非能動加氨設(shè)備在核電廠的應用

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)定性運行。。二回路系統(tǒng)原設(shè)計用液氨配制氨水，通過加氨儲罐、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)，給出了應對的優(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

隨著我國核電事業(yè)的發(fā)展，核電廠的安全運行顯得尤為重要。福清核電二回路系統(tǒng)通過加氨的方式調(diào)節(jié)pH，減緩二回路腐蝕，保障設(shè)備安全、可靠穩(wěn)定性運行。為便于儲存和運輸，工業(yè)上通常采用常溫高壓或低溫加壓的方式將氨液化，液氨的化學性質(zhì)表現(xiàn)為水溶液呈堿性。液氨遇熱、明火等難以點燃，其危險性較低，但氨和空氣混合物達到16 %～25 %濃度范圍時遇明火會燃燒和爆炸，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，嚴重者可發(fā)生角膜穿孔。皮膚接觸液氨可致灼傷。當空氣中氨濃度達700 mg/m3時，人體吸入30 min即可中毒，濃度達到1750～4500 mg/m3時，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，導致121人死亡，76人受傷，17234 m2 主廠房及主廠房內(nèi)生產(chǎn)設(shè)備被損毀，直接經(jīng)濟損失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，通過技改優(yōu)化由液氨改為氨水儲罐的配藥方式已迫在眉睫，文章通過分析現(xiàn)有液氨加藥方式不足，提出技改增加非能動加氨存儲設(shè)備，以降低現(xiàn)場加氨導致的安全風險，保障現(xiàn)場安全穩(wěn)定運行。通過技改實際，保障現(xiàn)場設(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添加劑注入系統(tǒng)（SIR）設(shè)計上使用純度為99.6%的液氨來配制濃度為3%-5%的氨水溶液。供貨廠家通過供貨液氨鋼瓶到現(xiàn)場，化學人員聯(lián)系叉車卸載液氨鋼瓶，將空液氨鋼瓶叉回廠家裝貨物。

氨水配制過程為：化學人員需穿戴全面罩，防護服更換新的液氨鋼瓶，先開啟液氨鋼瓶瓶閥，再打開氨溶液箱氨氣管電動球閥，開啟液氨鋼瓶噴淋水球閥，噴淋液氨鋼瓶外壁加快液氨鋼瓶內(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%的氨水溶液配制過程。現(xiàn)場使用存在以下幾個方面問題：

液氨鋼瓶的使用存在重大安全風險。電站設(shè)計上共存儲6個高壓液氨鋼瓶，每個液氨鋼瓶重約800kg（液氨凈重400kg），充壓3MPa.a。液氨鋼瓶更換時，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險源。嚴重情況下，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)下無緩解措施，威脅機組安全穩(wěn)定運行。一旦出現(xiàn)不可控的氨氣泄漏，工作人員將無法及時更換氨氣鋼瓶，可能導致核電廠二回路給水系統(tǒng)無法及時注入氨水溶液而停機。福清核電曾經(jīng)出現(xiàn)過液氨鋼瓶出口閥無法關(guān)嚴，導致只能講液氨鋼瓶氣體全部排出更換。

液氨使用浪費率高。在實際使用中，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%的藥品無法使用。

配藥時間長，工作效率低。使用液氨鋼瓶進行氨溶液配制，每罐3%-5%濃度的氨水溶液配藥時間平均為2h，耗時較長，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，且配置了氨氣報警儀器，氨氣噴淋裝置，但是設(shè)備泄漏帶來的風險及經(jīng)濟損失無法估量。

3.福清核電廠二回路加氨裝置的優(yōu)化

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

轉(zhuǎn)運箱使用316L不銹鋼材質(zhì)，其中氨水轉(zhuǎn)運箱為2個容積為5m3的罐體轉(zhuǎn)運箱與配藥計量箱高位差2m，實現(xiàn)氨水通過重力流入計量箱。

每個轉(zhuǎn)運箱配套設(shè)置1個磁翻板液位計，1個對空呼吸閥（氨氣吸收），1個進藥閥，1個出藥閥以及1個排污閥。進藥管道使用DN25的304不銹鋼管，出藥管及排污管使用DN32的不銹鋼管。

供貨廠家用槽車運輸17%的氨水溶液，車上配制車載泵，現(xiàn)場提供電源。整個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)場設(shè)計施工見流程圖。

4.二回路非能動加氨裝置效果

福清核電1-4號機組相繼完成了非能動加氨設(shè)備的安裝使用，現(xiàn)場使用效果良好。相比于原液氨鋼瓶加藥方式，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟效益：

用17%的氨水替代徹底消除了高壓液氨鋼瓶使用帶來的重大安全風險，同時兩個5立方的儲運罐體，也保障現(xiàn)場生產(chǎn)的需要;

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

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

5.結(jié)語

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的安全風險。

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

參考文獻：

[1]鄒志紅，云逸，王惠文.兩階段模糊法在海河水系水質(zhì)評價中的應用[J].環(huán)境科學學報，2008，28（4）：799-803.

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

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