲氣罐內(nèi)無異常積水和銹蝕。在系統(tǒng)移交生產(chǎn)前，要使用內(nèi)窺鏡到VES 儲氣罐逐一檢查，內(nèi)窺鏡從VES 儲氣罐堵頭處進入，如果發(fā)現(xiàn)有水，使用熱風進行吹掃直至無可視的液態(tài)水。

4.2 精確計算，準備好儲氣罐排空后重新充氣方案

由于儲氣罐取樣口在充氣路徑上，如果充上氣即進行取樣，取到的很可能不是VES 儲氣罐內(nèi)代表的樣品，而是剛從高能壓空機出口的空氣，樣品露點溫度可能合格，但是靜置一段時間后，VES 儲氣罐空氣擴散均勻，此時取樣樣品露點溫度可能會不合格。所以不要被充氣時的取樣結果迷惑，在排空后重新充氣，要精確計算、準備好充排方案，充排后的露點溫度要保持一定裕量。

4.3 提高高能壓空機供氣質量

在使用高能壓空機給VES 儲氣罐充氣時，嚴控高能壓空機出口空氣質量，建議將出口空氣露點溫度控制在-60 ℃以下，具體做法為：高能壓空機給VES 儲氣罐充氣時加強高能壓空機出口空氣露點溫度巡檢，若露點溫度升至-60 ℃，及時更換高能壓空機過濾器，保證其出口空氣露點溫度足夠低。

4.4 避免環(huán)境空氣進入VES 儲氣罐內(nèi)

正常VES 儲氣罐處于高壓狀態(tài)，環(huán)境空氣不可能進入儲氣罐內(nèi)。如果VES 儲氣罐邊界設備因檢修，需排空儲氣罐至常壓，此時要做好工作計劃，系統(tǒng)開口盡量小、開口時間盡量短，在工作結束重新充氣時要考慮充排一次，避免設備檢修時環(huán)境空氣中水分進入到VES 儲氣罐內(nèi)導致露點溫度異常上升。

5 快速提高VES 儲氣罐露點溫度的設計優(yōu)化

目前設計：VES 儲氣罐充氣管線與排氣管線是同一根，所以如若需要提高露點溫度，需要采用排氣后充氣的方式，這種方式耗時長，效率慢，且在規(guī)定模式下若出現(xiàn)VES 儲氣罐空氣露點溫度不合格，依據(jù)技術規(guī)格書在6 h 內(nèi)退防到熱備用狀態(tài)，36 h退防到冷停堆狀態(tài)。按照目前設計，如果出現(xiàn)VES 儲氣罐露點溫度不合格，采用充排方式至少需要24 h 恢復露點溫度?？梢钥紤]對設計進行如下優(yōu)化：儲氣罐充氣口從堵頭處連接，充氣口和排氣口分開且在儲氣罐兩側（圖2）。這樣VES 儲氣罐內(nèi)氣體可以采用吹掃的形式進行換氣，初次充氣也不需要多次充排，直接吹掃即可，大大提高了效率，節(jié)省了時間。如果出現(xiàn)露點溫度不合格的問題也能快速恢復，提高電廠經(jīng)濟。

圖2 儲氣罐入口管道優(yōu)化

6 結束語

介紹控制AP1000 主控室應急可居留系統(tǒng)空氣露點溫度的原因以及溫度限值，分析了可能影響空氣露點溫度的因素，利用科學計算，定性地展示了各因素的影響，給出了控制VES 儲氣罐空氣露點溫度措施。針對目前AP1000 主控室應急可居留系統(tǒng)設計無法快速提高VES 空氣露點溫度的問題，也提出了優(yōu)化方案。