秦二廠壓縮空氣系統(tǒng)運行及事故分析

崔曉

【摘 要】本文簡要介紹了秦二廠空氣壓縮機的結(jié)構(gòu)、工作原理、運行參數(shù)以及運行方式，著重對秦二廠1、2號機組儀表用壓縮空氣喪失事故進行了分析，針對事故對不同部分的影響以及不同位置喪失儀表用壓縮空氣的應對策略進行了深入的探討，明確給出了在喪失壓空后的處理措施，并結(jié)合實例，總結(jié)了壓空系統(tǒng)檢修工作存在的風險及應對措施。

【關(guān)鍵詞】空氣壓縮機；工作原理；壓空喪失；事故處理

秦二廠的壓縮空氣生產(chǎn)系統(tǒng)主要是生產(chǎn)所有的氣動設(shè)備用壓空以及檢修用壓空，核電廠無論在正常運行還是停機檢修，壓縮空氣都是必不可少的，因此壓空系統(tǒng)的運行狀態(tài)對核電廠的安全穩(wěn)定運行具有非常重要的意義，一旦機組失去壓縮空氣，會對機組的安全產(chǎn)生嚴重威脅。鑒于壓空系統(tǒng)如此重要，有必要對壓空機的原理及運行參數(shù)有更多的了解。

1 壓縮空氣生產(chǎn)系統(tǒng)的功能和工作原理

壓縮空氣生產(chǎn)系統(tǒng)由主壓縮空氣生產(chǎn)系統(tǒng)和應急壓縮空氣生產(chǎn)系統(tǒng)組成。主壓縮機是ZR250型空氣壓縮機，是一種由電機驅(qū)動的二級螺桿、無油潤滑、水冷式壓縮機，輸出的壓縮空氣無油、無脈動。壓縮機整機放置在一個隔音的機柜中，主要由空氣進口過濾器、壓縮機的低壓部件、中間冷卻器、壓縮機的高壓部件、后置冷卻器、驅(qū)動裝置、齒輪箱、疏水器、安全閥和控制系統(tǒng)組成。而應急空氣壓縮機為風冷無油螺桿式的空氣壓縮機。

主空氣壓縮機的簡圖如圖1：

1.1 空氣流程

常溫常壓的空氣經(jīng)空氣過濾器除去灰塵后被壓縮機低壓缸吸入，經(jīng)過壓縮后壓力升高到1.9-2.2Mpa后排出低壓缸；然后進入中間冷卻器和阻濕器冷卻并分離冷凝水，再進入高壓缸被壓縮到與管網(wǎng)平衡的壓力后進入后冷卻器和阻濕器冷卻并分離冷凝水；最后排出壓縮機匯集到壓縮機出口母管。壓縮空氣進入干燥機的工作塔后被干燥劑吸附了水分后排出工作塔。干燥的壓縮空氣分為兩部分，一部分（15%）經(jīng)過減壓后進入再生塔再生干燥劑，另一部分進入出口母管流到SAP儲罐和SAT儲罐，經(jīng)過儲罐進入SAP和SAT管網(wǎng)。

空氣在壓縮機內(nèi)的流程如圖2：

1.2 潤滑油系統(tǒng)

潤滑油主要用于壓縮機的潤滑，它經(jīng)油泵增壓后，從齒輪箱的油池循環(huán)流過油冷卻器和油過濾器，再流向壓縮機軸承和同步齒輪。如果油回路壓力過高時，旁通閥將開啟，油回路的部分油直接進入油箱。

1.3 冷卻水系統(tǒng)

冷卻水對潤滑油、壓縮機部件及壓縮空氣進行冷卻，冷卻水主要分為兩個回路。一路冷卻油，另一路冷卻壓縮空氣。從壓縮機出來的冷卻水最后匯集在一起經(jīng)過管道流到冷卻塔頂部，然后從冷卻塔的填料上淋下。冷卻水中少量的水汽化進入空氣中帶走了熱量冷卻水的溫度得到了降低。被冷卻了的水流到冷卻塔的集水池后被水泵泵出后分為兩部分，一部分進入冷水機組另一部分從冷水機組旁路流過，這兩部分冷卻水匯流在一起進入壓縮機構(gòu)成循環(huán)。

1.4 壓縮機運行參數(shù)

壓縮機運行參數(shù)

——最大工作壓力10bar； 正常工作壓力9bar；

——空氣過濾器的壓差低于0.044bar；

——中間冷卻器的壓力 1.9-2.2bar；

——冷卻水輸入溫度：低于40℃；

停機定值

——油壓：2-2.5bar ，低于1.2bar自動停機；

——油溫： 高于70℃自動停機；

——低壓轉(zhuǎn)子出口溫度：正常160-180℃，高于235℃自動停機；

——高壓轉(zhuǎn)子出口溫度：正常140-175℃，高于235℃自動停機；

——高壓轉(zhuǎn)子進口溫度：大約25℃，高于70℃自動停機；

2 壓縮空氣的分配及供氣方式

2.1 供氣方式：

（1）由0SAP系統(tǒng)通過1/2SAP069VA向每臺機組的SAR管網(wǎng)供氣；

（2）每臺機組各有兩臺應急空壓機，向本機組的SAR管網(wǎng)供氣；

（3）通過0SAP400VA，由擴建機組的壓空系統(tǒng)向1、2號機組的SAR管網(wǎng)供氣；

（4）通過開啟1SAR111VA、2SAR1000/111/000VA，一臺機組可由另一臺機組供氣。

（5）兩臺機組的SAR管網(wǎng)可通過聯(lián)通閥9SAR669VA相連，向電氣廠房和核輔助廠房的公用用戶供氣。

2.2 SAR管網(wǎng)可分為三部分：常規(guī)島及BOP管網(wǎng)、反應堆廠房內(nèi)管網(wǎng)、反應堆廠房外核島管網(wǎng)。

2.2.1 反應堆廠房：

SAR003BA：

設(shè)計容量4m3，能確保下列控制閥正常運行24小時（對RCV02/03/07/08/09/310/082VP各操作兩次和對RCV227VP操作150次，以確保24小時內(nèi)機組從滿功率降至冷停堆工況）

-RCV下泄管線上RCV002/003/007/008/009VP；

-RCV與RRA連接管線上RCV310/082VP；

-穩(wěn)壓器輔助噴淋管線上RCV227VP。

SARO03BA上安裝有一壓力開關(guān)，如果SAR失效時，將在主控室觸發(fā)SAR001AA（DEC報警）。

2.2.2 常規(guī)島廠房：

SAR101BA/102BA：設(shè)計容量11.78m3，確保常規(guī)島調(diào)節(jié)閥能正常運行2小時（即兩小時內(nèi)壓力不會從0.68MPa.g降至低于0.4MPa.g）。

SAR103BA： 設(shè)計容量1.2m3，能確保GCT-C系統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥正常運行2小時。

2.2.3 電氣廠房：

SAR016BA： 設(shè)計容量1.5m3，可確保在失去氣源情況下GCT大氣排放系統(tǒng)閥門和LLS001VV正常運行24小時，使反應堆達到冷停堆狀態(tài)。另外，每個系列的GCT大氣排放閥都有三個自備的空氣緩沖罐GCT001BA/002BA/003BA/004BA/005BA/006BA，設(shè)計容量2.5m3，保證6小時內(nèi)操作每列GCT-a的排放閥全開或全關(guān)至少10次后，壓力不低于0.34MP.g。

2.2.4 連接廠房：

SAR023BA/024BA：設(shè)計容量3.9m3，供應給ASG汽動泵對應的輔助給水流量調(diào)節(jié)閥，可保證6小時以上操作的用氣量。

2.2.5 核輔助廠房和燃料廠房：

SAR002BA和9SAR004BA：設(shè)計容量各1m3，能承受短期的SAR喪失。

SAR017/0l8/019/020/02l/022BA：可保證下游閥門兩次全開和全關(guān)操作的用氣量。

3 功率運行時SAR管網(wǎng)壓力下降的現(xiàn)象及響應

機組功率運行時，當發(fā)現(xiàn)SAP管網(wǎng)壓力持續(xù)下降時，應立即密切監(jiān)視機組參數(shù)，要求現(xiàn)場啟動備用的壓空機，停止所有的檢修用氣并安排查漏。當SAP001MP降至0.66MPa.g以下時，要求現(xiàn)場確認兩臺應急空壓機已啟動且運行正常。如壓力不能維持，應立即通知擴建機組啟動一臺備用空壓機，通過0SAP400VA給0SAP管網(wǎng)供給壓空。如果壓力繼續(xù)下降至0.58MPa.g， SAP067VA將自動關(guān)閉，主控出現(xiàn)SAP007AA（DEC報警），進入DEC規(guī)程，由DEC規(guī)程引導進入I SAR 1規(guī)程（安全殼外壓縮空氣系統(tǒng)故障）。在確認SAP067VP關(guān)閉以后，為避免由于ARE閥門失氣關(guān)閉觸發(fā)蒸汽發(fā)生器液位低低而導致反應堆緊急停堆，應立即使汽機跳閘。由于GCT-C壓縮空氣有一定的保持時間，這一瞬變既不影響GCT大氣排放也不會影響VVP的安全閥。如果此時管網(wǎng)壓力開始回升，說明故障發(fā)生在常規(guī)島SAR管網(wǎng)上，背壓控制閥SAP067VA開度會隨上游壓力波動。為了保護SAR管網(wǎng)其它部分，應關(guān)閉SAP067VA上游手動閥SAP065VA，隔離常規(guī)島SAR管網(wǎng)，操縱員根據(jù)規(guī)程將機組穩(wěn)定在熱停堆狀態(tài)。

如果在SAP067VA關(guān)閉以后，管網(wǎng)壓力繼續(xù)下降，說明故障部分在核島，具體是在殼內(nèi)還是殼外，可通過以下三點來判斷：安全殼壓力持續(xù)上升、進入安全殼的SAR流量大于60m3/H、SAR001AA報警出現(xiàn)，如果有一個條件符合，說明故障在殼內(nèi)，否則在殼外。如果故障在殼內(nèi)，進入I SAR 2規(guī)程（安全殼內(nèi)壓縮空氣系統(tǒng)故障）；如故障發(fā)生在殼外，RCV046VP/061VP會失氣開啟，RCV010VP會失氣關(guān)閉，從而導致RCV002VP/003VP/007VP/008VP/009VP自動關(guān)閉，這樣只有上充沒有下泄必將導致穩(wěn)壓器滿水，所以此時應立即關(guān)閉RCV050VP，隔離上充，并要求現(xiàn)場調(diào)節(jié)主泵軸封注入流量至1.8m3/h.臺，維持穩(wěn)壓器水位在零功率水平。將上充泵吸入口切換至PTR水箱，并對一回路直接硼化至熱停堆要求濃度。一回路壓力通過穩(wěn)壓器加熱器和輔助噴淋（現(xiàn)場手動打開RCV046VP一定開度）穩(wěn)定在達到的值。如果預計失氣時間超過6小時，則停運一臺主泵（RCP002PO），減少ASG的耗水量，但保持RCP001PO運行以維持連續(xù)噴淋，向后備狀態(tài)過渡。由二回路以不大于28℃/h的速率冷卻一回路，此時一，二回路操縱員應密切聯(lián)系，防止冷卻速率過快而導致一回路過冷，穩(wěn)壓器水位由于收縮而下降過快。一回路壓力通過穩(wěn)壓器加熱器和輔助噴淋控制在P-T區(qū)域內(nèi)，穩(wěn)壓器水位通過調(diào)節(jié)主泵軸封水的注入流量來穩(wěn)定，在降溫降壓過程中應注意閉鎖安注信號，防止意外安注。

如果由SAR001AA報警進入DEC規(guī)程，則直接進入I SAR 2。判定后立即以30MW/min的速率降負荷，然后手動停機并快速進入熱停堆。關(guān)閉SAR432VA以隔離安全殼內(nèi)、外管網(wǎng)，避免安全殼升壓。此時可通過RCV002/003VP的意外關(guān)或是RCV310VP的意外開來判斷殼內(nèi)應急供氣網(wǎng)路（SAR003BA）是否可用。

4 實例分析

4.1 為處理0SAP冷卻水回路流量低問題將0SAP全部停運

0SAP系統(tǒng)冷卻水流量正常應該在90-100m3/h左右，而目前流量只有75m3/h ，導致空壓機冷卻水流量不足，需要將備用空壓機的冷卻水回路閥門關(guān)閉保證運行空壓機的冷卻。107大修準備全停0SAP系統(tǒng)，對冷卻水泵入口管線的相關(guān)閥門進行檢修，1/2號機組壓空需要由擴建機組壓空機供給。

該操作最大的風險就是當1/2號機組壓空切換到擴建機組供氣后，擴建機組壓空機出現(xiàn)故障或其他原因?qū)е鹿芫W(wǎng)壓力無法維持時，將影響2號機組的正常運行和一號機組乏池水閘門的供氣以及DVL/DVF/DVC等通風系統(tǒng)風閥的誤動作，所以在試驗前一定要確認：（1）擴建機組三臺壓空機運行正常且無檢修，并進行供給壓空匹配試驗，確保能夠保持管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定；（2）1/2號機組的應急空壓機處于正常備用狀態(tài)，且已做完一個小時的帶載試驗，試驗合格；（3）停止所有正在使用的檢修壓空；（4）確認乏池補水管線可用；（5）檢修工作盡量迅速完成，工作完成后立即切到正常壓空機供氣。

4.2 為處理1號機組應急壓空相關(guān)閥門缺陷，1號機SAR管網(wǎng)由2號機SAR管網(wǎng)供給

107大修為處理1SAP077/087/040/216/218VA閥門缺陷，需將1SAP001/002CO隔離，1號機SAR管網(wǎng)需由2號機SAR管網(wǎng)供給。

供氣簡圖如圖3：

此工作的風險也同樣在于管網(wǎng)壓力無法維持時，將影響2號機組的正常運行和一號機組乏池水閘門的供氣以及DVL/DVF/DVC等通風系統(tǒng)風閥的誤動作，所以一定要注意一下幾點：

（1）2SAP693VA保持關(guān)閉，防止下游管網(wǎng)故障時，不能保證核島的供氣；

（2）確認9SAR669VA開啟，保證DVL/DVC/DVF等通風系統(tǒng)正常運行；

（3）停止所有正在使用的檢修壓空；

（4）1號機定期對乏池水閘門壓空壓力進行巡檢，密切監(jiān)視乏池液位。

（5）密切監(jiān)視2號機組管網(wǎng)壓力，在發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)壓力降低較快時，立即派人啟動第三臺空壓機，必要時停止2號機向1號機的供氣。

5 結(jié)束語

核電廠全部失去儀用壓空事故雖然發(fā)生的概率比較低，但是部分區(qū)域失去儀用壓空事件發(fā)生的可能性還是非常大的，并且一旦發(fā)生后果比較嚴重。所以在機組正常運行時要采取各種手段來保證儀用壓空系統(tǒng)運行和設(shè)備的可靠性，提高日常檢修和維護的質(zhì)量，加強對主控和現(xiàn)場運行人員的培訓和以提高運行人員的事故處理能力以確保機組安全。

【參考文獻】

[1]核二院 壓縮空氣生產(chǎn)系統(tǒng)手冊.

[2]Atlas Copco Instruction Book of Stationary Air Compressors.

[3]秦二廠 安全殼外的壓縮空氣系統(tǒng)故障 （I SAR 1）.

[4]秦二廠 安全殼內(nèi)儀用壓縮空氣系統(tǒng)失效（I SAR 2）.

[責任編輯：朱麗娜]