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        TEP除氣裝置從停運(yùn)狀態(tài)啟動(dòng)的運(yùn)行策略分析

        2022-09-22 09:20:30高文超
        科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào) 2022年17期
        關(guān)鍵詞:含氫熱態(tài)冷態(tài)

        高文超

        (福建福清核電有限公司 福建福清 310300)

        福清核電硼回收系統(tǒng)(TEP)的主要作用[1]是在核電廠運(yùn)行過(guò)程中,對(duì)反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)排出的含硼、含氫及裂變氣體的廢水進(jìn)行除氣凈化、硼水分離,并對(duì)處理后的合格硼酸予以復(fù)用。TEP除氣塔是除氣凈化單元的關(guān)鍵部件,根據(jù)核電機(jī)組的不同運(yùn)行狀態(tài),TEP除氣塔共有9 種不同的運(yùn)行工況來(lái)防止氫氣、氧氣混合形成爆炸性混合物,同時(shí)也防止放射性裂變氣體直接向環(huán)境排放,以便實(shí)現(xiàn)對(duì)主系統(tǒng)冷卻劑的除氣、凈化功能。機(jī)組功率運(yùn)行階段,TEP 除氣塔處于狀態(tài)6(熱備用),為含氮?dú)饧胺派湫詺怏w的環(huán)境,啟動(dòng)排氣至TEG含氫子回路。狀態(tài)0 為除氣塔完全停運(yùn)狀態(tài),通常為機(jī)組大修后或者TEP 除氣塔檢修后的狀態(tài),此時(shí)為含氧環(huán)境,首先啟動(dòng)排氣至TEG含氧子回路,在除氣塔內(nèi)氧含量降低至合格值后。自動(dòng)轉(zhuǎn)向TEG 含氫子回路,不同的初始啟動(dòng)狀態(tài)通過(guò)不同的控制邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而,在某些故障情況或者人因操作失誤時(shí),TEP除氣塔在機(jī)組功率運(yùn)行階段也可能跳轉(zhuǎn)至狀態(tài)0(此時(shí)含氮?dú)夂头派湫詺怏w),如果按原設(shè)計(jì)直接正常啟動(dòng)TEP除氣塔,將導(dǎo)致放射性氣體向環(huán)境釋放,且存在氫氧混合風(fēng)險(xiǎn)。本文就TEP除氣塔從狀態(tài)0啟動(dòng)時(shí)的運(yùn)行可行性策略進(jìn)行分析,避免放射性氣體誤排放和潛在的氫氧混合。

        1 硼回收系統(tǒng)除氣塔簡(jiǎn)介

        TEP 除氣塔采用熱力除氣法,主要設(shè)備包括除氣塔001DZ、輸液泵003PO、再生熱交換器001EX、冷卻器001RF及排氣冷凝器001CS,工藝流程如圖1所示。

        圖1 TEP 除氣塔工藝流程簡(jiǎn)圖

        TEP 除氣塔運(yùn)行時(shí)[2],將來(lái)自主系統(tǒng)的冷卻劑料液經(jīng)再生熱交換器初步加熱,從除氣塔頂部噴入,由輔助蒸汽系統(tǒng)(SVA)加熱至飽和狀態(tài)。經(jīng)除氣后的料液由輸送泵003PO經(jīng)換熱器001RF冷卻后排往中儲(chǔ)槽或返回容控箱(RCV002BA)。除氣塔加熱產(chǎn)生的水蒸氣和不凝結(jié)氣體在冷凝器001CS 中得以冷卻,凝結(jié)水靠重力返回除氣塔,不凝結(jié)氣體則排往TEG 廢氣處理系統(tǒng)(含氫子系統(tǒng)或含氧子系統(tǒng))。

        TEP 除氣塔設(shè)計(jì)有9 種運(yùn)行狀態(tài)[3],為全自動(dòng)控制,核電機(jī)組大修時(shí),TEP除氣塔為狀態(tài)0(停運(yùn)),機(jī)組帶功率運(yùn)行時(shí)處于狀態(tài)6(熱備用),設(shè)計(jì)的各狀態(tài)間轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖2所示。

        圖2 TEP 除氣塔狀態(tài)序列及邏輯轉(zhuǎn)換關(guān)系

        TEP除氣塔各狀態(tài)定義如下。

        狀態(tài)0——長(zhǎng)期停運(yùn)狀態(tài),分為“熱態(tài)”狀態(tài)0 和“冷態(tài)”狀態(tài)0。

        狀態(tài)1——升溫,冷凝器排氣至TEG含氧子回路。

        狀態(tài)2——除氧,冷凝器排氣至TEG含氧子回路。

        狀態(tài)3——氮?dú)獯祾?,冷凝器吹掃合格后排氣至TEG含氫子回路。

        狀態(tài)4——升壓。

        狀態(tài)5——生產(chǎn)。

        狀態(tài)6——熱備用,為含氫或放射性氣體環(huán)境。

        狀態(tài)7——強(qiáng)制冷卻,區(qū)別“熱態(tài)”狀態(tài)0和“冷態(tài)”狀態(tài)0。

        狀態(tài)8——冷凝器氮?dú)獯祾?,排向TEG 含氫子回路。

        狀態(tài)9——停運(yùn),除氣塔檢修前,進(jìn)行氮?dú)獯祾摺?/p>

        綜合上述定義可知,狀態(tài)0 分為“熱態(tài)”狀態(tài)0 和“冷態(tài)”狀態(tài)0兩種情況,其區(qū)別在于除氣塔停運(yùn)后是否經(jīng)過(guò)強(qiáng)制冷卻。除氣塔大修檢修后再啟動(dòng),通常是從“冷態(tài)”狀態(tài)0開(kāi)始;而功率運(yùn)行期間,除氣塔因故障導(dǎo)致跳轉(zhuǎn)至的狀態(tài)通常為“熱態(tài)”狀態(tài)0,因?yàn)閺?qiáng)制冷卻需人為手動(dòng)觸發(fā)。因除氣單元從狀態(tài)0啟動(dòng)排氣路徑的特殊性,存在如下的問(wèn)題可能會(huì)導(dǎo)致非預(yù)期的后果。

        2 TEP除氣塔從狀態(tài)0啟動(dòng)存在的問(wèn)題

        核電機(jī)組在大修后啟動(dòng)時(shí),主系統(tǒng)及TEP 凈化單元均為含氧環(huán)境且無(wú)放射性氣體,TEP 除氣塔在充水后按照設(shè)計(jì)從狀態(tài)0 正常啟動(dòng)即可。但是,機(jī)組在功率運(yùn)行階段,TEP 除氣塔在人因操作失誤或者相關(guān)檢修(如系統(tǒng)軟件下裝)時(shí)可能跳轉(zhuǎn)至狀態(tài)0,此時(shí),除氣塔為含氫環(huán)境且存在少量放射性氣體。以上即為“冷態(tài)”狀態(tài)0 啟動(dòng)和“熱態(tài)”狀態(tài)0 啟動(dòng)兩種方式。通過(guò)TEP除氣塔各運(yùn)行狀態(tài)及邏輯轉(zhuǎn)換關(guān)系可知,從狀態(tài)0啟動(dòng)時(shí),全自動(dòng)控制系統(tǒng)會(huì)經(jīng)過(guò)狀態(tài)1(升溫)和狀態(tài)2(除氧),此過(guò)程中冷凝器分離出的不凝結(jié)氣體排向TEG 含氧子回路,最終經(jīng)DVN 煙囪排向大氣。針對(duì)“熱態(tài)”狀態(tài)0 的啟動(dòng),此時(shí),除氣塔內(nèi)部仍為含氫、含放射性氣體的環(huán)境,如果直接啟動(dòng)除氣塔,將造成放射性的氣體直接排向環(huán)境,且存在氫氧混合風(fēng)險(xiǎn)[4]。

        綜上,核電機(jī)組帶功率運(yùn)行階段,TEP除氣塔從狀態(tài)0 的啟動(dòng)存在放射性誤排放風(fēng)險(xiǎn),而此運(yùn)行模式下TEP 除氣塔確實(shí)存在跳轉(zhuǎn)至狀態(tài)0的可能性。無(wú)論是放射性誤排向環(huán)境,還是含氫氣體與空氣混合形成爆炸性氣體,后果都是不可接受的,這給設(shè)備運(yùn)行帶來(lái)一定挑戰(zhàn)[5]。

        3 TEP除氣塔從狀態(tài)0啟動(dòng)的可行性分析

        3.1 機(jī)組大修后TEP除氣塔的啟動(dòng)

        機(jī)組大修期間,一回路主系統(tǒng)和TEP頭箱、TEP除氣塔內(nèi)部均為正常的含氧環(huán)境且基本無(wú)放射性氣體,在此種情況下的啟動(dòng)即為正常的“冷態(tài)”狀態(tài)0 啟動(dòng)。根據(jù)大修文件,在主系統(tǒng)、TEP 頭箱、除氣塔在置換為氮?dú)猸h(huán)境后,按正常啟動(dòng)操作票順控啟動(dòng)即可,不存在放射性氣體誤排放和氫氧混合風(fēng)險(xiǎn)。

        3.2 功率運(yùn)行期間除氣塔故障檢修后的啟動(dòng)

        此處的故障檢修指的是TEP 除氣塔開(kāi)口檢修,內(nèi)部已排空,通常,TEP除氣塔不會(huì)在功率運(yùn)行期間停運(yùn)至狀態(tài)0進(jìn)行檢查,除非偶發(fā)重大故障。此時(shí),檢修后除氣塔內(nèi)部為含氧環(huán)境且無(wú)放射性氣體,具備從狀態(tài)0 正常啟動(dòng)的條件,即從“冷態(tài)”狀態(tài)0 啟動(dòng)。然而,此時(shí),原本給TEP除氣塔供料的TEP頭箱(接收一回路排水)仍為帶有放射性氣體的含氫環(huán)境,TEP除氣塔啟動(dòng)過(guò)程中直接從此處供料依然存在不可預(yù)知的放射性氣體誤排風(fēng)險(xiǎn)。為此,TEP除氣塔啟動(dòng)前需改變?cè)诰€,改為由REA(硼水補(bǔ)給系統(tǒng))水回路或SED(核島除鹽水)向TEP 除氣塔供料。TEP 除氣塔啟動(dòng)過(guò)程中,各泵及自動(dòng)閥均順控動(dòng)作,此方法理論上能夠?qū)崿F(xiàn)TEP 除氣塔的再啟動(dòng),但需要較多的運(yùn)行配合操作,存在一定的人因失誤風(fēng)險(xiǎn)。

        3.3 功率運(yùn)行期間除氣塔跳轉(zhuǎn)至狀態(tài)0的啟動(dòng)

        在人因操作失誤或者某些檢修作業(yè)(比如系統(tǒng)軟件下裝)時(shí),TEP 除氣塔可能跳轉(zhuǎn)至狀態(tài)0,此時(shí),除氣塔內(nèi)部仍為熱態(tài)且可能含有少量氫氣及放射性廢氣,此種情況的再啟動(dòng)即為“熱態(tài)”狀態(tài)0啟動(dòng)。因啟動(dòng)過(guò)程中,狀態(tài)1和狀態(tài)2過(guò)程中TEP冷凝器分離的不凝結(jié)氣體排向大氣,此時(shí),TEP 除氣塔不具備直接從狀態(tài)0再次啟動(dòng)的條件。此時(shí),如果按照正常啟動(dòng)邏輯恢復(fù)除氣塔至熱備用,可以考慮將除氣塔內(nèi)部放射性廢水經(jīng)狀態(tài)7 強(qiáng)制冷卻后進(jìn)行排放,以及將內(nèi)部含氫的氣空間置換為氮?dú)?,再按照上?jié)描述重新啟動(dòng),但此方法耗時(shí)較長(zhǎng)且運(yùn)行操作相對(duì)復(fù)雜,存在較大的人因失誤風(fēng)險(xiǎn),并且排放除氣塔內(nèi)的存水將產(chǎn)生較大量的廢水,給三廢處理系統(tǒng)造成負(fù)擔(dān)。

        TEP除氣塔的再啟動(dòng)即恢復(fù)至狀態(tài)6(熱備用),下面,從TEP除氣塔處于狀態(tài)6和狀態(tài)0時(shí)分析對(duì)比除氣塔啟動(dòng)時(shí)順控的所有泵和閥門(mén)的邏輯關(guān)系[6-8]。對(duì)比發(fā)現(xiàn),兩種狀態(tài)下,泵及自動(dòng)閥門(mén)存在以下不同,如表1所示。

        表1 兩種狀態(tài)下泵及自動(dòng)閥門(mén)的對(duì)比

        狀態(tài)6(熱備用)與狀態(tài)0(停運(yùn))中泵、自動(dòng)閥的邏輯狀態(tài)僅有2 個(gè)氣動(dòng)閥不同,其他順控設(shè)備狀態(tài)完全一致。通過(guò)設(shè)計(jì)功能考慮,在狀態(tài)6,TEP 除氣塔通過(guò)輔助蒸汽(SVA)供汽的旁路閥367VV 間斷性開(kāi)啟加熱,來(lái)維持除氣塔內(nèi)壓力在正常范圍,其他轉(zhuǎn)機(jī)和閥門(mén)與狀態(tài)0時(shí)相同是符合預(yù)期的。通過(guò)邏輯分析及實(shí)踐證明,除氣塔在停運(yùn)時(shí),改變409VV和033VP的狀態(tài)不會(huì)對(duì)除氣塔造成影響,且狀態(tài)6 的置位信號(hào)能夠復(fù)位狀態(tài)0 的信號(hào)。據(jù)此,可考慮通過(guò)儀控專(zhuān)業(yè)信號(hào)強(qiáng)制的方式,來(lái)實(shí)現(xiàn)狀態(tài)0向狀態(tài)6的正確轉(zhuǎn)換。實(shí)施信號(hào)強(qiáng)制期間,僅409VV和033VP閥門(mén)改變狀態(tài),其他轉(zhuǎn)機(jī)和閥門(mén)狀態(tài)不變,理論分析可行。實(shí)踐證明,此方法簡(jiǎn)潔高效,能夠?qū)崿F(xiàn)TEP 除氣塔從“熱態(tài)”狀態(tài)0 恢復(fù)至狀態(tài)6(熱備用),從而規(guī)避了TEP除氣塔從“熱態(tài)”狀態(tài)0的再啟動(dòng)時(shí)潛在的風(fēng)險(xiǎn)。

        4 結(jié)語(yǔ)

        核電機(jī)組TEP除氣塔從狀態(tài)0的啟動(dòng)分為“熱態(tài)”狀態(tài)0啟動(dòng)和“冷態(tài)”狀態(tài)0啟動(dòng),含氧環(huán)境的“冷態(tài)”狀態(tài)0 的啟動(dòng)可根據(jù)TEP 順控邏輯正常啟動(dòng),含氫環(huán)境的“熱態(tài)”狀態(tài)0的啟動(dòng)可采取儀控信號(hào)強(qiáng)制的方式重新恢復(fù)至狀態(tài)6(熱備用),從而減少?gòu)?fù)雜的運(yùn)行操作和潛在的人為失誤,同時(shí),該方法能夠避免氫氧混合及反射性氣體向環(huán)境釋放,對(duì)同類(lèi)型機(jī)組運(yùn)行操作具有一定的借鑒意義。

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