核電廠VNA系統(tǒng)碘回路電加熱器運行與控制的優(yōu)化方案

鄭仕建，胡 靖

(中國核電工程有限公司華東分公司,浙江 嘉興 31400)

0 引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展步伐的加快和人們生活質(zhì)量的不斷提高，電加熱器的應用已滲透到國民經(jīng)濟眾多領(lǐng)域和人們生活的方方面面電加熱器的廣泛應用，既給人們帶來實實在在的方便,又促進了國民經(jīng)濟高速健康發(fā)展，但在應用中，人們最大期望是安全[1]。

在電站正常運行時，為保持核輔助廠房和電氣廠房高溫區(qū)的內(nèi)部溫度在設(shè)備正常運行、人員健康及安全所規(guī)定的范圍之內(nèi)，需要啟動電加熱器對進入核輔助廠房的空氣進行加熱[2]。電加熱器在核電廠的應用非常廣泛、數(shù)量大，當發(fā)現(xiàn)加熱器損壞時，僅僅用更換加熱元件的方式進行處理，無法從根本上解決問題，需要找到根本原因，從而采取更加有針對性的方案進行處理[3]。

1 碘回路電加熱器運行與控制問題概述

華龍一號核輔助廠房通風系統(tǒng)碘回路電加熱器在運行過程中，因檢修工作需要，技術(shù)人員打開了通風小室N758房間密閉門，進入房間工作，同時為防止負壓傷害，在工作過程中保持該密閉門完全開啟，該回路的碘排風機始終保持運行，并通過開啟的密閉門吸風，將上游的電熱器旁通，造成電加熱器斷流，但是，上述異常運行工況意外的滿足了電加熱器保持運行的所有條件，導致電加熱器未能第一時間停運，對其周圍的空氣繼續(xù)加熱，直至空氣溫度高信號觸發(fā)連鎖電加熱器停運，電加熱停運后，其余熱繼續(xù)對周圍的高溫空氣加熱，周圍設(shè)備、管道油漆被烤糊，高溫空氣、濃煙引發(fā)了較大范圍的火災報警信號，運行部門消防二級干預隊緊急響應處置。該事情發(fā)生后，引起了監(jiān)管部門的高度關(guān)注。

電加熱器溫度的控制是過程控制的一個重點,其特點包括大時滯、非線性、難以建立精確數(shù)學模型等[4]。

為了更為直觀的對該案例進行剖析，繪制了核輔助廠房通風系統(tǒng)碘回路工藝流程簡圖，詳見圖1所示[5]。

圖1 核輔助廠房通風系統(tǒng)碘回路工藝流程簡圖

核輔助廠房通風系統(tǒng)碘回路由兩個具備完全碘排風能力的獨立系列回路組成，每個系列由閥門、管道、儀表、過濾器、碘吸附器、電加熱器、風機等組成，碘回路的空氣經(jīng)過核空氣凈化處理后最終通過煙囪排往大氣。

應用于核電廠通風系統(tǒng)中的碘吸附器,主要用于捕集通風系統(tǒng)空氣中的碘及其有機化合物,減少排風的放射性水平。碘吸附器的吸附率受溫度和相對濕度影響明顯,相對濕度太大或者溫度過高都會導致吸附效率下降[6]。

核輔助廠房通風系統(tǒng)碘回路設(shè)備清單詳見表1所示。電加熱器控制邏輯圖詳見圖2所示。

圖2 電加熱器控制邏輯圖

表1 碘回路設(shè)備清單

根據(jù)邏輯圖所示，當?shù)饣芈放c電加熱器對應的風機運行、碘回路空氣濕度高、碘回路空氣溫度不高三個條件同時滿足時，電加熱器啟動并保持運行，當上述三個條件有任何一個不滿足時，電加熱器停運。

當N758房間密閉門打開后，運行風機通過房間直接吸風，風機可以正常運行，但是造成了103電加熱器事實上的斷流，但是，在斷流后的一個短時間內(nèi)，電加熱器保持運行的三個條件仍然同時滿足，電加熱器運行干燒。當空氣溫度升高，達到117溫度開關(guān)的閾值后，電加熱器的連續(xù)運行的三個條件不再同時滿足，電加熱器保護停運。

2 原因分析

本案例發(fā)生的原因，可以歸納為如下兩個方面：

(1)電加熱器控制邏輯設(shè)計不夠完善。原控制邏輯對電加熱器的保護已屬嚴密，通風、溫度、濕度任一不滿足，電加熱器都無法啟動或運行。但是，現(xiàn)場情況的復雜性和隨機性超出了設(shè)計初衷。N758房間有檢修工作，進入通風小室開展工作，為保護工作人員不受負壓傷害，保持通風小室的門處于開啟狀態(tài)，都是合理的，正當?shù)?，但是，這一異常運行狀態(tài)超出了設(shè)計預期，直接導致了問題的發(fā)生；

(2)對通風小室的特殊性認識有待提升。通風小室是土建風道，既是建筑物，也是通風系統(tǒng)的管道。通風小室的密閉門既是門，也是通風系統(tǒng)風管上的特殊隔離閥。N758通風小室的門開啟過于隨意，相當于持檢修票就進入了核輔助廠房通風系統(tǒng)內(nèi)部工作，而且未隔離系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)動設(shè)備，雖然為了人員不受傷害，采取臨時技防措施，保持了通風小室門開啟，但是，最終的結(jié)果是顧此失彼，造成了設(shè)備嚴重受損的后果。

3 優(yōu)化方案及效果分析

根據(jù)對本案例發(fā)生的原因分析，提出針對性的優(yōu)化方案。優(yōu)化方案主要由兩部分組成，第一部分完善電加熱器的控制邏輯，在電加熱器的上游增加一個流量開關(guān)，用于檢測電加熱器空氣流量，當空氣流量低于流量開關(guān)的閾值時，觸發(fā)電加熱器停運信號，保護電加熱器停運，這里需要強調(diào)的是，參與電加熱器控制邏輯的空氣流量開關(guān)應該設(shè)置于電加熱器上游合適位置，不應設(shè)置于電加熱器的下游；第二部分，對電加熱器所在通風回路的通風小室運行管理進行優(yōu)化，主要體現(xiàn)在兩方面：第一方面，通風小室上鎖，在密閉門醒目位置張貼通風小室密閉門的開啟流程及風險告知牌；第二方面，通風小室的密閉門采取特殊的物項編碼，具體編碼形式為門編碼+系統(tǒng)閥門編碼，既把通風小室的密閉門作為建筑物的門也把其視為系統(tǒng)閥門來進行物項管理。在設(shè)備管理系統(tǒng)中，上述編碼作為通風小室密閉門的唯一編碼，無論是搜索密閉門的位號還是通風系統(tǒng)閥門位號，顯示的都是該編碼。打開密閉門進入通風小室工作等同于開啟系統(tǒng)邊界，進入系統(tǒng)內(nèi)部工作，應該按照相應的流程辦理工作許可證，同時，應該備注特殊的風險提示：如不停運設(shè)備進入工作，有負壓傷害風險和設(shè)備損壞風險。

優(yōu)化后的核輔助廠房通風系統(tǒng)碘回路工藝流程簡圖詳見圖3所示，優(yōu)化后的電加熱器的控制邏輯圖詳見圖4所示。優(yōu)化后增加物項清單詳見表2所示。

表2 優(yōu)化后碘回路增加的設(shè)備清單

圖3 優(yōu)化后核輔助廠房通風系統(tǒng)碘回路工藝流程簡圖

圖4 優(yōu)化后電加熱器控制邏輯圖

4 結(jié)論

本文通過對核輔助通風系統(tǒng)碘回路電加熱器運行過程中一起真實案例的剖析，給出了核電廠通風系統(tǒng)電加熱器控制邏輯和運行管理優(yōu)化方案，該方案主要內(nèi)容如下：

(1)與電加熱器對應的風機的運行狀態(tài)，不宜作為空氣是否斷流的唯一判斷依據(jù)，應在電加熱器上游，特別強調(diào)是電加熱器的上游，增加空氣流量開關(guān)，通過空氣流量開關(guān)和風機運行狀態(tài)來共同判斷空氣是否斷流，參與電加熱器的邏輯控制。

(2)通風小室是土建風道，是通風系統(tǒng)的組成部分，通風小室的密閉門是通風系統(tǒng)的邊界，通風小室和其密閉門應該作為通風系統(tǒng)的物項而不是單純的土建物項來進行管理。通風小室的密閉門其編碼宜采用特殊的門編碼+通風系統(tǒng)閥門編碼的特殊方式進行編碼，而且該編碼應該作為通風小室密閉門的唯一編碼。打開通風小室的密閉門，進入通風小 室內(nèi)部工作應該持有相應的工作許可證。日常運行時，通風小室應上鎖并增加開票流程和風險告知。

該方案實施后，經(jīng)過長時間連續(xù)運行驗證，核輔助廠房通風系統(tǒng)運行正常，碘回路電加熱器運行正常。