AP1000 主控室應急可居留系統空氣露點溫度控制

2019-09-12 07:44:06李敏華

設備管理與維修 2019年9期

李敏華

（中核集團三門核電有限公司，浙江臺州 317112）

1 VES 空氣露點溫度概述

AP1000 應急可居留系統（Main Control Room Emergency Habitability System，VES）設計上能自動啟動和非能動運行，不依靠廠內和廠外交流電源、操縱員的動作或能動部件，能為主控室人員提供72 h 的可供呼吸的空氣。VES 系統設計上有4 個壓空儲罐模塊，總容積約41.8 m3，每個模塊包括8 只單獨的儲氣罐，每個模塊的8 只儲氣罐與一根直管相連，4 個模塊支管連接到一條公共的供氣母管上，從公共供氣母管供氣到主控室（圖1），VES 儲氣罐的正常壓縮空氣補充由CAS 高能壓空機提供。

圖1 AP1000 應急可居留系統

根據技術規格書要求，在模式功率運行、啟動、熱備用、安全停堆模式下和受輻照燃料組件操作期間，VES 系統要求可運行，這其中包括儲氣罐露點溫度滿足要求（露點溫度監督試驗至少每92 d 執行一次），否則在VES 系統觸發后，由于空氣相對濕度高，在經過系統減壓閥后可能使設備結冰，導致流道堵塞，VES 無法為主控室人員提供可供呼吸的空氣，主控室人員可居留性無法得到保證，技術規格書規定，如若出現VES 儲氣罐空氣露點溫度不合格問題，需要在6 h 內降至模式3.36 h 內降至模式5。

2 影響VES 儲氣罐內空氣露點溫度的因素

2.1 VES 儲氣罐內有液態水

根據調試經驗，建筑安裝期間VES 儲氣罐防異物控制做得不好，正常敞開對空，無有效防護或者保養，特別是夏天，環境空氣相對濕度高，極易在VES 儲氣罐內部出現凝結水；另外建筑安裝期間進行的VES 儲氣罐壓力試驗，加壓的空氣幾乎沒經除濕就進入到儲氣罐內，在壓力試驗時，可能有水析出，導致VES儲氣罐內積水。VES 儲氣罐是相對封閉的罐體，本體無低點疏水閥，每個儲氣罐有兩個接口：一個是0.95 cm 直徑的充氣/排氣管道，通過卡套與儲氣罐本體連接；另一個是儲氣罐末端直徑長約10 cm 的堵頭，一旦水在儲氣罐內積聚較難被發現同時也很難清理干凈。另外儲氣罐材料為碳鋼，水在儲氣罐內積聚久了，儲氣罐內壁腐蝕，水更加難清理。VES 儲氣罐內存在液態水，水分子緩慢交換進入到罐內含水量極少的空氣中，導致空氣露點溫度上升。

2.2 高能壓空機供給空氣質量

如果高能壓空過濾器失效或者運行異常，充入VES 儲氣罐的空氣露點溫度不滿足要求會導致VES 儲氣罐內露點溫度上升。

2.3 VES 儲氣罐壓力邊界設備檢修導致環境空氣進入

VES 儲氣罐壓力邊界設備故障，儲氣罐排氣至常壓進行設備的檢修，檢修過程中可能存在環境空氣進入VES 儲氣罐，影響儲氣罐內空氣露點溫度。

3 VES 儲氣罐內露點溫度計算及分析

根據VES 系統設計要求：在23.44 MPa 壓力下儲氣罐內空氣露點溫度不超過4.4 ℃，對應常壓下的露點溫度要求不超過-53.9 ℃。因為無法直接測量VES 儲氣罐內高壓空氣的露點溫度，所以日常使用的為常壓下VES 空氣露點溫度。

3.1 VES 儲氣罐對空后再次充氣過程中露點溫度計算及分析

由于設備檢修VES 儲氣罐對空，假設環境溫度為20 ℃，儲氣罐內是41.8 m3、相對濕度為50%的常壓空氣，經查其對應的絕對濕度是8669 mg/m3，則VES 儲氣罐內水的質量為8669×41.8=362 364 mg=362.364 g；假設經高能壓空機補入9450 m3、露點溫度為-56 ℃的空氣（對應絕對濕度為13.7 mg/m3）將VES儲氣罐布置正常儲氣量，則補入的水的質量為9450×13.7=129 465 mg=129.465 g。補入后VES 儲氣罐絕對濕度為（8669×41.8+8×9450×13.7）/9491.8=51.81 mg/m3，對應露點溫度為-45.25 ℃，不滿足-53.9 ℃的驗收標準。

從上述計算可以看出：

（1）常壓下儲氣罐內41.8 m3內空氣所含水的質量是補入的9450 m3空氣內的水質量3 倍左右，儲氣罐內露點溫度不滿足要求主要原因是初始儲氣罐內空氣含水量高。

（2）由于VES 儲氣罐進入管和排氣管是同一根管，所以需要多次充排來降低儲氣罐空氣露點溫度。

（3）根據計算露點溫度為-53.9 ℃的空氣，其絕對濕度為17.9 mg/m3，VES 正常儲氣氣量為9491.8 m3，則對應儲氣罐內水質量為170 g，對應170 毫升的水。含水量是非常小的。常壓下測得的露點溫度為-56 ℃，對應的絕對濕度為13.7 mg/m3，此時VES 儲氣罐內水質量為130 mg，對應130 mL 的水。從露點溫度-56 ℃升高至-53.9 ℃，只需40 mL 的水進入到VES 儲氣罐空氣中或者有4.6 m3環境空氣進入到VES 儲氣罐中。假設初始VES 儲氣罐內有水，則很有可能由于水的揮發導致VES 儲氣罐內空氣露點溫度不合格。另外系統敞口后空氣進入也很有可能導致VES 儲氣罐內空氣露點溫度不合格。

3.2 通過充排方式降低VES 儲氣罐露點溫度

如果充排方案采?。号欧乓话塍w積后再補入露點溫度為-56 ℃的空氣。充排一次完成后，對應VES 儲氣罐絕對濕度為：（51.81+13.7）/2=32.75 mg/m3，對應的露點溫度為-49.06 ℃，露點溫度不滿足驗收標準；繼續一次充排，充排后對應VES 儲氣罐絕對濕度為：（32.75+13.7）/2=23.2 mg/m3，對應的露點溫度為-51.84 ℃，露點溫度不滿足驗收標準；進行第三次充排，對應VES 儲氣罐內絕對濕度為（23.2+13.7）/2=18.46 mg/m3，對應的露點溫度為-53.65℃，露點溫度不滿足驗收標準；進行第四次充排，對應VES 儲氣罐絕對濕度為（18.46+13.7）/2=16.08 mg/m3，對應的露點溫度為-54.7 ℃，露點溫度滿足驗收標準。

由此可以看出，初次給VES 儲氣罐充氣，如果采用對半充排的方案，則至少需要4 次充排，越往后充排1 次VES 儲氣罐露點溫度下降越小。高能壓空機給VES 儲氣罐充氣速度約105 m3/h，排氣速度與充氣速度基本一致，則充排一次需要96 h，充排4 次大概需要連續充排16 d。

3.3 提高高能壓空供氣質量對VES 儲氣罐露點溫度影響

之前假設的是通過高能壓空機充入露點溫度為-56 ℃的空氣。如果首次充入壓空露點溫度是-62 ℃的空氣（絕對濕度6.1 mg/m3），充滿后對應VES 儲氣罐絕對濕度為（8669×41.8+8×9450×6.1）/9491.8=44.25 mg/m3，對應的露點溫度為-46.58 ℃；以露點溫度為-62 ℃的空氣充排1 次，對應VES 儲氣罐絕對濕度為（44.25+6.1）/2=25.17 mg/m3，對應的露點溫度為-51.19 ℃；充排2 次，對應VES 儲氣罐絕對濕度為（25.17+6.1）/2=15.63 mg/m3，對應的露點溫度為-54.94 ℃。由此看出，提高充氣質量后，充排2 次的VES 儲氣罐露點溫度比之前空氣品質的空氣充排4 次的還要低。提高高能壓空空氣質量后節省了8 d 工期。

4 控制VES 儲氣罐空氣露點溫度措施

4.1 嚴控建筑安裝階段和調試階段VES 儲氣罐的保養

建筑安裝階段以及調試期間要嚴格遵守設備運行維護保養要求，保證VES 儲氣罐內無異常積水和銹蝕。在系統移交生產前，要使用內窺鏡到VES 儲氣罐逐一檢查，內窺鏡從VES 儲氣罐堵頭處進入，如果發現有水，使用熱風進行吹掃直至無可視的液態水。

4.2 精確計算，準備好儲氣罐排空后重新充氣方案

由于儲氣罐取樣口在充氣路徑上，如果充上氣即進行取樣，取到的很可能不是VES 儲氣罐內代表的樣品，而是剛從高能壓空機出口的空氣，樣品露點溫度可能合格，但是靜置一段時間后，VES 儲氣罐空氣擴散均勻，此時取樣樣品露點溫度可能會不合格。所以不要被充氣時的取樣結果迷惑，在排空后重新充氣，要精確計算、準備好充排方案，充排后的露點溫度要保持一定裕量。

4.3 提高高能壓空機供氣質量

在使用高能壓空機給VES 儲氣罐充氣時，嚴控高能壓空機出口空氣質量，建議將出口空氣露點溫度控制在-60 ℃以下，具體做法為：高能壓空機給VES 儲氣罐充氣時加強高能壓空機出口空氣露點溫度巡檢，若露點溫度升至-60 ℃，及時更換高能壓空機過濾器，保證其出口空氣露點溫度足夠低。

4.4 避免環境空氣進入VES 儲氣罐內

正常VES 儲氣罐處于高壓狀態，環境空氣不可能進入儲氣罐內。如果VES 儲氣罐邊界設備因檢修，需排空儲氣罐至常壓，此時要做好工作計劃，系統開口盡量小、開口時間盡量短，在工作結束重新充氣時要考慮充排一次，避免設備檢修時環境空氣中水分進入到VES 儲氣罐內導致露點溫度異常上升。

5 快速提高VES 儲氣罐露點溫度的設計優化

目前設計：VES 儲氣罐充氣管線與排氣管線是同一根，所以如若需要提高露點溫度，需要采用排氣后充氣的方式，這種方式耗時長，效率慢，且在規定模式下若出現VES 儲氣罐空氣露點溫度不合格，依據技術規格書在6 h 內退防到熱備用狀態，36 h退防到冷停堆狀態。按照目前設計，如果出現VES 儲氣罐露點溫度不合格，采用充排方式至少需要24 h 恢復露點溫度?？梢钥紤]對設計進行如下優化：儲氣罐充氣口從堵頭處連接，充氣口和排氣口分開且在儲氣罐兩側（圖2）。這樣VES 儲氣罐內氣體可以采用吹掃的形式進行換氣，初次充氣也不需要多次充排，直接吹掃即可，大大提高了效率，節省了時間。如果出現露點溫度不合格的問題也能快速恢復，提高電廠經濟。