郭曉平 劉玉梅
摘 要:高壓氫氣作為冷卻和除氧介質(zhì)在核電站應(yīng)用較為廣泛。文章以三門核電氫氣升壓站作為研究對象,簡要描述了氫氣升壓站的相關(guān)設(shè)計參數(shù)與結(jié)構(gòu)原理。根據(jù)設(shè)備特點,從安全和工藝兩個方面總結(jié)了氫氣升壓站維修保養(yǎng)的相關(guān)注意事項。
關(guān)鍵詞:三門核電;氫氣升壓站;結(jié)構(gòu)原理;維護(hù)保養(yǎng)
1 概述
三門核電氫氣系統(tǒng)是電站獨立的氫氣供應(yīng)系統(tǒng),為設(shè)備的冷卻、系統(tǒng)除氧提供不同壓力的較為純凈氫氣,包括低壓氫氣子系統(tǒng)和高壓氫氣子系統(tǒng)。其中,低壓氫氣子系統(tǒng)為除鹽水運輸和儲存系統(tǒng)(DWS)的催化除氧單元CORS提供除氧用的低壓氫氣,為發(fā)電機(jī)氫氣和二氧化碳系統(tǒng)(HCS)提供冷卻用的低壓氫氣;高壓氫氣子系統(tǒng)為化學(xué)和容積系統(tǒng)(CVS)供氣,用于主系統(tǒng)除氧。高壓氫氣子系統(tǒng)主要是由氫氣拖車、氫氣升壓站、氫氣匯流排、高壓氫氣瓶及相關(guān)儀表管道組成,核心設(shè)備為氫氣升壓站。
文章分為四個部分。首先對三門核電氫氣升壓站進(jìn)行簡介,其次從結(jié)構(gòu)原理和維護(hù)保養(yǎng)兩個方面分別對氫氣升壓站進(jìn)行分析,最后部分為結(jié)束語。
2 氫氣升壓站介紹
固定式氫氣升壓站系統(tǒng)采用1.0~20MPa儲氣瓶中的氫氣作為被壓縮介質(zhì),壓縮空氣作為升壓泵動力源,將氫氣增壓至41.4Mpa。氫氣升壓站系統(tǒng)核心是六臺獨立氫氣專用氣動升壓泵并聯(lián)設(shè)計,三臺平均流量即可達(dá)到流量參數(shù)的要求,可互為備用,當(dāng)某個升壓泵出現(xiàn)問題,可切換至備用升壓泵運行,確保充裝工作可靠性。整套裝置采用全自動控制系統(tǒng),由設(shè)備運行、氫氣安全監(jiān)控報警、系統(tǒng)自動監(jiān)視控制等子系統(tǒng)組成。匯流排為高壓設(shè)計,采用SS316不銹鋼材料,設(shè)計壓力70Mpa。同時可充10個瓶(兩組),可同時操作,也可分別操作,增加充裝靈活性。設(shè)備運行安全可靠并滿足中國及國際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)、規(guī)范的要求,符合氫氣場合安全需要,具備防靜電、無電火花、防爆等安全措施。
3 氫氣升壓站結(jié)構(gòu)原理
氫氣升壓站采用HASKEL AGT-32/62型氣體升壓泵,共六臺。該泵為氣體驅(qū)動,無油潤滑,往復(fù)活塞式雙級氣動增壓器,型號號碼32/62為空氣驅(qū)動活塞面積與壓縮氣體活塞面積之比的近似值??諝怛?qū)動活塞在設(shè)備內(nèi)置的兩個四通氣動換向閥(循環(huán)閥)控制下往復(fù)運動,該閥由空氣換向系統(tǒng)交替加壓和減壓。驅(qū)動活塞和增壓氣體活塞直接相連,壓縮氣體活塞在無需潤滑的條件下往復(fù)運動,對壓縮介質(zhì)不會產(chǎn)生任何污染。驅(qū)動端排出的空氣被用來冷卻壓縮端缸套和級間管路。
氫氣升壓站機(jī)械系統(tǒng)由驅(qū)動空氣路、低壓進(jìn)氣路、氮氣置換路、高壓出氣路、排放路、增壓模塊、檢測模塊、高壓匯流排、氣瓶測溫模塊組成。
具體工作原理如下:首先通入輸入氣體通入驅(qū)動空氣然后打開外控閥門,泵開始正常工作;驅(qū)動氣控制活塞向左運動,進(jìn)行氣體的一級壓縮;右腔室的驅(qū)動空氣泄放,驅(qū)動氣控制活塞向右運動,進(jìn)行氣體的二級壓縮。
3.1 驅(qū)動空氣部分
空氣驅(qū)動部分包括兩個空氣驅(qū)動活塞組合件、一個循環(huán)控制閥、換向閥(一個安裝在上端蓋,另一個安裝在下端蓋)、一條驅(qū)動氣體流通管線(將驅(qū)動氣體由閥的一個端蓋引導(dǎo)至另一個端蓋)、一條導(dǎo)向管(連接兩個串聯(lián)的換向閥)。驅(qū)動控制閥上既沒有彈簧,也沒有制動元件,當(dāng)換向閥交替在活塞內(nèi)測的大面積端面上加壓和泄壓時,循環(huán)閥就開始往復(fù)運動。
3.2 氣體增壓部分
氣體壓縮部分不需使用任何潤滑劑。氣體壓縮部分的使用壽命還取決與所提供氣體的清潔度,所以在氣體入口端配置高精度過濾器(過濾等級為5μ)。如果增壓空氣或其他濕度較大的氣體,初始的露點要足夠低,以防止在增壓器出口壓力下達(dá)到飽和狀態(tài)。當(dāng)設(shè)備使用一段時間后,設(shè)備內(nèi)部的一些微粒會進(jìn)入到氣體輸出管線中,所以氣體管線末端配置高精度過濾器。
3.3 冷卻
氣體壓縮端的有效冷卻方式至關(guān)重要,因為設(shè)備動態(tài)密封件、導(dǎo)向件及靜態(tài)密封件的工作壽命依賴于適當(dāng)?shù)牟僮鳒囟?。該升壓泵利用?qū)動端派出的廢氣冷卻壓縮端缸套,在往復(fù)工作中,驅(qū)動氣體因膨脹作用明顯降溫,因此排出的壓縮空氣是很有效的冷卻介質(zhì)。
理論上,對于大多數(shù)氣體、當(dāng)壓縮比超過3:1后,壓縮過程中溫升會超過密封件的許可溫度。事實上,當(dāng)活塞在低速往復(fù)運動過程中,氣體壓縮所產(chǎn)生的熱量被冷卻的壓縮段缸套和其他金屬部件散發(fā),使這些元件工作在許用溫度范圍之內(nèi)。試驗室測定當(dāng)設(shè)備的壓縮比介于5:1到10:1之間時,壓縮過程中產(chǎn)生的熱量最多,溫升最高。這就說明在活塞循環(huán)速度很高的工況下,采用做功后的驅(qū)動空氣進(jìn)行冷卻是一種非常有效的方法。
4 氫氣升壓站維護(hù)保養(yǎng)
4.1 安全注意事項
如果操作不當(dāng),高壓氣體會給操作人員帶來巨大危險。在設(shè)備試壓和運行時禁止非運行人員打開柜門;在試壓和試運行操作過程中,升壓應(yīng)緩慢,操作人員應(yīng)保持在便于隨時控制驅(qū)動氣體的閘閥位置,工作人員必須在高壓管路2米外觀察工作情況,并注意觀察壓力值時不要正對壓力表;絕對禁止在系統(tǒng)有壓力的情況下進(jìn)行維護(hù)和維修;禁止在系統(tǒng)未裝配完整時進(jìn)行試運行;故障分析及診斷時,如果需要近距離操作,只能在泄壓后進(jìn)行;操作時必須防止跌落現(xiàn)象發(fā)生,否則會損傷或丟失部件。
吹掃程序是用氮氣置換管道內(nèi)的氫氣,在此之前要將管道內(nèi)的高壓氫氣進(jìn)行泄放。執(zhí)行吹掃的目的是為了保證設(shè)備的使用壽命,氫氣具有氫脆現(xiàn)象,且滯留在管道內(nèi)的氫氣可能會與空氣接觸,有爆炸風(fēng)險。吹掃完成后,要關(guān)閉氫中氧分析儀,避免探頭與空氣直接接觸,延長使用壽命。在執(zhí)行設(shè)備檢修前,務(wù)必保證已執(zhí)行吹掃程序,確保高壓氫氣濃度氫氣爆炸極限。
4.2 檢修工藝
作為高壓易爆設(shè)備,氫氣升壓站相關(guān)維護(hù)保養(yǎng)工作需有專業(yè)人士執(zhí)行。在檢修過程中不建議更換和換向針長柄配合的“O”型圈密封件,除非發(fā)生過量泄漏,因為這需要拆卸氣體驅(qū)動部分。如果必須更換,那么請注意安裝過程中各零件的同軸度。使用換向針作為安裝工具,其橡膠面對著定位圈,用一個小榔頭輕敲換向針頂部,直至定位圈的四周的腳彎曲。
將循環(huán)閥再潤滑和組裝后,如果驅(qū)動循環(huán)不正常,則需要進(jìn)行如下測試以檢查哪一個換向針有故障具體測試方法:通入驅(qū)動氣體,如果下端的換向閥失靈,壓力表將指向零。如果上端換向閥失靈,壓力表將顯示驅(qū)動氣壓力,換向針正確的作用將使壓力表在0至驅(qū)動壓力之間快速升降。當(dāng)壓力值在增長過程中變化緩慢時,說明循環(huán)閥一側(cè)的換向針基座存在泄漏。如果壓力下降時緩慢,則說明另一側(cè)的換向針基座存在泄漏。根據(jù)需要檢查和替換零件,還需檢查堵頭處是否向外漏氣。
裝配前,仔細(xì)研究與設(shè)備同時提供的全部技術(shù)資料,如有問題應(yīng)立即停止,向廠家提出技術(shù)支持。檢測并確認(rèn)系統(tǒng)工作過程中所承受的驅(qū)動介質(zhì)最大入口壓力、壓縮介質(zhì)最大入口壓力和出口壓力。確保以上所涉及的三項壓力值在設(shè)備的許用壓力范圍之內(nèi)。確保以上所涉及的三項壓力值在系統(tǒng)中連接管路、接頭、儀表和其他附件的許用壓力范圍之內(nèi)。確保系統(tǒng)配置中包括用于過載保護(hù)和抗沖擊的安全閥或其他保護(hù)裝置。
5 結(jié)束語
對氫氣升壓站的設(shè)計參數(shù)及結(jié)構(gòu)原理兩方面進(jìn)行簡單分析,突出設(shè)備維修保養(yǎng)執(zhí)行過程中需要執(zhí)行相關(guān)安全措施,同時對設(shè)備檢修工藝也有較高要求。所以無論是運行還是檢修人員一定要嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)規(guī)程,確保設(shè)備檢修質(zhì)量和檢修安全,保證氫氣升壓站設(shè)備安全可靠運行。
參考文獻(xiàn)
[1]SMG-MS59-VNM-LS001.三門核電一期工程氫氣升壓站設(shè)備操作維護(hù)手冊[Z].
[2]GB 51506-2010.加氫站技術(shù)規(guī)范[S].
[3]氫氣升壓站設(shè)備規(guī)范書[S].