曹剛 黃成 張靜 宋奎奎

摘 要：福清核電站二回路系統(tǒng)采用全揮發(fā)（氨+聯(lián)氨）處理，減緩二回路腐蝕，保障設(shè)備安全、可靠穩(wěn)定性運(yùn)行。。二回路系統(tǒng)原設(shè)計(jì)用液氨配制氨水，通過(guò)加氨儲(chǔ)罐、加藥泵加至二回路系統(tǒng)。文章從分析了液氨鋼瓶配制氨水溶液存在的薄弱環(huán)節(jié)，給出了應(yīng)對(duì)的優(yōu)化策略，給其他電廠液氨鋼瓶使用技改替代提供借鑒意義。

關(guān)鍵詞：液氨;氨水;優(yōu)化

1.前言

隨著我國(guó)核電事業(yè)的發(fā)展，核電廠的安全運(yùn)行顯得尤為重要。福清核電二回路系統(tǒng)通過(guò)加氨的方式調(diào)節(jié)pH，減緩二回路腐蝕，保障設(shè)備安全、可靠穩(wěn)定性運(yùn)行。為便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸，工業(yè)上通常采用常溫高壓或低溫加壓的方式將氨液化，液氨的化學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)為水溶液呈堿性。液氨遇熱、明火等難以點(diǎn)燃，其危險(xiǎn)性較低，但氨和空氣混合物達(dá)到16 %～25 %濃度范圍時(shí)遇明火會(huì)燃燒和爆炸，福清核電同樣采樣液氨氣化方式配制氨水溶液。

氨氣經(jīng)呼吸道侵入人體，對(duì)粘膜和皮膚有堿性刺激及腐蝕作用，可造成組織溶解性壞死，高濃度時(shí)可引起反射性呼吸停止和心臟停搏。眼晴接觸液氨或高濃度氨氣可引起灼傷，嚴(yán)重者可發(fā)生角膜穿孔。皮膚接觸液氨可致灼傷。當(dāng)空氣中氨濃度達(dá)700 mg/m3時(shí)，人體吸入30 min即可中毒，濃度達(dá)到1750～4500 mg/m3時(shí)，可危及生命[1]。

2013年6月3日，吉林省德惠市寶源豐禽業(yè)有限公司因氨氣泄漏爆炸，導(dǎo)致121人死亡，76人受傷，17234 m2 主廠房及主廠房?jī)?nèi)生產(chǎn)設(shè)備被損毀，直接經(jīng)濟(jì)損失1.82億元[2];2013年8月31日，上海市寶山區(qū)上海翁牌冷藏實(shí)業(yè)有限公司發(fā)生液氨泄漏，造成15人死亡，25人不同程度受傷[3]。

安全放第一位的核電廠，通過(guò)技改優(yōu)化由液氨改為氨水儲(chǔ)罐的配藥方式已迫在眉睫，文章通過(guò)分析現(xiàn)有液氨加藥方式不足，提出技改增加非能動(dòng)加氨存儲(chǔ)設(shè)備，以降低現(xiàn)場(chǎng)加氨導(dǎo)致的安全風(fēng)險(xiǎn)，保障現(xiàn)場(chǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)技改實(shí)際，保障現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備安全性。

2.福清核電廠二回路加氨裝置的設(shè)置

M310型壓水堆核電站二回路化學(xué)添加劑注入系統(tǒng)（SIR）設(shè)計(jì)上使用純度為99.6%的液氨來(lái)配制濃度為3%-5%的氨水溶液。供貨廠家通過(guò)供貨液氨鋼瓶到現(xiàn)場(chǎng)，化學(xué)人員聯(lián)系叉車(chē)卸載液氨鋼瓶，將空液氨鋼瓶叉回廠家裝貨物。

氨水配制過(guò)程為：化學(xué)人員需穿戴全面罩，防護(hù)服更換新的液氨鋼瓶，先開(kāi)啟液氨鋼瓶瓶閥，再打開(kāi)氨溶液箱氨氣管電動(dòng)球閥，開(kāi)啟液氨鋼瓶噴淋水球閥，噴淋液氨鋼瓶外壁加快液氨鋼瓶?jī)?nèi)氨氣蒸發(fā)的速度。氨氣經(jīng)管道通入注滿除鹽水的氨溶液箱中，完成3%-5%的氨水溶液配制過(guò)程?，F(xiàn)場(chǎng)使用存在以下幾個(gè)方面問(wèn)題：

液氨鋼瓶的使用存在重大安全風(fēng)險(xiǎn)。電站設(shè)計(jì)上共存儲(chǔ)6個(gè)高壓液氨鋼瓶，每個(gè)液氨鋼瓶重約800kg（液氨凈重400kg），充壓3MPa.a。液氨鋼瓶更換時(shí)，使用房間內(nèi)起重量為1t的單軌吊，兩名起重人員配合。高壓液氨使用是重大風(fēng)險(xiǎn)源。嚴(yán)重情況下，可能出現(xiàn)氨氣爆炸及人身傷害的后果。

氨氣泄漏事故狀態(tài)下無(wú)緩解措施，威脅機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。一旦出現(xiàn)不可控的氨氣泄漏，工作人員將無(wú)法及時(shí)更換氨氣鋼瓶，可能導(dǎo)致核電廠二回路給水系統(tǒng)無(wú)法及時(shí)注入氨水溶液而停機(jī)。福清核電曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)液氨鋼瓶出口閥無(wú)法關(guān)嚴(yán)，導(dǎo)致只能講液氨鋼瓶氣體全部排出更換。

液氨使用浪費(fèi)率高。在實(shí)際使用中，由于液氨鋼瓶使用的是壓力差加藥原理，鋼瓶中必須保持一定的壓力，否則水溶液可能從配制罐向液氨鋼瓶回流。隨著藥品的使用，鋼瓶壓力逐漸降低，最終400kg的液氨只能有效利用350kg，有約10%的藥品無(wú)法使用。

配藥時(shí)間長(zhǎng)，工作效率低。使用液氨鋼瓶進(jìn)行氨溶液配制，每罐3%-5%濃度的氨水溶液配藥時(shí)間平均為2h，耗時(shí)較長(zhǎng)，并且隨著液氨鋼瓶壓力的下降，配藥速率持續(xù)下降。

加藥間雖然每日巡檢，且配置了氨氣報(bào)警儀器，氨氣噴淋裝置，但是設(shè)備泄漏帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)及經(jīng)濟(jì)損失無(wú)法估量。

3.福清核電廠二回路加氨裝置的優(yōu)化

為解決液氨帶來(lái)的安全問(wèn)題，福清核電廠通過(guò)分析論證并結(jié)合核電廠現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布置情況，設(shè)計(jì)了一套二回路給水非能動(dòng)加氨設(shè)備。將非能動(dòng)理念應(yīng)用到氨水配制過(guò)程中，取消原有壓力差原理的高壓鋼瓶加藥方式，新增兩個(gè)氨水轉(zhuǎn)運(yùn)箱，將高壓液氨鋼瓶更換為貯存濃度17%的氨水原液轉(zhuǎn)運(yùn)箱。該轉(zhuǎn)運(yùn)箱采用高位布置，在配制過(guò)程中利用重力原理自動(dòng)流入配藥計(jì)量箱中。

轉(zhuǎn)運(yùn)箱使用316L不銹鋼材質(zhì)，其中氨水轉(zhuǎn)運(yùn)箱為2個(gè)容積為5m3的罐體轉(zhuǎn)運(yùn)箱與配藥計(jì)量箱高位差2m，實(shí)現(xiàn)氨水通過(guò)重力流入計(jì)量箱。

每個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)箱配套設(shè)置1個(gè)磁翻板液位計(jì)，1個(gè)對(duì)空呼吸閥（氨氣吸收），1個(gè)進(jìn)藥閥，1個(gè)出藥閥以及1個(gè)排污閥。進(jìn)藥管道使用DN25的304不銹鋼管，出藥管及排污管使用DN32的不銹鋼管。

供貨廠家用槽車(chē)運(yùn)輸17%的氨水溶液，車(chē)上配制車(chē)載泵，現(xiàn)場(chǎng)提供電源。整個(gè)氨水管線采用不銹鋼包裹聚四氟乙烯，法蘭連接。有效保障氨水卸載安全性。最終現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)施工見(jiàn)流程圖。

4.二回路非能動(dòng)加氨裝置效果

福清核電1-4號(hào)機(jī)組相繼完成了非能動(dòng)加氨設(shè)備的安裝使用，現(xiàn)場(chǎng)使用效果良好。相比于原液氨鋼瓶加藥方式，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益：

用17%的氨水替代徹底消除了高壓液氨鋼瓶使用帶來(lái)的重大安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)兩個(gè)5立方的儲(chǔ)運(yùn)罐體，也保障現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的需要;

使用重力原理加藥，保障氨水全部得到使用，藥品浪費(fèi)量為0，節(jié)約了成本;

改造之后氨水溶液平均配藥時(shí)間由2h降低為0.25h，顯著提升了生產(chǎn)效率。

5.結(jié)語(yǔ)

福清核電有限公司二回路加氨系統(tǒng)由液氨改為氨水，徹底消除了液氨使用帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)。

非能動(dòng)加氨設(shè)備的使用，能滿足現(xiàn)場(chǎng)使用要求，可推廣到其他電廠。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄒志紅，云逸，王惠文.兩階段模糊法在海河水系水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2008，28（4）：799-803.

[2]國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局. 吉林省長(zhǎng)春市寶源豐禽業(yè)有限公司火災(zāi)爆炸事故調(diào)查報(bào)告[EB/OL].[2013-07-11].

[3]上海翁牌冷藏實(shí)業(yè)公司“8？31”重大事故追蹤[N/OL].（ 2013-09-03）.中國(guó)安全生產(chǎn)報(bào).