核電站壓縮空氣系統(tǒng)故障分析和處理措施

陳金超　馬鵬飛

摘要：核電廠壓縮空氣生產(chǎn)系統(tǒng)以無油螺桿壓縮機(jī)為主體來保持系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并且其自身存在空氣潔凈度高、技術(shù)成熟、可靠性高等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于核電廠壓縮空氣生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)。但由于海南的天氣與其他地方相比存在較大差異，其空氣濕度大、溫度高，導(dǎo)致無油螺桿壓縮機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中會出現(xiàn)各方面問題。本文以海南某核電站為例，闡述了壓縮空氣系統(tǒng)的構(gòu)成及功能，介紹了其運(yùn)行途徑，并依據(jù)在核電運(yùn)行過程當(dāng)中不同電機(jī)調(diào)試期間和壓縮空氣系統(tǒng)運(yùn)行期間所出現(xiàn)的問題，進(jìn)一步探究該系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中所存在的不足，從而提出有效的策略，以增強(qiáng)壓縮空氣生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

關(guān)鍵詞：壓縮空氣系統(tǒng)? 運(yùn)行方式? 壓空喪失? 問題

Fault Analysis and Treatment Measures of Compressed Air System in Nuclear Power Plant

Baoe Chen? Ma Pengfei

（Hainan Changjiang Nuclear Power Mail Company， Changjiang， Hainan Province， 572733 China）

Abstract： The compressed air production system of nuclear power plant is based on oil-free screw compressor to keep the system running normally. It has the characteristics of high air cleanliness， mature technology and high reliability， and is widely used in the compressed air production system of nuclear power plant. However， because the weather in Hainan is quite different from other places， its air humidity and temperature are high， which leads to many problems in the actual operation of the oil-free screw compressor. In this paper， the functions and components of the compressed air system of a nuclear power plant in Hainan are summarized， and its operation ways are introduced. And according to the problems that occurred during the commissioning of different motors and the operation of the compressed air system during the operation of the nuclear power plant， the problems existing in the design of this system are pointed out. At the same time， the fault situation of air compressor is explored， so as to effectively improve the stability and reliability of system operation.

Key Words： Compressed air system; Operation mode; Loss of compressed air; Problem

海南某核電廠共計(jì)有6臺核電機(jī)組，只有2臺利用其他型號的機(jī)組，而剩余4臺機(jī)組采用M310型號的改進(jìn)性壓水堆機(jī)組。并在系統(tǒng)內(nèi)安裝了大量氣動閥門，建立了壓縮空氣生產(chǎn)系統(tǒng)和分配系統(tǒng)。同時(shí)，壓縮空氣系統(tǒng)作為核電廠最重要的環(huán)節(jié)，其可靠性和適用性對核電機(jī)組順利實(shí)施來說具有至關(guān)重要的意義。本文對海南某核電4臺機(jī)組壓縮空氣系統(tǒng)運(yùn)行和設(shè)計(jì)方面進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其中所存在的問題，并根據(jù)問題提出針對性的意見。

海南某核電廠機(jī)組壓縮空氣系統(tǒng)主要是由儀表壓縮空氣分配系統(tǒng)、壓縮空氣生產(chǎn)系統(tǒng)、公用壓縮空氣分配系統(tǒng)構(gòu)成。其中，壓縮空氣生產(chǎn)系統(tǒng)主要是向核電廠輸送大量空氣。同時(shí)，壓縮空氣系統(tǒng)要嚴(yán)格遵循防御原則，要對兩個(gè)方面進(jìn)行設(shè)置：一方面，在廠房內(nèi)增加了2臺應(yīng)急空氣壓縮機(jī)，確保給機(jī)組SAR系統(tǒng)提供充足的后備能源;另一方面，在空氣壓縮機(jī)房中安裝6臺主壓空機(jī)，給4臺SAR系統(tǒng)和SAT系統(tǒng)提供足量的壓縮空氣。

目前，在廠房內(nèi)共安裝了6臺主壓空機(jī)，基于設(shè)計(jì)情況，將2臺主壓空機(jī)作為備用，4臺作為日常使用。壓空機(jī)可通過聯(lián)控的方式來進(jìn)行就地控制，根據(jù)OSAP主壓空管網(wǎng)壓力信號，按照正常順序進(jìn)行自動開啟和關(guān)閉，從而將管網(wǎng)壓力控制在絕對壓力下（0.85～1.0MPa）。而對于另外2臺應(yīng)急壓空機(jī)，工作人員可將一臺機(jī)器作為備用模式，另一臺機(jī)器作為負(fù)荷模式。如果這2臺壓空機(jī)都遇到某種問題，陷入停運(yùn)狀態(tài)，會給下游SAP管網(wǎng)帶來嚴(yán)重影響，極大降低其壓力值，而這時(shí)另2臺應(yīng)急壓空機(jī)會自動開啟，確保下游網(wǎng)關(guān)壓力達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值。而處于負(fù)荷模式的應(yīng)急壓空機(jī)會跟隨1SAP管網(wǎng)壓力降低而降低，當(dāng)下降到0.68MPa時(shí)，會自動啟動。如果這時(shí)管網(wǎng)壓力仍然在降低，當(dāng)數(shù)值達(dá)到0.66MPa時(shí)，備用的應(yīng)急壓空機(jī)會主動運(yùn)行。與此同時(shí)，這2臺壓空機(jī)也可通過人工操作的方式進(jìn)行啟動。

隨著OSA不斷向1SAT和1SAP兩種不同系統(tǒng)進(jìn)行單向供氣，要利用專業(yè)工具，在0SAP和1SAP系統(tǒng)之間的供氣管道內(nèi)設(shè)置內(nèi)逆止閥以及電動隔離閥門。如果機(jī)組處于正常工作狀態(tài)，1SAP069VA一直處于開啟狀態(tài)，而主壓空機(jī)會合理運(yùn)用0SAP管網(wǎng)特征，不斷向1SAR和1SAP進(jìn)行供氣;當(dāng)壓空管網(wǎng)壓力下降到規(guī)定值后，應(yīng)急壓空機(jī)逐漸向1SAR管網(wǎng)提供空氣。為避免逆止閥回座給供氣造成影響，工作人員要手動關(guān)閉電動閥。同時(shí)，工作人員可根據(jù)實(shí)際情況，在壓縮空氣系統(tǒng)內(nèi)安裝自動控制閥門，可確保SAP系統(tǒng)供氣的規(guī)范性和準(zhǔn)確性，并且儀表用壓縮空氣高于公用壓縮空氣;核島用氣高于BOP區(qū)域用氣?？偠灾?，通過在常規(guī)島供氣管線內(nèi)增加自動調(diào)節(jié)閥，當(dāng)壓空管網(wǎng)壓力值下降到0.58MPa時(shí)，該閥門會主動閉合，阻止常規(guī)島和儀用壓空管網(wǎng)的供氣，從而保證核島用氣量。當(dāng)BOP區(qū)域內(nèi)SAR壓力明顯不足時(shí)，可轉(zhuǎn)換到其他機(jī)組SAR供給上面。

2.2.1? 0SAP主壓空喪失

當(dāng)0SAP空氣壓力徹底喪失后，會給1/2SAT和9SAT系統(tǒng)帶來嚴(yán)重影響。同時(shí)會造成以下影響：第一，DVC系統(tǒng)內(nèi)的干燥氣體會逐漸減少，濕度不斷提升，會造成碘過濾器無法使用，一旦發(fā)生安全事故，會導(dǎo)致放射性氣體直接流入主控室，從而給主控室?guī)韲?yán)重污染，從而降低機(jī)組核安全水平;第二，當(dāng)DVN碘過濾器回路旁邊的管線沒有正壓密封氣源時(shí)，如果在燃料廠房和核輔助廠房出現(xiàn)放射性污染，很容易導(dǎo)致空氣流于大氣層，造成放射性物質(zhì)排放不可控的問題;第三，0SAP壓空失去作用，這時(shí)會自動啟動機(jī)組應(yīng)急壓空機(jī)，如果應(yīng)急空機(jī)啟動也出現(xiàn)故障，那么會直接導(dǎo)致下游1/2SAR、1/2SAP失去壓力。

2.2.2? 1/2SAR失去壓空

1/2SAR 壓縮空氣便于很多區(qū)域的應(yīng)用，如RX、LX等區(qū)域。部分與核安全具有較強(qiáng)聯(lián)系的用戶，構(gòu)建大量獨(dú)立壓空儲罐，能確保核島安全級氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的供氣數(shù)量，當(dāng)上游SAR壓空失去時(shí)，也能夠正常操作氣動閥門，有利于實(shí)現(xiàn)機(jī)組安全后恢復(fù)到冷停堆狀態(tài)。對未壓空罐供應(yīng)的閥門，一旦SAR管網(wǎng)壓力降低到一定閾值，當(dāng)數(shù)值低于0.4MPa時(shí)，該閥門會停留在故障安全狀態(tài)，無法對其進(jìn)行有效控制。其中一些設(shè)備會出現(xiàn)失氣情況，從而給機(jī)組運(yùn)行帶來嚴(yán)重影響。

ZC廠房的附屬設(shè)備和壓空機(jī)一般是由兩個(gè)系列構(gòu)成：9LGIB是給雙數(shù)主空壓機(jī)提供6.6kV動力電源，利用0LKM6.6/0.4kV干式變壓器提供低壓電源（如圖1所示）;而9LGIA給單數(shù)主空壓機(jī)提供同樣的動力電源和0LKM6.6/0.4kV干式變壓器提供低壓電源。從上述描述可知，該種供電效應(yīng)，一旦由于某種問題停電，會導(dǎo)致4臺空壓機(jī)無法正常工作，只剩下2臺備用空壓機(jī)可正常運(yùn)行。同時(shí)將空壓機(jī)設(shè)備可進(jìn)行維持工作因素納入其中，就僅有一臺空壓機(jī)可用，而主壓空機(jī)組是整個(gè)核電廠的供氣源頭，一旦供氣量無法滿足實(shí)際需求，會導(dǎo)致所有機(jī)組的SAT和SAP失去作用。針對以上問題，可對2/3兩臺0SAP空壓機(jī)進(jìn)行優(yōu)化。

方案一：將 0LKW002TB和 0LKO002TB上面的380抽屜開關(guān)出線電纜重新擺放，將OLKO所攜帶的電源和附屬設(shè)備電影進(jìn)行對調(diào)。

方案二：可將2/3兩臺0SAP空壓機(jī)6.6kV電源進(jìn)行置換，也就是將0SAP402CO轉(zhuǎn)換為9 LGIA來進(jìn)行供電作業(yè)。

通過上面兩種方式都能讓2臺壓空機(jī)設(shè)備電壓與壓空機(jī)保持一致，可確保6.6kV母線停電只會對其中3臺壓空機(jī)造成影響，相比于未優(yōu)化前，可多應(yīng)用1臺主壓空機(jī)。目前第二種方式更為簡單，很多企業(yè)都在應(yīng)用。

應(yīng)急壓系統(tǒng)可安裝遠(yuǎn)傳壓力表，將壓力數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺厥?，并在壓力值低?.58MPa時(shí)，會觸發(fā)警報(bào)（如圖2所示）。

由圖2可知，一旦壓力表測點(diǎn)位置與預(yù)測位置出現(xiàn)較大差異，會造成1SAP001MP無法有效反應(yīng)出壓力值。目前，當(dāng)系統(tǒng)逆止閥壓力下降時(shí)，002BA仍然可通過主壓空系統(tǒng)供氣，來確保壓力值的正常。根據(jù)核電廠機(jī)組運(yùn)行路線，當(dāng)機(jī)組帶功率運(yùn)行到設(shè)定值時(shí)，會觸發(fā)警報(bào)系統(tǒng)，工作人員要立刻實(shí)行事故處理程序，手動關(guān)閉汽輪機(jī)閘門，將反應(yīng)堆停留在熱停堆狀態(tài)，而核電廠要進(jìn)入應(yīng)急待命狀態(tài)。

綜上所述，本文根據(jù)海南某核電廠的實(shí)際情況，對壓縮機(jī)空氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的問題進(jìn)行探究，從系統(tǒng)運(yùn)行管理和設(shè)計(jì)優(yōu)化兩個(gè)方面提出了相關(guān)建議，以期提升壓縮機(jī)空氣系統(tǒng)的性能，提高其運(yùn)行安全性和效率。

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