核電廠液體二氧化碳貯罐壓力高報警處理分析

吳升國 王再根 王建

摘要：從核電廠液體二氧化碳貯罐的結構出發，分析壓力高的可能原因，提出幾種解決方法并選擇出最優處理方式，提高了設備的可靠性，降低了運行人員的工作量。

關鍵詞：核電廠；二氧化碳；壓力

1背景

核電廠機組日常運行期間，液體二氧化碳貯罐系統頻繁觸發壓力高報警，大約7～8個小時出現一次，需要運行人員手動開啟排氣閥進行泄壓消除報警，增加了運行人員的工作量。如果在此期間，運行人員未及時對貯罐進行泄壓，將導致貯罐壓力繼續升高安全閥動作，如果安全閥未能正常動作，甚至導致貯罐超壓損壞。

2液體二氧化碳貯罐的作用

液體二氧化碳貯罐的作用是用于長期貯存液態二氧化碳，以供大修期間發電機需要置換氫氣前用二氧化碳排除空氣或反之充滿空氣時用二氧化碳排出氫氣，防止氫氣和空氣混合產生爆炸性氣體。

3主要部件和運行參數

液體二氧化碳貯罐設備的主要部件包括內容器、外殼。內容器是由一圓柱形筒體與兩橢圓形封頭組成的，主要用來貯存液體二氧化碳。外殼是由一圓柱形筒體與兩蝶形封頭組成的，與內容器共同組成一密閉空間，在密閉空間填加絕緣材料珠光砂并抽真空，保證絕熱效果，這樣可以確保低溫持續的時間長。該貯罐還設置有一套增壓系統，當液體二氧化碳貯罐用來排放液體或氣體時，正常操作壓力范圍由增壓系統所設定的壓力來控制。增壓系統添加到二氧化碳貯罐上，其型號尺寸由用氣量而定。增壓系統就是讓液體從貯罐底部排出并通過加熱把液體汽化成氣體，然后氣體又回到貯罐的頂部，使得貯罐壓力上升。所有增壓系統都配置有壓力開關以自動控制流入增壓器內的液體的流動。液體可能截留在兩個閥門之間的管線內，故在管線內設置有安全釋放閥。液體二氧化碳貯罐容積為10m3，設計壓力2.32MPa，工作壓力2.0MPa，壓力高報警值215MPa，工作溫度35℃。

4貯罐壓力升高的原因分析

通過對貯罐結構的分析，可能存在以下幾種情況導致壓力升高：1）貯罐充裝過量；2）貯罐用氣量較小，貯罐本身自蒸發；3）貯罐增壓系統工作不正常，壓力開關或調節器被調得太高，或者增壓裝置不能關閉；4）真空度不足，導致熱量輸入過大；5）貯罐長期不使用，液體二氧化碳吸收外界的熱量蒸發導致壓力升高。

第一種可能主要在貯罐的充裝過程中產生，如果充裝過量，可以通過排放的方式泄壓，不會再導致日常運行期間壓力升高的可能，可以排除該原因。第二種原因屬于二氧化碳液體的正常蒸發，這種現象導致的壓力升高較慢，需要長期的積累才會導致貯罐壓力升高，不會導致壓力高報警頻繁觸發，可以排除。如果在正常的真空度下，第五種情況導致壓力上升的情況應該也是較為緩慢的，與當前壓力高報警頻繁觸發情況不符合，也可以排除。

下面重點分析第三種和第四種情況。

增壓系統由一個加熱器704RE和背壓調節閥753VG組成。在貯罐由于用氣導致壓力下降的情況下，當壓力低于正常值時，背壓調節閥753VG動作，液體二氧化碳經過加熱器加熱后汽化使貯罐壓力升高，當壓力到達正常值后753VG關閉，保證貯罐不會超壓。如果背壓調節閥753VG設定值調節得過高或者存在內漏情況導致關閉不嚴，會導致貯罐的液體不斷地進入增壓回路加熱氣化，貯罐頂部氣空間壓力逐漸升高超過正常值產生報警。

為了降低貯罐的吸熱，在貯罐的夾層中除了填加絕緣材料珠光砂之外，還對該夾層進行抽真空，以最大程度降低單位時間貯罐吸收的熱量。該保溫層的真空度正常值≤2Pa，當夾層真空超過66.66Pa時，應該啟動真空泵對貯罐抽真空到1.33～2Pa。在真空度滿足要求的情況下，貯罐的日蒸發率≤0035MPa，正常情況下4～5天才會出現一次壓力高報警。顯然，夾層的真空如果不滿足要求，貯罐的吸熱量大于其設計的值，貯罐的日蒸發率將比正常值高，導致貯罐壓力上升較快。

5分析處理的策略

根據上述分析，貯罐壓力高報警頻發觸發的主要原因可能有兩個原因：增壓系統運行異常或者貯罐夾層真空度不足。通過之前的檢修排查，目前已基本排除了增壓系統運行異常這種可能，增壓系統的背壓調節閥753VG設定值正確，且在該閥門關閉的情況下能夠保證閥門的密封性。最終，定位出導致報警頻發的原因是真空度不滿足要求，導致貯罐吸熱量大，蒸發率大于設計值。

為了解決貯罐真空度不足吸收熱量大導致壓力升高過快的問題，根據貯罐的結構情況分析，主要有三個思路：一個是將夾層真空度隨時保持在盡量低的程度；一個是及時泄壓，在報警產生前降低壓力，最后一個是將吸收的熱量排除掉，不要讓熱量存在在貯罐中導致液體二氧化碳氣化。為此，考慮了以下幾種方法：1）增加夾層抽真空的頻率，提高絕熱層的真空度，降低貯罐的吸熱量，使得貯罐吸熱導致的壓力升高在設備的設計范圍之內；2）增加貯罐降壓背壓調節閥，并將調節閥的壓力開關定值設定成略小于報警值，及時將過多的氣體排放到大氣，避免壓力升高到報警值導致報警觸發；3）增加冷卻系統，吸收貯罐從外界吸收的熱量，并與增壓回路配合，穩定貯罐壓力。

由于系統沒有自帶的抽真空系統，如果要保證貯罐夾層的真空符合設計值，需要頻繁對系統進行抽真空，這種情況下要頻繁協調設備和人員，進行工作準備和安排工作窗口，成本較高，且該方法也只能減少熱量的吸收而無法避免熱量的吸收，只能降低壓力高報警出現的頻率，最終還是會出現壓力低報警，需要人為操作泄壓。第二種方法通過增加一個背壓閥的方式進行自動泄壓，此方式只要增加一個閥門，成本較小，但是每次泄壓會導致二氧化碳儲量的減少，降低經濟性，并且可能導致窒息氣體不可控外泄，存在人員窒息的安全風險。而如果采用增加冷卻系統的方法，在貯罐內設置冷卻線圈和冷凝機，定期將貯罐吸收的熱量排除，冷凝貯罐的氣體，可根本解決系統壓力上升的問題，如果吸收熱量過多導致壓力下降，可以通過增壓回路增壓的方式使壓力回升到正常值。

綜上，采用增加冷卻系統的方法是最優的解決方法，其與增壓回路配合，可以完美地穩定貯罐的壓力。

6結語

通過對核電廠液體二氧化碳貯罐壓力高報警的可能原因分析，提出了幾種解決辦法，并從成本、安全以及運行維護方面對幾種方法的優劣進行分析，選擇出最優的處理方案，提高了設備的可靠運行，減少了運行人員的日常工作量。