張文君，陳光毅，蒲江

（1.中廣核研究院有限公司，廣東 深圳518026；2.大亞灣核電運(yùn)營(yíng)管理有限責(zé)任公司，廣東 深圳518120）

1 引言

安全殼內(nèi)配置一定數(shù)量的消氫裝置，可以有效地清除或緩和[1]在嚴(yán)重事故下氫氣的爆燃和爆炸對(duì)安全殼完整性的威脅。而設(shè)置非能動(dòng)氫復(fù)合器（Passive Autocatalytic Recombiner，PAR）則是國(guó)際上公認(rèn)的減少氫氣風(fēng)險(xiǎn)的有效措施之一。

目前，國(guó)內(nèi)外新建核電廠在設(shè)計(jì)和建設(shè)階段普遍已配置了PAR，以提高核電廠安全性。而法國(guó)CPY堆型、大亞灣、嶺澳一期等建設(shè)時(shí)間較早的核電廠，由于當(dāng)時(shí)對(duì)安全殼內(nèi)氫氣行為研究不夠深入，沒(méi)有成熟的消氫方案?？紤]到嚴(yán)重事故時(shí)安全殼內(nèi)氫氣積聚風(fēng)險(xiǎn)，有必要在安全殼廠房?jī)?nèi)安裝可靠的PAR，用于消除超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故下安全殼內(nèi)的氫氣。因此，本文將針對(duì)運(yùn)行核電廠PAR安裝過(guò)程進(jìn)行分析，對(duì)PAR的安裝風(fēng)險(xiǎn)提出了優(yōu)化的技術(shù)方案。

2 PAR安裝設(shè)計(jì)過(guò)程

2.1 PAR運(yùn)行原理

PAR是以催化板為核心部件的非能動(dòng)安全設(shè)備，該設(shè)備設(shè)計(jì)為矩形箱體結(jié)構(gòu)，箱體內(nèi)形成一個(gè)垂直的氣流通道，通道底部區(qū)域安裝有催化板。當(dāng)安全殼內(nèi)的氫氣濃度達(dá)到啟動(dòng)閾值后，含有氫氣的混合氣體從PAR下端入口進(jìn)入，在催化板表面氫氣被氧化并放出化學(xué)反應(yīng)熱，使混合氣體溫度升高，進(jìn)而減小密度，氣流上升從設(shè)備上部氣流出口排出，從而實(shí)現(xiàn)消氫功能。

2.2 PAR布置方案設(shè)計(jì)

為確保非能動(dòng)氫氣復(fù)合器的消氫效能，應(yīng)將非能動(dòng)氫氣復(fù)合器安裝在安全殼內(nèi)超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故工況下可能出現(xiàn)最大范圍氫氣體積份額的空間；核電廠目前普遍采用MAAP程序或TONUS程序[2]分析安全殼在超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故工況下可能出現(xiàn)氫氣的空間。

2.3 PAR安裝方案設(shè)計(jì)

PAR布置設(shè)計(jì)完成后將進(jìn)行安裝，PAR安裝方案與其在安全殼布置位置及型號(hào)相關(guān)；參考國(guó)內(nèi)核電廠PAR[3]型號(hào)，該P(yáng)AR有大小2種型號(hào)，分別是XQ-FN/50型和XQ-FN/30型，2種型號(hào)PAR設(shè)計(jì)了3種安裝方案，以適應(yīng)不同安裝環(huán)境，如表1所示。

表1 PAR 3種安裝方案

3種安裝方案優(yōu)缺點(diǎn)明顯：首先，立式安裝，該安裝方案過(guò)程簡(jiǎn)單，安裝周期短；其次，壁掛安裝，相對(duì)于立式安裝具有一定高空風(fēng)險(xiǎn)，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況搭設(shè)腳手架；最后，鉸接安裝，安裝環(huán)節(jié)復(fù)雜，需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況搭設(shè)腳手架或添加鋼梁進(jìn)行施工。

3種安裝方案均能夠滿足建設(shè)階段核電廠的PAR安裝需求，但是無(wú)法滿足運(yùn)行核電廠安裝要求。因此，需要將PAR安裝方案優(yōu)化，以消除或減少PAR安裝風(fēng)險(xiǎn)。

3 PAR安裝方案優(yōu)化

運(yùn)行核電廠的PAR安裝過(guò)程可能涉及輻射、干涉、高空3種風(fēng)險(xiǎn)。

3.1 輻射風(fēng)險(xiǎn)

3.1.1 安裝輻射風(fēng)險(xiǎn)分析

輻射風(fēng)險(xiǎn)的存在主要是由于PAR功能特性和布置空間需求。PAR需布置于核電廠的蒸汽發(fā)生器、穩(wěn)壓器等易產(chǎn)生氫氣的輻射房間，如PAR安裝方案不合理，會(huì)使安裝人員的承受較高輻射劑量。

例如，安全殼+4.65m標(biāo)高2號(hào)蒸發(fā)器隔間，依據(jù)原設(shè)計(jì)2號(hào)蒸發(fā)器隔間位置安裝的PAR型號(hào)與1號(hào)、3號(hào)蒸汽發(fā)生器隔間相同，均為XQ-FN/50型；但由于通往該隔間的運(yùn)輸通道已布置了余熱排出系統(tǒng)閥門平臺(tái)；該平臺(tái)占用了運(yùn)輸通道，其運(yùn)輸通道的最大尺寸約1 000mm，而XQ-FN/50型PAR長(zhǎng)度大于1 000mm，運(yùn)輸難度大。同時(shí)該隔間輻射水平高；如仍按原方案安裝PAR，設(shè)備安裝時(shí)間過(guò)長(zhǎng)同時(shí)也會(huì)使人員承受較高的輻射風(fēng)險(xiǎn)。

3.1.2 輻射風(fēng)險(xiǎn)安裝方案優(yōu)化

針對(duì)該輻射風(fēng)險(xiǎn)，需優(yōu)化原安裝方案，在不影響PAR消氫性能的條件下，盡量減少安裝人員在高輻射區(qū)域的工作時(shí)間，因此，提出如下優(yōu)化安裝方案：保持PAR安裝位置不變的情況下，將1臺(tái)XQ-FN/50型PAR變更為2臺(tái)XQ-FN/30型。PAR是以催化板為核心部件的設(shè)備，其消氫性能主要是受催化板數(shù)量及間距影響[4]；而1臺(tái)XQ-FN/50型PAR的催化板數(shù)量及間距與2臺(tái)XQ-FN/30型相同。

因此，可判斷1臺(tái)XQ-FN/50型的PAR消氫性能約等于2臺(tái)XQ-FN/30型PAR，因此，在保持PAR安裝位置不變的情況下，將1臺(tái)PAR變更為2臺(tái)XQ-FN/30型，即可滿足該隔間的消氫性能要求；同時(shí)XQ-FN/30型PAR尺寸更小，可快速通過(guò)高輻射隔間。

3.2 干涉風(fēng)險(xiǎn)

3.2.1 干涉風(fēng)險(xiǎn)安裝分析

干涉風(fēng)險(xiǎn)主要來(lái)源于PAR安裝空間限制。PAR需要有充足的安裝及布置空間，而核電廠的穩(wěn)壓器卸壓箱、反應(yīng)堆冷卻劑泵等房間狹小，無(wú)法正常進(jìn)行安裝，需要將PAR安裝于墻面、橫梁或懸空的區(qū)域，從而使得PAR易出現(xiàn)干涉風(fēng)險(xiǎn)。

如安全殼+16.50m標(biāo)高反應(yīng)堆冷卻劑泵隔間的PAR安裝過(guò)程，PAR安裝的橫梁基礎(chǔ)上方安裝有消防系統(tǒng)。因此，PAR安裝需考慮與上方消防系統(tǒng)干涉問(wèn)題。工程建設(shè)階段的核電廠已經(jīng)考慮了PAR及消防系統(tǒng)的干涉問(wèn)題，所以在工程建設(shè)期，先進(jìn)行安裝PAR，再安裝消防系統(tǒng)；而運(yùn)行核電廠的消防系統(tǒng)早已安裝完成，同時(shí)也并未考慮PAR的安裝空間需求，如果仍按原方案安裝，將會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的干涉問(wèn)題。

3.2.2 干涉風(fēng)險(xiǎn)安裝方案優(yōu)化

針對(duì)該干涉風(fēng)險(xiǎn)，需優(yōu)化原安裝方案，在不改變反應(yīng)堆冷卻劑泵隔間消防系統(tǒng)及PAR安裝位置的條件下，實(shí)現(xiàn)PAR的無(wú)干涉安裝，且安裝時(shí)間不增加。

PAR的原安裝方案為立式支撐安裝，考慮到干涉空間為上部空間，可以將立式支撐高度降低，以懸挑梁固定的方式解決PAR與消防系統(tǒng)干涉空間的問(wèn)題，詳細(xì)優(yōu)化方案如圖1所示。

圖1 PAR懸挑梁安裝方案

3.3 高空風(fēng)險(xiǎn)

3.3.1 高空風(fēng)險(xiǎn)分析

高空風(fēng)險(xiǎn)主要來(lái)源于PAR布置空間的需求，由于氫氣密度小，并具有向上流動(dòng)特性，因此，PAR需布置在一些高空區(qū)域，以便更好地實(shí)現(xiàn)其消氫功能特性。

運(yùn)行核電廠的PAR安裝基本都在大修期間完成，因此，PAR安裝工期受到大修進(jìn)度影響。安全殼+34.0m反應(yīng)堆環(huán)形鋼平臺(tái)PAR與最近的地面落差約14m，其搭設(shè)腳手架的工程量大、周期長(zhǎng)，不符合大修進(jìn)度要求；同時(shí)腳手架搭設(shè)工作也會(huì)損耗大量的人力及物力；即使不采用腳手架搭設(shè)安裝方案，安裝人員在14m落差的高空區(qū)域進(jìn)行工作風(fēng)險(xiǎn)極高。

3.3.2 高空風(fēng)險(xiǎn)安裝方案優(yōu)化

針對(duì)該高空風(fēng)險(xiǎn)，需優(yōu)化安裝方案，在不改變PAR安裝位置的條件下，實(shí)現(xiàn)安全殼+34.0m反應(yīng)堆環(huán)形鋼平臺(tái)PAR安裝。

安全殼+34.0m反應(yīng)堆環(huán)形鋼平臺(tái)PAR的安裝問(wèn)題主要集中于固定基礎(chǔ)的問(wèn)題，如不采用鋼梁或鋼平臺(tái)作為基礎(chǔ)支撐，就可同時(shí)解決PAR安裝風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。因此，考慮+34.0m標(biāo)高其他已有固定基礎(chǔ)，而環(huán)吊牛腿是最佳的固定基礎(chǔ)點(diǎn)；針對(duì)該固定基礎(chǔ)點(diǎn)設(shè)計(jì)一種懸臂梁支撐安裝方案[5]。

4 安裝方案的實(shí)施效果分析

4.1 輻射風(fēng)險(xiǎn)實(shí)施效果

安全殼+4.65m標(biāo)高的2號(hào)蒸發(fā)器隔間的XQ-FN/50型PAR變更為2臺(tái)XQ-FN/30型，2號(hào)蒸發(fā)器隔間消氫性能不發(fā)生變化；同時(shí)由于XQ-FN/30型PAR通過(guò)余熱排出系統(tǒng)閥門操作平臺(tái)的運(yùn)輸時(shí)間更短，可顯著縮短安裝人員的工作時(shí)間，減少輻射劑量。

4.2 干涉風(fēng)險(xiǎn)實(shí)施效果

反應(yīng)堆冷卻劑泵隔間+16.50m PAR以懸挑梁安裝方案實(shí)施后，能夠避免PAR與上方消防系統(tǒng)的干涉，同時(shí)+16.50m標(biāo)高的橫梁基礎(chǔ)外部與下部的房間空間相連通，使得懸挑梁上的PAR與地面的距離大于500mm，有足夠氣體流動(dòng)空間，可保證PAR的正常運(yùn)行。

4.3 高空風(fēng)險(xiǎn)實(shí)施效果

安全殼+34.0m反應(yīng)堆環(huán)形鋼平臺(tái)PAR以懸臂梁安裝方案實(shí)施后，能有效避免腳手架搭設(shè)及高空作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)由于+34.0m安全殼鋼平臺(tái)為格柵結(jié)構(gòu)，與下部空間連通，使得PAR底部有足夠的氣體流動(dòng)空間，不影響PAR的消氫性能。

5 結(jié)語(yǔ)

本文詳細(xì)介紹了PAR運(yùn)行原理、布置準(zhǔn)則、安裝方案等內(nèi)容，并對(duì)運(yùn)行核電廠輻射、干涉、高空風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境下進(jìn)行PAR安裝的優(yōu)化方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

大亞灣和嶺澳一期核電廠針對(duì)PAR的優(yōu)化安裝方案進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施，以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施的經(jīng)驗(yàn)表明，優(yōu)化后的安裝方案不僅能滿足運(yùn)行核電廠PAR設(shè)計(jì)及功能的要求，同時(shí)也可有效避免安裝過(guò)程中遇到的輻射、干涉、高空等風(fēng)險(xiǎn)因素。

大亞灣和嶺澳一期核電廠PAR改造設(shè)計(jì)及實(shí)施工作的順利完成，為其他涉及大量設(shè)備安裝方案的優(yōu)化提供了良好的借鑒經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也可直接用于其他運(yùn)行電廠的PAR安裝工作。