陳煜 李小毛

摘 要：本文結(jié)合山東海陽AP1000核電電廠氣體系統(tǒng)（PGS）調(diào)試過程，對AP1000 PGS系統(tǒng)設(shè)計及功能進行淺析，進而根據(jù)調(diào)試期間發(fā)現(xiàn)的問題對PGS系統(tǒng)現(xiàn)有設(shè)計和管理、操作提出相應(yīng)改進建議。

關(guān)鍵詞：AP1000；電廠氣體系統(tǒng) ；工作原理

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.136

1 概述

電廠氣體系統(tǒng)（PGS）主要功能是存儲及分配氣體，提供符合標準的氣體供下游用戶使用。PGS系統(tǒng)可根據(jù)氣體類型劃分為氮氣子系統(tǒng)、二氧化碳子系統(tǒng)和氫氣子系統(tǒng)，其中氫氣子系統(tǒng)又可細分為低壓氫氣站、高壓氫氣站及氫氣升壓站。而AP1000電廠氣體系統(tǒng)設(shè)計的不同主要體現(xiàn)于氮氣子系統(tǒng)和氫氣子系統(tǒng)：

AP1000安注箱采用氮氣充壓至4.82MPa，并以氮氣壓力作為安注驅(qū)動力，因此需要氮氣子系統(tǒng)提供5.8MPa的氮氣，并通過減壓閥減壓至相應(yīng)壓力。因此，采用AP1000設(shè)計的核電廠需設(shè)置氮氣升壓裝置。

AP1000在一回路加氫方式選擇了直接加注的方式，導(dǎo)致高壓氫氣站使用的氫氣鋼瓶設(shè)計壓力達到41.4MPa。鑒于國內(nèi)目前氫氣鋼瓶最高壓力只有20MPa，因此，采用AP1000設(shè)計的核電廠還需設(shè)置氫氣升壓站，用于對氫氣進行升壓及充裝。

2 功能介紹

2.1 氮氣子系統(tǒng)

氮氣子系統(tǒng)主要由液氮儲存罐、氣化器、低溫液體泵及相應(yīng)管道、閥門及儀表組成，液氮儲存在容積為12.69m3的絕熱儲存罐內(nèi)，內(nèi)部壓力維持在1.72MPa。其主要功能是通過氣化器使液氮氣化，然后升壓或減壓為下游用戶提供滿足相應(yīng)標準的氮氣。因此根據(jù)供氣壓力，可以將氮氣子系統(tǒng)劃分成低壓和高壓兩部分。

2.1.1 低壓氮氣子系統(tǒng)

液氮從儲存罐流出，通過管道流經(jīng)低壓氣化器，再經(jīng)過水浴式電子加熱器至常溫，再由減壓閥減壓至0.69MPa，供氫氣升壓站、汽輪機廠房、中央冷凍水系統(tǒng)（VWS）、放射性廢氣系統(tǒng)（WGS）、放射性廢液系統(tǒng)（WLS）及放射性化學(xué)實驗室等用戶使用。

2.1.2 高壓氮氣子系統(tǒng)

液氮從儲存罐流出，通過低溫液體泵升壓至16.55MPa，再經(jīng)過高壓氣化器氣化成氮氣，然后充裝至高壓氮氣箱內(nèi)。當(dāng)下游用戶非能動堆芯冷卻系統(tǒng)（PXS）安注箱（ACC）及放射性廢液系統(tǒng)（WLS）反應(yīng)堆冷卻劑疏水箱（RCDT）需要用氣時，再通過減壓閥減壓至5.8MPa，對用戶進行供氣。

2.2 二氧化碳子系統(tǒng)

二氧化碳子系統(tǒng)主要由液態(tài)二氧化碳儲存罐、水浴式電子氣化器、風(fēng)冷式制冷機、干冰制粒機及相應(yīng)管道、閥門和儀表組成，液態(tài)二氧化碳儲存在容積為6.32m3的絕熱儲存罐內(nèi)，內(nèi)部壓力通過風(fēng)冷式制冷機的運行維持在1.9～2.3MPa。

液態(tài)二氧化碳從儲存罐流出，通過管道流經(jīng)水浴式電子氣化器加熱至常溫，再經(jīng)過減壓閥減壓至0.69MPa，供發(fā)電機氫氣和二氧化碳系統(tǒng)（HCS）使用。另一項功能則是通過干冰制粒機制造干冰，用于電廠去污。

2.3 氫氣子系統(tǒng)

2.3.1 低壓氫氣站

低壓氫氣站主要由氫氣長管拖車及相應(yīng)管道、閥門和儀表組成，氫氣儲存在設(shè)計壓力為20MPa的長管拖車內(nèi)，等效體積為3900Nm3。低壓氫氣站的主要功能有兩項，其中一項是通過減壓閥減壓至1.31MPa后，為發(fā)電機氫氣和二氧化碳系統(tǒng)（HCS）、除鹽水輸送與存儲系統(tǒng)（DWS）和冷凝水存儲箱（CST）三個用戶進行供氫；另外一項功能則是直接為氫氣升壓站供氫。

2.3.2 氫氣升壓站

氫氣升壓站主要由氫氣升壓組件、空氣壓縮機、干燥機及相應(yīng)管道、閥門和儀表組成，主要功能則是對氫氣升壓并充裝至高壓氫氣鋼瓶，供高壓氫氣站使用。

氫氣升壓組件采用氣動容積泵，將低壓氫氣站提供的低壓氫氣升壓至41.4MPa，然后充裝至高壓氫氣鋼瓶內(nèi)。氫氣升壓泵及氣動閥門的驅(qū)動氣由空氣壓縮機壓縮及干燥機干燥后提供（見圖4）。

2.3.3 高壓氫氣站

高壓氫氣站主要由高壓氫氣鋼瓶及相應(yīng)管道、閥門和儀表組成，其主要功能是通過減壓閥將高壓鋼瓶內(nèi)41.4MPa的高壓氫氣減壓至19.7MPa，然后為化學(xué)與容積控制系統(tǒng)（CVS）一回路直接加氫提供氫氣源。

3 調(diào)試期間發(fā)現(xiàn)的問題及改進建議

3.1 供氣管道銹蝕

在海陽核電PGS調(diào)試期間，發(fā)現(xiàn)氮氣及二氧化碳子系統(tǒng)的局部管道存在積水，管道銹蝕情況嚴重。而氫氣子系統(tǒng)相關(guān)管道則不存在同樣的問題。經(jīng)分析，造成管道銹蝕情況嚴重的原因有以下兩個：

氮氣和二氧化碳子系統(tǒng)從氣體站至下游用戶均為碳鋼管道，而氫氣子系統(tǒng)則是不銹鋼管道；

建安單位對管道安裝完成后，是采用水壓試驗來驗證管道，但在水壓試驗完成后，并未對管道進行吹掃和干燥。

在西屋原始設(shè)計中，氮氣及二氧化碳子系統(tǒng)至下游用戶的管道采用碳鋼設(shè)計是基于氮氣和二氧化碳均為非氧化性氣體，對管道腐蝕有抑制作用，在正常使用情況下，能保證不會出現(xiàn)銹蝕情況。但在實際施工過程中，無法保證系統(tǒng)安裝完成后可以立即移交調(diào)試，同時建安單位對管道保養(yǎng)工作難以到位。

因此，基于上述原因及對系統(tǒng)設(shè)備保護，建議后續(xù)AP1000項目的PGS氮氣及二氧化碳子系統(tǒng)至下游用戶的管道采用不銹鋼管道，以避免管道內(nèi)部出現(xiàn)銹蝕情況。同時，加強對建安單位施工質(zhì)量的管理，以避免出現(xiàn)管道積水情況出現(xiàn)。

3.2 低溫液體泵無法自動啟停

在海陽核電PGS調(diào)試期間，發(fā)現(xiàn)氮氣子系統(tǒng)低溫液體泵無法置于自動運行狀態(tài)。經(jīng)分析，主要原因在于低溫液體泵與液氮儲存罐之間的管道設(shè)計過長，泵體內(nèi)部容易積聚氣體無法啟動，需要人工手動對泵體排氣，導(dǎo)致無法自動運行。

根據(jù)低溫液體泵使用要求，與罐體之間的管道應(yīng)盡量短且包裹保溫材料，并向下傾斜一定的角度，從而保證即使管道因熱交換導(dǎo)致液氮氣化，也能在氣液密度差的作用下，氮氣能順利回流至罐體內(nèi)，不會在泵體內(nèi)積聚而導(dǎo)致無法啟動。

建議后續(xù)AP1000項目根據(jù)低溫液體泵使用要求對該段管線設(shè)計進行相應(yīng)修改，以保證泵可以置于自動運行狀態(tài)。

3.3 減壓閥出口壓力無法維持

在海陽核電PGS調(diào)試期間，發(fā)現(xiàn)在下游用戶無用氣需求的情況下，減壓閥下游壓力會在短時間內(nèi)上升至與上游一致，從而導(dǎo)致下游管道超出設(shè)計壓力，存在設(shè)備損壞及管道破裂的風(fēng)險。

經(jīng)拆解閥門觀察，發(fā)現(xiàn)閥門密封面存在異物，導(dǎo)致閥門無法密封嚴密。同時，根據(jù)減壓閥使用要求，在減壓閥前應(yīng)設(shè)置過濾器，保證進入減壓閥的流體是潔凈無異物，以避免出現(xiàn)減壓閥無法保壓的情況。

建議后續(xù)AP1000項目在PGS系統(tǒng)所有減壓閥前設(shè)置過濾器，并在氮氣和二氧化碳子系統(tǒng)添加供氣壓力超出設(shè)計壓力時切斷供氣總閥的控制邏輯，以保護系統(tǒng)設(shè)備和管道。

3.4 氫氣子系統(tǒng)無氮氣吹掃管線

在海陽核電PGS調(diào)試期間，發(fā)現(xiàn)低壓氫氣站和高壓氫氣站均無氮氣吹掃管線，在使用過程中存在氫氣與空氣直接接觸的可能。但根據(jù)國標關(guān)于氫氣站的相關(guān)要求，氫氣管道必須設(shè)置氮氣吹掃管線，用于管道充氫和排氫前氮氣置換空氣。

建議后續(xù)AP1000項目在氫氣子系統(tǒng)與氮氣子系統(tǒng)間增加相連的管線，用于對氫氣子系統(tǒng)管道充氫和排氫前氮氣置換。

3.5 供氣管道無氣體純度檢測儀表

在海陽核電PGS調(diào)試期間，發(fā)現(xiàn)PGS系統(tǒng)管道均無氣體純度檢測儀表，且下游用戶系統(tǒng)也無氣體純度檢測儀表，因此無法對供氣品質(zhì)進行監(jiān)控。

建議后續(xù)AP1000項目在PGS系統(tǒng)供氣總閥后增加氣體純度檢測儀表，對供氣品質(zhì)進行監(jiān)控。同時，在PGS系統(tǒng)下游用戶系統(tǒng)進氣總閥前增加氣體純度檢測管儀表，以保證供氣品質(zhì)能滿足設(shè)計要求。

4 結(jié)束語

本文對AP1000電廠氣體系統(tǒng)（PGS）設(shè)計、功能和工作原理進行淺析，同時結(jié)合海陽核電廠PGS系統(tǒng)調(diào)試經(jīng)驗，對電廠氣體系統(tǒng)存在的設(shè)計不合理項提出改進建議。完善的系統(tǒng)設(shè)計是核電廠安全和穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)，應(yīng)在調(diào)試過程中不斷發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，完善設(shè)計，為后續(xù)AP1000項目順利建設(shè)和安全發(fā)電保駕護航。

參考文獻：

[1]孫漢虹.第三代核電技術(shù)AP1000[M].北京：中國電力出版社，2010

[2] GB50177-2005，氫氣站設(shè)計規(guī)范[S].

作者簡介：陳煜（1988—），男，助理工程師，主要從事：山東核電有限公司聯(lián)合調(diào)試隊核島工藝處，主要負責(zé)PGS、VWS系統(tǒng)調(diào)試及核島聯(lián)合沖洗 。