TEP除氣裝置從停運(yùn)狀態(tài)啟動(dòng)的運(yùn)行策略分析

高文超

（福建福清核電有限公司 福建福清 310300）

福清核電硼回收系統(tǒng)（TEP）的主要作用［1］是在核電廠(chǎng)運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)排出的含硼、含氫及裂變氣體的廢水進(jìn)行除氣凈化、硼水分離，并對(duì)處理后的合格硼酸予以復(fù)用。TEP除氣塔是除氣凈化單元的關(guān)鍵部件，根據(jù)核電機(jī)組的不同運(yùn)行狀態(tài)，TEP除氣塔共有9 種不同的運(yùn)行工況來(lái)防止氫氣、氧氣混合形成爆炸性混合物，同時(shí)也防止放射性裂變氣體直接向環(huán)境排放，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)主系統(tǒng)冷卻劑的除氣、凈化功能。機(jī)組功率運(yùn)行階段，TEP 除氣塔處于狀態(tài)6（熱備用），為含氮?dú)饧胺派湫詺怏w的環(huán)境，啟動(dòng)排氣至TEG含氫子回路。狀態(tài)0 為除氣塔完全停運(yùn)狀態(tài)，通常為機(jī)組大修后或者TEP 除氣塔檢修后的狀態(tài)，此時(shí)為含氧環(huán)境，首先啟動(dòng)排氣至TEG含氧子回路，在除氣塔內(nèi)氧含量降低至合格值后。自動(dòng)轉(zhuǎn)向TEG 含氫子回路，不同的初始啟動(dòng)狀態(tài)通過(guò)不同的控制邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而，在某些故障情況或者人因操作失誤時(shí)，TEP除氣塔在機(jī)組功率運(yùn)行階段也可能跳轉(zhuǎn)至狀態(tài)0（此時(shí)含氮?dú)夂头派湫詺怏w），如果按原設(shè)計(jì)直接正常啟動(dòng)TEP除氣塔，將導(dǎo)致放射性氣體向環(huán)境釋放，且存在氫氧混合風(fēng)險(xiǎn)。本文就TEP除氣塔從狀態(tài)0啟動(dòng)時(shí)的運(yùn)行可行性策略進(jìn)行分析，避免放射性氣體誤排放和潛在的氫氧混合。

1 硼回收系統(tǒng)除氣塔簡(jiǎn)介

TEP 除氣塔采用熱力除氣法，主要設(shè)備包括除氣塔001DZ、輸液泵003PO、再生熱交換器001EX、冷卻器001RF及排氣冷凝器001CS，工藝流程如圖1所示。

圖1 TEP 除氣塔工藝流程簡(jiǎn)圖

TEP 除氣塔運(yùn)行時(shí)［2］，將來(lái)自主系統(tǒng)的冷卻劑料液經(jīng)再生熱交換器初步加熱，從除氣塔頂部噴入，由輔助蒸汽系統(tǒng)（SVA）加熱至飽和狀態(tài)。經(jīng)除氣后的料液由輸送泵003PO經(jīng)換熱器001RF冷卻后排往中儲(chǔ)槽或返回容控箱（RCV002BA）。除氣塔加熱產(chǎn)生的水蒸氣和不凝結(jié)氣體在冷凝器001CS 中得以冷卻，凝結(jié)水靠重力返回除氣塔，不凝結(jié)氣體則排往TEG 廢氣處理系統(tǒng)（含氫子系統(tǒng)或含氧子系統(tǒng)）。

TEP 除氣塔設(shè)計(jì)有9 種運(yùn)行狀態(tài)［3］，為全自動(dòng)控制，核電機(jī)組大修時(shí)，TEP除氣塔為狀態(tài)0（停運(yùn)），機(jī)組帶功率運(yùn)行時(shí)處于狀態(tài)6（熱備用），設(shè)計(jì)的各狀態(tài)間轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖2所示。

圖2 TEP 除氣塔狀態(tài)序列及邏輯轉(zhuǎn)換關(guān)系

TEP除氣塔各狀態(tài)定義如下。

狀態(tài)0——長(zhǎng)期停運(yùn)狀態(tài)，分為“熱態(tài)”狀態(tài)0 和“冷態(tài)”狀態(tài)0。

狀態(tài)1——升溫，冷凝器排氣至TEG含氧子回路。

狀態(tài)2——除氧，冷凝器排氣至TEG含氧子回路。

狀態(tài)3——氮?dú)獯祾撸淠鞔祾吆细窈笈艢庵罷EG含氫子回路。

狀態(tài)4——升壓。

狀態(tài)5——生產(chǎn)。

狀態(tài)6——熱備用，為含氫或放射性氣體環(huán)境。

狀態(tài)7——強(qiáng)制冷卻，區(qū)別“熱態(tài)”狀態(tài)0和“冷態(tài)”狀態(tài)0。

狀態(tài)8——冷凝器氮?dú)獯祾?，排向TEG 含氫子回路。

狀態(tài)9——停運(yùn)，除氣塔檢修前，進(jìn)行氮?dú)獯祾摺?/p>

綜合上述定義可知，狀態(tài)0 分為“熱態(tài)”狀態(tài)0 和“冷態(tài)”狀態(tài)0兩種情況，其區(qū)別在于除氣塔停運(yùn)后是否經(jīng)過(guò)強(qiáng)制冷卻。除氣塔大修檢修后再啟動(dòng)，通常是從“冷態(tài)”狀態(tài)0開(kāi)始；而功率運(yùn)行期間，除氣塔因故障導(dǎo)致跳轉(zhuǎn)至的狀態(tài)通常為“熱態(tài)”狀態(tài)0，因?yàn)閺?qiáng)制冷卻需人為手動(dòng)觸發(fā)。因除氣單元從狀態(tài)0啟動(dòng)排氣路徑的特殊性，存在如下的問(wèn)題可能會(huì)導(dǎo)致非預(yù)期的后果。

2 TEP除氣塔從狀態(tài)0啟動(dòng)存在的問(wèn)題

核電機(jī)組在大修后啟動(dòng)時(shí)，主系統(tǒng)及TEP 凈化單元均為含氧環(huán)境且無(wú)放射性氣體，TEP 除氣塔在充水后按照設(shè)計(jì)從狀態(tài)0 正常啟動(dòng)即可。但是，機(jī)組在功率運(yùn)行階段，TEP 除氣塔在人因操作失誤或者相關(guān)檢修（如系統(tǒng)軟件下裝）時(shí)可能跳轉(zhuǎn)至狀態(tài)0，此時(shí)，除氣塔為含氫環(huán)境且存在少量放射性氣體。以上即為“冷態(tài)”狀態(tài)0 啟動(dòng)和“熱態(tài)”狀態(tài)0 啟動(dòng)兩種方式。通過(guò)TEP除氣塔各運(yùn)行狀態(tài)及邏輯轉(zhuǎn)換關(guān)系可知，從狀態(tài)0啟動(dòng)時(shí)，全自動(dòng)控制系統(tǒng)會(huì)經(jīng)過(guò)狀態(tài)1（升溫）和狀態(tài)2（除氧），此過(guò)程中冷凝器分離出的不凝結(jié)氣體排向TEG 含氧子回路，最終經(jīng)DVN 煙囪排向大氣。針對(duì)“熱態(tài)”狀態(tài)0 的啟動(dòng)，此時(shí)，除氣塔內(nèi)部仍為含氫、含放射性氣體的環(huán)境，如果直接啟動(dòng)除氣塔，將造成放射性的氣體直接排向環(huán)境，且存在氫氧混合風(fēng)險(xiǎn)［4］。

綜上，核電機(jī)組帶功率運(yùn)行階段，TEP除氣塔從狀態(tài)0 的啟動(dòng)存在放射性誤排放風(fēng)險(xiǎn)，而此運(yùn)行模式下TEP 除氣塔確實(shí)存在跳轉(zhuǎn)至狀態(tài)0的可能性。無(wú)論是放射性誤排向環(huán)境，還是含氫氣體與空氣混合形成爆炸性氣體，后果都是不可接受的，這給設(shè)備運(yùn)行帶來(lái)一定挑戰(zhàn)［5］。

3 TEP除氣塔從狀態(tài)0啟動(dòng)的可行性分析

3.1 機(jī)組大修后TEP除氣塔的啟動(dòng)

機(jī)組大修期間，一回路主系統(tǒng)和TEP頭箱、TEP除氣塔內(nèi)部均為正常的含氧環(huán)境且基本無(wú)放射性氣體，在此種情況下的啟動(dòng)即為正常的“冷態(tài)”狀態(tài)0 啟動(dòng)。根據(jù)大修文件，在主系統(tǒng)、TEP 頭箱、除氣塔在置換為氮?dú)猸h(huán)境后，按正常啟動(dòng)操作票順控啟動(dòng)即可，不存在放射性氣體誤排放和氫氧混合風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 功率運(yùn)行期間除氣塔故障檢修后的啟動(dòng)

此處的故障檢修指的是TEP 除氣塔開(kāi)口檢修，內(nèi)部已排空，通常，TEP除氣塔不會(huì)在功率運(yùn)行期間停運(yùn)至狀態(tài)0進(jìn)行檢查，除非偶發(fā)重大故障。此時(shí)，檢修后除氣塔內(nèi)部為含氧環(huán)境且無(wú)放射性氣體，具備從狀態(tài)0 正常啟動(dòng)的條件，即從“冷態(tài)”狀態(tài)0 啟動(dòng)。然而，此時(shí)，原本給TEP除氣塔供料的TEP頭箱（接收一回路排水）仍為帶有放射性氣體的含氫環(huán)境，TEP除氣塔啟動(dòng)過(guò)程中直接從此處供料依然存在不可預(yù)知的放射性氣體誤排風(fēng)險(xiǎn)。為此，TEP除氣塔啟動(dòng)前需改變?cè)诰€(xiàn)，改為由REA（硼水補(bǔ)給系統(tǒng)）水回路或SED（核島除鹽水）向TEP 除氣塔供料。TEP 除氣塔啟動(dòng)過(guò)程中，各泵及自動(dòng)閥均順控動(dòng)作，此方法理論上能夠?qū)崿F(xiàn)TEP 除氣塔的再啟動(dòng)，但需要較多的運(yùn)行配合操作，存在一定的人因失誤風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 功率運(yùn)行期間除氣塔跳轉(zhuǎn)至狀態(tài)0的啟動(dòng)

在人因操作失誤或者某些檢修作業(yè)（比如系統(tǒng)軟件下裝）時(shí)，TEP 除氣塔可能跳轉(zhuǎn)至狀態(tài)0，此時(shí)，除氣塔內(nèi)部仍為熱態(tài)且可能含有少量氫氣及放射性廢氣，此種情況的再啟動(dòng)即為“熱態(tài)”狀態(tài)0啟動(dòng)。因啟動(dòng)過(guò)程中，狀態(tài)1和狀態(tài)2過(guò)程中TEP冷凝器分離的不凝結(jié)氣體排向大氣，此時(shí)，TEP 除氣塔不具備直接從狀態(tài)0再次啟動(dòng)的條件。此時(shí)，如果按照正常啟動(dòng)邏輯恢復(fù)除氣塔至熱備用，可以考慮將除氣塔內(nèi)部放射性廢水經(jīng)狀態(tài)7 強(qiáng)制冷卻后進(jìn)行排放，以及將內(nèi)部含氫的氣空間置換為氮?dú)?，再按照上?jié)描述重新啟動(dòng)，但此方法耗時(shí)較長(zhǎng)且運(yùn)行操作相對(duì)復(fù)雜，存在較大的人因失誤風(fēng)險(xiǎn)，并且排放除氣塔內(nèi)的存水將產(chǎn)生較大量的廢水，給三廢處理系統(tǒng)造成負(fù)擔(dān)。

TEP除氣塔的再啟動(dòng)即恢復(fù)至狀態(tài)6（熱備用），下面，從TEP除氣塔處于狀態(tài)6和狀態(tài)0時(shí)分析對(duì)比除氣塔啟動(dòng)時(shí)順控的所有泵和閥門(mén)的邏輯關(guān)系［6-8］。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，兩種狀態(tài)下，泵及自動(dòng)閥門(mén)存在以下不同，如表1所示。

表1 兩種狀態(tài)下泵及自動(dòng)閥門(mén)的對(duì)比

狀態(tài)6（熱備用）與狀態(tài)0（停運(yùn)）中泵、自動(dòng)閥的邏輯狀態(tài)僅有2 個(gè)氣動(dòng)閥不同，其他順控設(shè)備狀態(tài)完全一致。通過(guò)設(shè)計(jì)功能考慮，在狀態(tài)6，TEP 除氣塔通過(guò)輔助蒸汽（SVA）供汽的旁路閥367VV 間斷性開(kāi)啟加熱，來(lái)維持除氣塔內(nèi)壓力在正常范圍，其他轉(zhuǎn)機(jī)和閥門(mén)與狀態(tài)0時(shí)相同是符合預(yù)期的。通過(guò)邏輯分析及實(shí)踐證明，除氣塔在停運(yùn)時(shí)，改變409VV和033VP的狀態(tài)不會(huì)對(duì)除氣塔造成影響，且狀態(tài)6 的置位信號(hào)能夠復(fù)位狀態(tài)0 的信號(hào)。據(jù)此，可考慮通過(guò)儀控專(zhuān)業(yè)信號(hào)強(qiáng)制的方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)狀態(tài)0向狀態(tài)6的正確轉(zhuǎn)換。實(shí)施信號(hào)強(qiáng)制期間，僅409VV和033VP閥門(mén)改變狀態(tài)，其他轉(zhuǎn)機(jī)和閥門(mén)狀態(tài)不變，理論分析可行。實(shí)踐證明，此方法簡(jiǎn)潔高效，能夠?qū)崿F(xiàn)TEP 除氣塔從“熱態(tài)”狀態(tài)0 恢復(fù)至狀態(tài)6（熱備用），從而規(guī)避了TEP除氣塔從“熱態(tài)”狀態(tài)0的再啟動(dòng)時(shí)潛在的風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

核電機(jī)組TEP除氣塔從狀態(tài)0的啟動(dòng)分為“熱態(tài)”狀態(tài)0啟動(dòng)和“冷態(tài)”狀態(tài)0啟動(dòng)，含氧環(huán)境的“冷態(tài)”狀態(tài)0 的啟動(dòng)可根據(jù)TEP 順控邏輯正常啟動(dòng)，含氫環(huán)境的“熱態(tài)”狀態(tài)0的啟動(dòng)可采取儀控信號(hào)強(qiáng)制的方式重新恢復(fù)至狀態(tài)6（熱備用），從而減少?gòu)?fù)雜的運(yùn)行操作和潛在的人為失誤，同時(shí)，該方法能夠避免氫氧混合及反射性氣體向環(huán)境釋放，對(duì)同類(lèi)型機(jī)組運(yùn)行操作具有一定的借鑒意義。