廢氣處理系統調試研究

張翔

【摘 要】廢氣處理系統（TEG）是核電廠重要三廢處理系統之一，其處理來自核島的含氧廢氣及含氫廢氣，基于環保“三同時”原則，該系統在核電廠裝料前必須可用。TEG調試必須對其相關設備性能和邏輯功能注逐一驗證。本文對TEG的含氧排氣風機試驗、含氫廢氣壓縮機試驗、使用一臺壓縮機充注衰變箱試驗、使用兩臺壓縮機充注衰變箱試驗、系統氦氣泄漏試驗、含氫廢氣排放管線的試驗及碘吸附器性能試驗試驗方法及試驗過程中出現問題進行分析判斷，希望對后續TEG系統調試有借鑒意義。

【關鍵詞】試驗；檢查；密封

中圖分類號： TP273 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）32-0256-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.32.117

【Abstract】Exhaust Gas Treatment System （TEG） is one of the most important three-waste treatment systems in nuclear power plants. The system must be used before loading nuclear power plants based on the principle of environmental protection. we must verify its related device performance and logic function one by one. In this paper， TEG oxygen exhaust fan test， hydrogen exhaust gas compressor test， using a compressor charging decay box test， using two compressors charging decay box test， system helium leakage test， hydrogen exhaust gas pipeline test and iodine adsorber performance test methods and test process problems were carried out. It is hoped that the analysis and judgement will be useful for subsequent TEG system debugging.

【Key words】Test； Check； Seal

0 引言

核電廠廢氣處理系統（TEG）分為兩大主要部分，含氧廢氣處理及含氫廢氣處理子系統。含氧廢氣處理子系統主要處理來組核島疏水排氣系統（RPE）含氧廢氣儲罐內的氣體，這些廢氣經除碘處理后，用風機排到核輔助廠房通風系統。含氫廢氣處理子系統功能主要是收集和處理來自貯存反應堆冷卻劑的容器中由氫氣、氮氣和裂變氣體（如，）組成的含氫放射性廢氣，該類廢氣經壓縮、貯存衰變后，經核輔助廠房通風系統進行過濾處理后，有控制的從煙囪排放。

廢氣處理系統安裝完成后的主要系統試驗有含氧排氣風機試驗、含氫廢氣壓縮機試驗、使用一臺壓縮機充注衰變箱試驗、使用兩臺壓縮機充注衰變箱試驗、系統氦氣泄漏試驗、含氫廢氣排放管線的試驗及碘吸附器性能試驗。

1 含氧排氣風機試驗

該試驗對含氧廢氣處理子系統的風機及電加熱器進行試驗，主要目的是檢驗含氧廢氣子系統電動風機的啟動和運行情況。含氧排氣風機為離心式風機，額定風量為2000，額定電流為21.3A，風機額定轉速為2940rpm。試驗的主要內容包括初步檢查、風機和加熱器的性能試驗及風機備用邏輯檢查試驗等部分。

初步檢查需要執行試驗內容：檢查排氣風機、電加熱器的絕緣性能是否滿足要求，檢查合格后，將風機電源推入，分別點動風機，檢查風機轉動方向是否符合要求，如風機轉向錯誤，需要交換動力電源三相相序。

風機和加熱器性能試驗內容：控制柜啟動風機，檢查控制柜上相關狀態顯示正常、測量風機風量、電氣特性及機械特性；通過在控制系統中模擬氣流濕度大于40%，檢查電加熱器啟動，模擬氣流濕度小于40%，檢查電加熱器停止。

風機互相備用邏輯檢查需執行的試驗內容：將一臺風機至于備用位置，啟動另外一臺風機，使用電氣試驗盒停運運行的風機，檢查備用風機是否正常啟動，結束后兩臺風機交換位置，檢查備用邏輯的正常。

試驗過程遇到問題：

問題1：風機流量無法測量。在執行試驗前，試驗人員發現現場用于測量風機風量的管帽處于焊死的狀態（見圖1），所以導致風速儀表的探頭無法深入管道中，無法測量風機風量。查詢系統設計文件，此處管帽正式設計為焊死狀態，在現場安裝單位在系統在執行完壓力試驗后，將此處管帽焊死，導致風速無法測量，甚至后續系統碘吸附器性能試驗也無法執行。問題解決方法：通過設計變更申請，將本系統相關焊死管帽申請變更為螺紋管帽，經過現場改造，后續滿足試驗要求。

問題2：風機不能正常啟動。在控制柜啟動風機時，發現風機無法正常啟動。經過排查，發現風機出口氣動閥不能按照邏輯設定的時間5s內正常開啟，因風機啟動需要風機出口氣動閥全開信號，如5s氣動閥沒有全開，風機的啟動命令就不能形成，導致風機不能正常啟動，具體見圖2及圖3。問題解決方法：試驗人員現場測試閥門開啟時間，閥門開啟時間大概在7s左右，通過臨時控制變更申請，將圖2的延時由5s變更8s，順利實現風機的正常啟動，后續試驗人員通過設計變更申請，將8s變更為正式設計。

2 含氫廢氣壓縮機試驗

本試驗對含氫氣廢氣子系統的主要設備進行試驗，本試驗主要目的是驗證緩沖罐、含氫廢氣壓縮機、壓縮氣體冷卻器等相關設備運行正常。含氫廢氣壓縮機為單級、雙缸、V型、水冷型隔膜壓縮機，其額定流量為38Nm3/h，排氣壓力為0.7MPa.g。本試驗包含初步試驗、壓縮機再循環模式啟動、緩沖箱填充及保護功能等四部分。

初步試驗：本部分主要是將兩臺廢氣壓縮機電源設置為試驗位，通過在控制室模擬各種上游條件，在試驗位檢查廢氣壓縮機的手動啟動、自動啟動、手動停運、自動停運是否正常，同時檢查廢氣壓縮機有關連鎖、保護及報警是否正常。

壓縮機再循環模式啟動：本部分主要內容是將廢氣壓縮機回路設置為在循環狀態，試驗氣體通過緩沖罐、廢氣壓縮機、汽水分離器冷卻器組成的回路中進行循環。手動啟動壓縮機，檢查壓縮機的電氣及機械特性參數，同時檢查其他設備的相關參數是否正常。

緩沖箱填充：本部分的主要內容是將系統完整在線，試驗氣體通過緩沖罐、廢氣壓縮機、及汽水分離器，最終充入衰變箱。在試驗時，將一臺廢氣壓縮機設置為備用位置，另外一臺廢氣壓縮機設置為工作位置，通過向緩沖罐充入試驗氣體，緩沖罐壓力0.025MPa.g檢查工作位的廢氣壓縮機是否啟動，緩沖罐壓力0.030MPa.g檢查備用位置的廢氣壓縮機是否啟動。待兩臺廢氣壓縮機工作正常后，停止充氣，檢查緩沖罐壓力在0.005MPa.g時，檢查兩臺廢氣壓縮機是否自動停運。同時在試驗過程中檢查相關參數是否正常。

保護功能試驗：本部分試驗主要為檢查緩沖罐及汽水分離器相關報警檢查，通過給緩沖罐充入及排放試驗氣體，檢查相關報警產生、消除及相關閥門的連鎖是否正常。通過給汽水分離器充入及排放除鹽水，檢查汽水分離器上的液位開關是否觸發，同時檢查與之連鎖的相關閥門是否正常動作。

試驗過程遇到問題：

問題1：關于試驗氣源問題。在本試驗執行前，因本系統直接與氮氣系統有連接，可以選擇氮氣作為試驗氣體。但現場土建、安裝及調試均有交叉施工，試驗邊界有可能被破壞；同時系統還未執行氦氣檢漏，系統的密封難以保證（氮氣泄漏不可控，可能導致人員窒息）。基于上述兩條因素，試驗氣體建議選擇壓縮空氣。通過調試臨時設施，在緩沖罐上游接入壓縮空氣，解決了試驗氣體問題。

問題2：壓縮機不正常工作問題。試驗實施過程過中，發現兩臺廢氣壓縮機啟動后不能正常工作。問題解決方法：通過現場觀察，發現廢氣壓縮機本體油路柱塞泵柱塞桿運動幅度很小，懷疑柱塞泵有堵塞，通過螺絲刀上下活動柱塞桿，同時進行清潔及潤滑，再次啟動壓縮機，壓縮機柱塞泵工作正常。但是壓縮機的油壓還是不能正常建立，同時也無壓縮空氣產生，通過研究設備結構，懷疑是油缸里邊的油可能被人誤排放，通過給兩臺廢氣壓縮機的油缸重新補油，重新啟動廢氣壓縮機，同時通過調節壓縮機本體調壓閥實現設備的正常工作。

問題3：在廢氣壓縮機啟動過程中，因廢氣壓縮機油缸壓力表TEG101/102LP、TEG201/202LP（油壓表）分別與設備1TEG001CO及2TEG002CO之間的管線過長，產生壓縮機的壓力不能正常顯示問題。問題解決方法：通過設計變更申請，將油壓表與壓縮機本體之間的管線長度縮短。同時因廢氣壓縮機是往復式壓縮機，在壓縮機行程返回時，壓縮機油缸油壓無法保持，因此要在壓力表下游增加止回閥。見圖4，在油壓表與壓縮機本體之間增加止回閥，啟動廢氣壓縮機，油壓正常顯示。

3 使用一臺壓縮機充注衰變箱試驗/使用兩臺壓縮機充注衰變箱試驗

使用一臺壓縮機充注衰變箱試驗的目的是在充注衰變箱的過程中測量每臺壓縮機的流量。使用兩臺壓縮機充注衰變箱試驗的目的是測量兩臺壓縮機同時對一個衰變箱進行充氣時的流量，同時驗證壓縮機排出壓力高-高閾值時自動停機核壓力開關的保護動作。這兩項試驗的試驗原理及方法是一致，試驗原理是通過衰變箱壓力的變化計算出注入衰變箱的氣體容積，從而計算出廢氣壓縮機的流量。

對于使用一臺壓縮機充注衰變箱試驗，分別啟動每臺廢氣壓縮機，記錄時間t、廢氣壓縮機排氣口壓力P、冷卻器出口溫度T、壓縮機吸入口壓力Psuct。對于使用兩臺壓縮機充注衰變箱試驗，啟動兩臺廢氣壓縮機，記錄上述參數。通過公式3分別計算每一臺廢氣壓縮的的流量及兩臺廢氣壓縮機共同的流量，單臺廢氣壓縮機要求壓力大于38m3/h，兩臺廢氣壓縮機同時啟動的流量大于76m3/h。試驗過程中檢查衰變箱壓力高報警及高高報警是否滿足設計要求，同時檢查衰變箱壓力高高時廢氣壓縮機是否正常停機。

4 系統氦氣泄漏試驗

廢氣處理系統的含氫廢氣處理部分因為處理的是核電廠的含氫廢氣，因氫氣易爆，所以系統的密封性尤為重要，在系統調試期間需要執行一次氦氣查漏工作。該試驗分為總體試驗及分試驗，總試驗采用真空整體氦罩法，分試驗采用真空局部氦罩法。

試驗方法：采用RCCM——98，AFNOR標準示蹤氣體真空法。

試驗介質：氦氣，純度大于99.99%。

試驗過程：試驗共分10個分試驗實施。通過第一只隔離閥劃分邊界，分為設備單 體、系統管線、總體等進行試驗。試驗中所有安全閥加裝盲板，逆止閥拆除閥芯后，再分別對回路管線、設備部分的焊口、人孔頂蓋、閥體、 閥蓋、儀表接口等進行檢查。將氦質譜撿漏儀，抽氣泵機組和試驗部分連接抽真空至<10Pa后，通過參考漏孔進行儀器校準。然后對各泄漏試驗檢查點用塑料袋罩住，注入一定濃度的氦氣，用氦質譜撿漏儀測量系統內部的泄漏率。圖5TEG003BA氦氣泄漏試驗示意圖

試驗過程中發現003BA人孔閥蘭，001/002CO壓縮機壓蓋、封頭及其連接閥蘭，等較大泄漏點，量化泄漏量嚴重超標。對人孔閥蘭重新進行打磨研修，更換密封墊圈，重新將2臺膜壓機解體清洗壓縮機氣側閥蘭封頭，并在相關連接閥蘭上涂抹密封膠等方法進行了返修處理。經返修后最終檢測符合設計要求。

5 含氫廢氣排放管線試驗

該試驗的目的是校核氫氣排放管線的正確操作。試驗可以選取任意一個衰變箱進行排放試驗。本試驗主要包含單排放管線試驗（TEG028VY）、單排放管線試驗（TEG029VY）、雙排放管線試驗及閉鎖試驗等四部分。對于排放流量的測量，通過衰變箱的壓力變化計算得來。

排放試驗過程，在控制系統設衰變箱檢查或設定排放條件：

1）核輔助廠房風機已啟動

2）輻射監測系統監測排放氣體劑量正常

3）衰變箱對應的排氣閥開啟

4）排氣管線壓力≥0.02MPa.g

5）主控501kG在“ON”位置

6）主控TEG028VY/TEG029VY在“Me.open”位置

7）就地TEG019CC/TEG020CC在“OPEN”位置

分別再在TEG501RC設定流量排放值為5m3/h、10m3/h對于雙排放設定排放流量為20m3/h、25m3/h試驗通過記錄開始時間t1，衰變箱壓力P1，平均排放溫度T1及Q1總流量率（TEG001MD），記錄結束時間t21，衰變箱壓力P2，平均排放溫度T2及總流量率Q2（TEG001MD），以此類推記錄幾組數據，通過公式4的方法校核流量。

6 碘吸附器性能試驗

本試驗的目的是在正常工況下，驗證含氧廢氣處理子系統碘吸附器的效率。采用法國AFNORM62——206標準甲基碘法，也可采用我國核工業標準《核空氣凈化系統 碘吸附器凈化系數的測定 放射性甲基碘法EJ 1183-2005》，將碘131（131I）標記的甲基碘注入碘吸附器上游通風管線，同時用采樣器分別在碘吸附器的上下游取樣。然后用γ普儀分別測量所取樣品的放射性，以確定碘吸附器的效率。試驗介質：放射性甲基碘，通過Na131I和（CH）3SO4的液相化學反應制備。即：2Na131I+（CH3）2SO4→2CH3131I+Na2SO4

試驗開始前電加熱器需要投入運行16個小時以上，以保證活性碳的相對濕度小于40%（通過碘吸附器上下游的濕度監測來判斷）并保持穩定。按額定工況調整進排風量在2000m3/h左右，同時檢測通風溫度，濕度以及排風量等參數符合要求，注入甲基碘氣體，注入時間為30min，在氣體注入45min和60min進行上下游取樣。對取樣的樣品按照計算凈化系數，其中A為進入碘吸附器的放射性總活動，為穿過碘吸附器的放射性總活度。試驗確定凈化系數，試驗結果合格。

7 結論

通過本文的分析，對核電廠廢氣處理系統的現場試驗目的、方法及常見問題進行了介紹，希望文中提及的相關經驗為后續核電廠廢氣處理系統調試提供參考。

【參考文獻】

[1]陳勇，劉鑫，羅濤.氦撿漏在核電站廢氣處理系統中的應用[J].無損探傷.2011，35（2）：40-43.

[2]EJ/T1183-2005，核空氣凈化系統碘吸附器凈化系數的測定-放射性甲基碘法[S].