王國鋒

中核核電運行管理有限公司 運行二處 浙江 嘉興 314000

1 前言

硼回收系統(tǒng)是核電廠處理和回收核島可復用廢水的重要系統(tǒng)。TEP除氣裝置作為可復用廢水凈化和處理的主要設備，利用熱力除氣法，去除溶解在一回路排出液中的氫、裂變氣體及其它氣體，能使除氣器入口放射性為1×1013Bq/m3（約250 ci/m3）的氣體的除氣因子達到106。在反應堆換料停堆前，TEP除氣裝置還承擔對一回路冷卻劑除氣，使一回路冷卻劑的氫含量低于2cc/kg的作用。

1.1 TEP除氣器置簡介

M310二代加核電廠，兩個機組各有一套TEP除氣器裝置，每套主要設備包括：1個前置貯存罐，2臺廢液輸送泵，2個除鹽器，2個過濾器，1個除氣器。

除氣器具有下列設計特性：

1) 浸沒管束以防止已除氣液體和SVA加熱蒸汽混合；

2) 填料保證除氣中生成的蒸汽和已處理的廢液充分的接觸；

3) 三塊塔板依次安裝，氣流向上，液流向下。

1.2 除氣裝置的工作流程

需除氣的料液初始溫度在7-50℃之間，經(jīng)再生熱交換器（TEP001EX）加熱到70-95℃后進入除氣器（TEP001DZ），以增加氣體的擴散面積。除氣器下部的料液由輔助蒸汽系統(tǒng)加熱，使其處于飽和狀態(tài)。蒸汽流量受塔頂?shù)膲毫刂啤Ｕ＿\行時，控制這個（絕對）壓力為0.15MPa，此時蒸汽流量＜2.5t/h，除氣器內(nèi)料液溫度為113℃。水蒸氣和不凝結(jié)氣體一起從塔頂進入排氣冷凝器TEP001CS（002CS），冷凝器由冷卻水系統(tǒng)冷卻。凝結(jié)水靠重力流回除氣塔，而不凝結(jié)氣體則斷續(xù)的排往含氫廢氣分系統(tǒng)。經(jīng)除氣后的料液由輸液泵TEP003PO（004PO）經(jīng)TEP001EX（002EX）和TEP001RF（002RF）冷卻到50℃以下，通過三通閥TEP033VP（034VP）送往中間貯存箱。在啟動加熱階段或料液除氣因子不符合要求時，料液可通過TEP033VP（034VP）進行再循環(huán)[1]。

圖1 除氣單元簡圖

2 除氣器運行

2.1 除氣器啟動

2.1.1 啟動前準備及檢查

1) 確認SVA供汽壓力正常，即TEP333KS報警燈不亮；確認SAR供氣壓力正常，即TEP071KS報警燈不亮。

2) 確認除氣器液位正常。若除氣器液位偏低，則開啟1TEP025VP/1TEP027VP，啟動1TEP001PO給除氣塔補水，使1TEP101MN/2TEP105MN液位在150mm左右。

3) 確認前貯槽001BA液位大于2.888m（如果液位低于2.888m但大于1.621m時，主控按下TEP009KG，也可以啟動除氣器），同時001BA頂部壓力表001MP指示與液位大致對應，且不低于0.13MPa，若不滿足則開啟充氮閥補充氮氣，直至001BA氮氣壓力與液位對應。

4) 最后確認1TEP365VV在“手動”位置，且開度為0%，其余氣動調(diào)節(jié)閥均處于“自動”位置。

2.1.2 除鹽床再吸附

1) 將025VP置于“手動”位置，且處于“關閉”狀態(tài)。

2) 手動啟動001PO，然后再手動開啟131VP，強制循環(huán)10分鐘，使除鹽床再吸附。

3) 001PO啟動后10分鐘，手動停運001PO，025VP置于“自動”位置。確認131VP關閉。

2.1.3 確認前置暫存箱報警，確認返回狀態(tài)6

按下015KG進行報警確認后，按下005KG，5分鐘后，“狀態(tài)6到狀態(tài)5置位”燈亮，003PO啟動，同時211VN/363VV/029VP/217VN開啟，三通閥033VP從“生產(chǎn)”位置向“循環(huán)”位置切換。約15分鐘后，033VP切換至“循環(huán)”位置。

由于冷卻器001RF的冷卻作用，除氣器內(nèi)部的冷卻劑溫度會迅速降低，此時開始手動調(diào)節(jié)進汽閥365VV的開度，給除氣器加熱，首次輸入20%開度，當蒸汽流量穩(wěn)定后繼續(xù)以5%開度/次的速率開啟，為保護除氣器免受熱沖擊，控制開啟速度不宜過快，建議3到5分鐘調(diào)整一次，待開度達到65%以后，每次調(diào)節(jié)1%，待115MT顯示溫度停止下降并緩慢上漲時，就可以調(diào)節(jié)365VV閥門開度，一般在68%～70%左右，不要為了增加溫度上漲速度，而過分開大365VV閥門開度 ，這樣會增加后期控制難度。直至115MT溫度穩(wěn)定在105℃以上，105MP壓力在0.135MPa.a左右。

2.1.4 臟污確認，進入“生產(chǎn)”

當三通閥033VP已經(jīng)切換到“循環(huán)”位置，且115MT溫度穩(wěn)定在105℃以上，105MP壓力穩(wěn)定在0.135MPa.a左右時，說明除氣器內(nèi)的初始廢液除氣完成,此時按下臟污確認007KG， 033VP從“循環(huán)”位置向“生產(chǎn)”位置切換，同時001PO啟動，025VP開啟，027VP處于自動調(diào)節(jié)狀態(tài)。大約需要15分鐘，033VP才能切換完畢。

前貯槽的反應堆冷卻劑經(jīng)001EX加熱后進入除氣器，由于冷卻劑溫度較低，所以除氣器內(nèi)溫度和壓力都會有變化，此時需要根據(jù)115MT顯示的溫度數(shù)值以及105MP顯示的壓力，必要情況下對365VV進行微調(diào)，當溫度和壓力升高過快，則適當關小，反之，則開大。此時切忌閥門開度調(diào)節(jié)過快，一般情況下控制區(qū)間在68%～72%左右即可。當033VP切換完畢，且115MT再次穩(wěn)定在105℃以上，105MP壓力穩(wěn)定在0.135MPa.a左右，同時除氣器平衡管液位也穩(wěn)定在0附近時，說明除氣器已經(jīng)成功啟動。

2.2 除氣器停運

隨著除氣的進行，當前置暫存箱液位降至低液位1.621m時，除氣器自動停止運行；在中途也可以通過按下003KG手動停運，返回熱備用狀態(tài)。

除了正常停運意外，在除氣器啟動過程中也會因為各種報警信號而自動停運：

1) 前貯存箱壓力低至0.11MPa.a，立刻停運；

2) TEG含氫廢氣子系統(tǒng)壓力高至0.135MPa.a，立刻停運；

3) 冷凝器出口溫度高到50℃，立刻停運；

4) 除氣器平衡管液位低至-130mm或高至238mm，延時5秒停運；

5) 除氣器與冷凝器壓差在低至5kPa或高至25kPa，延時60秒停運；

6) 冷凝器出口壓力高到0.145MPa.a，延時60秒停運。

3 經(jīng)驗分析總結(jié)與風險

3.1 TEP101MN液位波動跳機

以國內(nèi)某百萬千萬核電廠為例，1/2#機組調(diào)試啟動以來，多次出現(xiàn)因除氣裝置啟動受阻或除氣效率不穩(wěn)定等問題而產(chǎn)生不可用事件。其中，TEP101MN液位波動在除氣塔的故障分析和處理中具有典型性和代表性，尤其是取消了閉鎖101MN液位波動跳機信號的權限后，絕大多數(shù)的除氣器跳機均是由其所引起。

TEP101MN用于測量除氣塔及平衡槽的液位，設置高液位和低液位報警定值，分別為+238mm和-130mm，均會觸發(fā)除氣塔跳機保護。同時，TEP101MN參與控制除氣塔進料閥TEP027VP的開度，調(diào)節(jié)和控制除氣塔的液位。

TEP 101MN液位過高時，除氣塔內(nèi)料液容積過大，超過了除氣塔設計加熱能力，無法使除氣塔內(nèi)的液體處于飽和狀態(tài)，大大影響除氣塔的除氣效果。當除氣塔液位超過高液位保護定值時，存在料液浸沒除氣塔上部塔板的風險。當料液浸沒上部塔板，那么進料液與上升的二次蒸汽無法充分混合和反洗，大量蒸汽進入到冷凝器，超過TEP 001CS的冷卻和疏排能力，導致除氣塔運行異常[2]。

TEP 101MN液位過低時，部分或全部傳熱管束可能會裸露到液面以外，傳熱面積減小，不利于SVA對料液的加熱，從而達不到充分除氣的效果。

TEP101MN作為控制除氣器液位的主要儀表，操作人員通過監(jiān)測和控制101MN，可以有效控制除氣塔運行的穩(wěn)定性并提高其運行指標。TEP101MN異常從起因來分，包括因除氣塔內(nèi)氣泡率變化導致的液位變化、033VP切換時，因027VP控制而導致的液位變化。

1) 氣泡率變化導致的液位變化

當除氣塔到達和處于狀態(tài)5“生產(chǎn)”狀態(tài)時，其內(nèi)部溫度處于對應壓力下的飽和溫度。除氣塔底部的液體是處于沸騰狀態(tài)的，料液中含有大量的氣泡，那么氣泡率的大小將直接影響除氣塔的液位。根據(jù)水的三相平衡圖，我們可以得出結(jié)論：假設除氣塔頂部壓力突然升高，對應的水的飽和溫度也隨之升高，那么底部料液的溫度將會低于當前壓力下的飽和溫度，液體成為非飽和態(tài)，其沸騰程度減緩，從而導致料液中的氣泡率減小，液位下降。反之，除氣塔頂部壓力降低，則料液“暴沸”，氣泡率增大，液位升高。

在實際運行過程中，上述的兩個狀態(tài)往往是交替出現(xiàn)的，遵循“壓力降低——暴沸——大量蒸發(fā)——壓力升高——沸騰減緩——蒸發(fā)量減小——壓力降低”的過程，從而導致除氣塔內(nèi)液位發(fā)生高低振蕩的現(xiàn)象。

因氣泡率的變化所導致的液位變化是較為劇烈的，往往會引起除氣塔高低液位保護。同時，TEP101MN測量值的變化將控制TEP 027VP開度相應變化，造成除氣塔內(nèi)穩(wěn)定的熱力平衡被打破，影響除氣塔的運行。同理，壓力和液位交替振蕩的過程，還會引起進入到TEP001CS內(nèi)的蒸汽流量發(fā)生振蕩，從而影響到TEP101MP的讀數(shù)和TEP365VV的開度變化。

引起除氣塔內(nèi)壓力變化的原因主要有：9TEG001BA壓力變化而導致的TEP001CS排氣速率變化；排氣閥TEP 427VY開度的大幅度變化；SVA蒸汽流量變化導致的加熱量增加或減少以及前文所提及料液“暴沸”現(xiàn)象本身所引起的壓力變化等。

2) 027VP的調(diào)節(jié)而導致的液位變化

除氣塔向“生產(chǎn)”切換時，由于三通閥TEP033VP開始向“生產(chǎn)”位置切換，除氣塔內(nèi)的料液開始向中間貯槽排放且排放流量在10分鐘內(nèi)從0逐漸增大到27.2m/h。此時，除氣塔進料閥TEP027VP因初始狀態(tài)為0%開度，未能及時開大到足夠開度以補償向中間貯槽排放的料液體積，除氣塔液位會出現(xiàn)暫時性下降的階段。一段時間后除氣塔液位也會因TEP027VP逐漸開大而逐漸恢復到設定液位，但是這個過程時間較長同時除氣塔液位會出現(xiàn)較大的波動，甚至直接超調(diào)導致除氣塔液位偏高。液位變化幅度過大不但容易引起除氣塔高低液位保護跳閘，也不利于除氣塔內(nèi)熱力平衡的建立，除氣塔氣態(tài)和液態(tài)溫度也會隨之變化，影響除氣效率[3]。

綜上所述，在控制除氣器運行時，通過盡量穩(wěn)定含氫廢氣排氣調(diào)節(jié)閥427VY和SVA蒸汽調(diào)節(jié)閥365VV的開度來控制除氣塔內(nèi)壓力的穩(wěn)定。確需改變對應閥門開度時，應采取逐步調(diào)節(jié)，特別是365VV，每步不超過1%的原則進行控制。

3.2 365VV的調(diào)節(jié)

在加熱階段，過快的開大365VV閥門開度，來追求加熱速率的提升，縮短預熱時間，會導致除氣塔與排氣冷凝器間壓差101MP迅速上升，在進入生產(chǎn)狀態(tài)后，若101MP大于25kPa，延時60秒觸發(fā)除氣器跳機，因此除氣塔的預熱應緩慢均勻，不宜過快開大365VV 。

臟污確認之后，對除氣器的控制主要依靠SVA輔助蒸汽供應調(diào)節(jié)閥365VV的調(diào)節(jié)，由于除氣器溫度和壓力相對于調(diào)節(jié)閥開度有一個響應上的滯后性，因此閥門不能置于自動狀態(tài)，只能依靠手動控制。剛剛按下007KG時，除氣器由于開始進冷料，溫度會有一個迅速下降的過程，此時應微調(diào)增大365VV閥門開度，但不應開得過大（75%以上），因為溫度相應的滯后性，會增加控制難度，不利于系統(tǒng)迅速趨于穩(wěn)定[4]。

3.3 其他經(jīng)驗總結(jié)

1) 啟動前檢查輔助蒸汽壓力，一般在0.35MPa以上，同時詢問主控室操縱員是否還有其他設備會大規(guī)模使用輔助蒸汽，因為如果加熱過程中，蒸汽壓力不穩(wěn)定會增加控制難度，而除氣器穩(wěn)定運行以后，如果輔助蒸汽壓力不穩(wěn)定，有可能會對除氣器的狀態(tài)穩(wěn)定有影響，引起除氣器停運。

2) 檢查對應的中間貯槽液位，如果剩余容積不足以接收除氣后的冷卻劑，應手動切換接收貯存箱,避免出現(xiàn)除氣器運行到中途，中間貯存箱無法接受多余的冷卻劑，而被迫停運除氣器。

3) 當前置貯存箱液位很高時啟動除氣器，提前檢查貯存箱的氮氣減壓閥（設置在0.12MPa.a）應處于自動可用狀態(tài)，因為隨著除氣的進行，貯存箱液位壓力會隨之降低，一般情況下前貯槽的液位與壓力匹配，但是當壓力降至0.11MPa.a（氮氣減壓閥此時不可用沒有自動補充壓力）而液位未達到低報時會引發(fā)001PO（002PO）自動跳泵，導致除氣器停止運行。

4) 冷凝器出口壓力105MP正常時約為0.135MPa.a，若迅速上升至0.150MPa.a，廢氣排放自動調(diào)節(jié)閥427VY可能快速開啟，105MP突然泄壓從而導致101MP壓差迅速增大，引起除氣器保護返回熱備用狀態(tài)。為了避免保護動作，此時須將427VY置于“手動”位置，手動給定427VY小開度，逐漸調(diào)節(jié)壓力至0.135MPa.a左右后，將該閥門置于“自動”位置。

3.4 風險警示

除氣器主要用于除去氫、氮和放射性惰性氣體等不凝性氣體。由于氫氣的存在，所以在對除氣塔的操作中一定要避免與空氣的接觸。這也是除氣塔啟停操作的風險所在。由TEP除氣塔進空氣事件：1TEP001DZ 曾經(jīng)因為除氣塔液位高在運行中跳狀態(tài)。根據(jù)報警響應規(guī)程，現(xiàn)操打開了疏水閥1TEP497VP 消除報警。當時脫氣塔中壓力為0.02MPa.a，低于大氣壓，排水閥打開導致空氣進入脫氣塔。在脫氣塔負壓的情況下不能開排水閥，如果打開排水閥，會導致空氣進入除氣塔，如果此時再碰到氫濃度高于4%，一有任何熱源就有可能發(fā)生局部氫氣爆炸。這次事件的根本原因是缺乏對除氣塔進氣的風險分析和防范措施，同時報警響應規(guī)程有漏洞也是促進原因。所以在做操作時我們要做好風險分析防范于未然。

4 結(jié)束語

TEP除氣裝置結(jié)構較為復雜，保護信號較多，各運行參數(shù)間相互影響，運行過程中許多輕微的影響因素均有可能導致其跳閘。通過對影響TEP除氣裝置各種因素進行分析，確認造成除氣裝置運行異常的原因，并通過分析和驗證，找出針對性的解決方案，解決除氣裝置運行中發(fā)生各種的故障，保證可復用廢水的處理功能，對提高三廢系統(tǒng)設備的可靠性起到積極作用。