涉氫系統(tǒng)風(fēng)險分析與改進(jìn)

劉松

摘 要

核電廠涉氫相關(guān)設(shè)備較多，存在一定風(fēng)險，提前預(yù)防尤為重要。本文主要針對電廠正常工況下的涉氫操作和含氫氣體儲存過程中進(jìn)行風(fēng)險分析，找出設(shè)備本身設(shè)計(jì)上的缺陷、操作規(guī)程的不完善，針對以上不足，提出變更改進(jìn)措施，確保電廠人身、設(shè)備的安全。

關(guān)鍵詞

涉氫;風(fēng)險分析;改進(jìn)

中圖分類號： F832.2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.15.041

0 引言

正常工況下電廠有較高風(fēng)險的涉氫的操作主要有容控箱的取樣、衰變箱的取樣;含氫氣體設(shè)備儲存方面主要有衰變箱的儲存、容控箱氫氣房內(nèi)氫氣瓶的儲存。針對以上有較高風(fēng)險的地方進(jìn)行風(fēng)險分析，提出設(shè)備變更，完善規(guī)程、管理改進(jìn)。

1 取樣系統(tǒng)風(fēng)險分析與改進(jìn)

1.1 日常取樣步驟

拿容控箱取樣操作步驟舉例：分析人員首先要將快速接頭和已抽真空的100ml不銹鋼取樣罐通過取樣手套箱的側(cè)門放入手套箱內(nèi)，首先確認(rèn)取樣手套箱負(fù)壓和閥門狀態(tài)與照明，均滿足取樣條件后，按照操作規(guī)程，接好快速接頭，然后依次打開V2閥和V3閥（見取樣流程示意圖）進(jìn)行掃氣。目的是向廢氣衰變箱和取樣手套箱同時掃氣，掃氣4～5分鐘后，關(guān)閉V2閥，間隔了十幾秒后取下快速接頭，接好不銹鋼取樣罐（所有聯(lián)結(jié)操作都是通過手套箱內(nèi)的鉛手套完成）進(jìn)行取樣。

1.2 可能產(chǎn)生最大危害的風(fēng)險分析

1）一定約束空間內(nèi)

氣體取樣過程是借助取樣箱完成的，取樣箱空間小，客觀為氫氣燃燒提供了約束空間。

2）掃氣不充分

取樣前需進(jìn)行掃氣，從步驟來看，實(shí)驗(yàn)員在連接好快速接頭后，打開V2閥和V3閥向廢氣衰變箱和取樣箱同時掃氣，由于至廢氣衰變箱管道設(shè)置有止回閥V5閥，加之取樣箱存在負(fù)壓，同時向取樣箱和衰變箱掃氣不可能完全頂開止回閥V5閥，故此種“同時掃氣方法”實(shí)際上無法將氫氣掃至廢氣衰變箱，氫氣將大量進(jìn)入取樣箱。另一方面，由于取樣箱負(fù)壓通風(fēng)，進(jìn)入取樣箱內(nèi)部的空氣將與高濃度氫氣混合。分析人員從關(guān)閉V2閥、連接取樣罐至再次打開V2閥如果時間間隔較短，通風(fēng)系統(tǒng)很難保證將混合氣體全部排出，所以箱內(nèi)氣體濃度很有可能到達(dá)氫氣的燃燒極限（4%～75.6%）范圍之內(nèi)。

3）存在火源或高溫。

發(fā)生燃燒的因素可能有以下三點(diǎn)：

①由于充裝高壓氣體的輸送管道、截止閥門受潮后容易氧化，表面生成Fe2O3、Fe3O4等氧化物，這些微粒或顆粒物質(zhì)，隨高速氣流于管壁、閥門口摩擦，極易產(chǎn)生火花。

②氣體高壓高速流經(jīng)管道、閥門所產(chǎn)生的高位靜電積聚未能導(dǎo)出。當(dāng)高速氣流經(jīng)過管道，閥門特別是在閥門進(jìn)出口兩端壓差懸殊時開啟閥門送氣的瞬間，將產(chǎn)生極高的靜電電位，出現(xiàn)明顯的火花。

③當(dāng)一瞬間開啟截止閥門過大過猛，易造成混合氣體的燃燒。取樣使用抽真空的取樣罐雖然在接通管路時已經(jīng)與管路壓力達(dá)到平衡，但容控箱壓力與之還存在較大壓差（0.12MPa左右），故開閥后高速氣流引起高位靜電積聚或火花引發(fā)危害的可能性較大。

4）從取樣箱附近設(shè)備角度分析，取樣箱的照明設(shè)備，包括電線、日關(guān)燈均位于箱體外部，可以排出照明設(shè)備引起氫氣燃燒的可能。

2.3 查找設(shè)備及規(guī)程中的不足

1）取樣設(shè)備存在缺陷

如上1圖所示從容控箱向衰變箱掃氣管路到取樣箱有一段約2～3米的死管路，取樣前必須要向取樣箱中掃氣一段時間，以排出管內(nèi)空氣，才能保證取得樣品的代表性。

通過調(diào)研，其他電廠容控箱氣體取樣裝置的設(shè)計(jì)已考慮到樣品氣體排到取樣箱中的危害，使用了一個鋼膽的小裝置，鋼膽前后各有一個隔離閥，掃氣時通過快速接頭將鋼膽裝置兩頭分別接到取樣口和排氣口，直接掃到衰變箱中，掃完后關(guān)閉鋼膽前后的隔離閥，再用針管從鋼膽中取樣，拿回實(shí)驗(yàn)室分析，整個取樣過程沒有樣品氣體排到取樣箱中。另一個電廠的取樣箱內(nèi)的取樣管路形成一個密閉回路，不存在死管路。氣體取樣器也是個固定的不銹鋼膽，整個掃氣過程，也不會向取樣箱內(nèi)掃氣。

2）操作規(guī)程不完善

規(guī)程中規(guī)定：接好快速接頭后，打開V2閥和V3閥掃氣1分鐘，此時無法將容控箱氣體掃至廢氣衰變箱，來自容控箱濃度達(dá)97%的氫氣將大量進(jìn)入取樣箱中;規(guī)程中也沒有對掃氣后執(zhí)行下一步操作的時間間隔進(jìn)行明確規(guī)定，導(dǎo)致等待時間的長短僅依靠個人經(jīng)驗(yàn)來判定，掃氣后等待的時間太短可能使得排到取樣箱中的氫氣無法完全排凈，這些氫氣與空氣混合后，造成了惡劣的環(huán)境。

3）未將含氫氣體的取樣操作納入風(fēng)險源管理范疇

2.4 容控箱及衰變箱取樣系統(tǒng)變更

2.4.1 容控箱取樣設(shè)備變更

按照改造方案：取樣前掃氣將全部通過氣體取樣容器并排向廢氣系統(tǒng)，不再向取樣箱掃氣。取樣通過針管及氣體取樣容器進(jìn)行，獲取樣品后回實(shí)驗(yàn)室分析。

2.4.2 衰變箱取樣系統(tǒng)變更

廢氣衰變箱內(nèi)貯存的氣體主要來源于容控箱氣空間，其也有一定含量（20%左右）的氫氣。可以說，衰變箱氣體取樣比容控箱的取樣風(fēng)險更大，因?yàn)樗プ兿涞娜庸苈分袥]有設(shè)計(jì)掃氣回路，取樣前只能向取樣箱內(nèi)掃氣。

廢氣衰變箱氣體取樣管路中增加一掃氣回路，該掃氣管路最終回到廢氣緩沖罐內(nèi)。

3 衰變箱及容控箱氫氣房中含氫氣體儲存過程中的防范措施

3.1 衰變箱儲存過程中的防范措施

電站大修期間的倒水，會造成氧飽和水進(jìn)入暫存箱，進(jìn)行硼回蒸發(fā)脫氣時，脫出的氧氣進(jìn)入高放廢氣系統(tǒng)，從而造成氧氣與氫氣的混合現(xiàn)象;同時主系統(tǒng)氧化和除氧操作也會造成氧氣與氫氣的混合;另外一些設(shè)備密封不嚴(yán)也會導(dǎo)致氧氣進(jìn)入高放無氧廢氣系統(tǒng)。

3.1.1 采用氫氧分類接收的方法避免氫氧混合

1）根據(jù)氫氧分析結(jié)果，確定一只為含氫廢氣接收箱、一只為含氫廢氣備用接收箱，一只為含氧廢氣接收箱、一只為含氧廢氣接收備用箱，在控制室相應(yīng)的電動閥門上掛“接收箱”、“接收備用箱”提示牌。

2）根據(jù)廢氣來源選擇含氫或含氧廢氣接收箱

例如硼回蒸發(fā)運(yùn)行期間、暫存箱排氣、容控箱排氣等衰變箱切換至含氫廢氣接收箱;化容硼酸儲存箱排氣，疏排水箱檢修后掃氣等切換至含氧廢氣接收箱。

3）在衰變箱由“含氫箱”和“含氧箱”相互切換的過程中，有必要對接受管道進(jìn)行氮?dú)獯祾撸钥刂泼總€衰變箱接受單一氣體。

4）高放無氧廢氣收集總管上增加在線氫、氧監(jiān)測儀及相關(guān)的報(bào)警、記錄裝置，通過對接受的氣體含量的分析便于衰變箱分類接收。

3.1.2 衰變箱中氫氧分析檢測頻率

1）定期監(jiān)測

廢氣衰變箱氫氧濃度監(jiān)測頻率：按每四周一個循環(huán)，第一周周四對全部衰變箱氫氧濃度進(jìn)行分析監(jiān)測;第二、三、四周周四對本循環(huán)周內(nèi)接收中箱體、接收過新氣源的箱體及排放過的箱體進(jìn)行氫氧濃度進(jìn)行分析監(jiān)測。衰變箱房間的氫濃度監(jiān)測頻率：按每四周一個循環(huán)，第一周周四對衰變箱房間進(jìn)行氫氧濃度分析監(jiān)測。

2）根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行需要監(jiān)測

在以下情況下，應(yīng)按規(guī)程投入氫氧監(jiān)測儀檢測接收吹掃氣體的衰變箱氫、氧的含量，如果超標(biāo)，則采取充入氮?dú)庀♂尯笈欧诺却胧﹣肀ＷC其氫、氧含量在正常水平。在準(zhǔn)備投入或切換衰變箱接收廢氣前對待接受衰變箱內(nèi)氫、氧濃度進(jìn)行測量;在投入硼回蒸發(fā)序列運(yùn)行過程中，如果衰變箱壓力上漲，則按規(guī)程投入氫氧監(jiān)測儀，并增加對衰變箱氫、氧濃度監(jiān)測的頻度;在化容系統(tǒng)容控箱檢修后或電站啟動過程中，用氮?dú)鈱θ菘叵浯祾吆螅闯绦蛲度霘溲醣O(jiān)測儀檢測接收吹掃氣體的衰變箱氫、氧的含量;在衰變箱及其相關(guān)管道、閥門檢修后，應(yīng)用氮?dú)鈱ζ溥M(jìn)行吹掃，按程序投入氫氧監(jiān)測儀檢測接收吹掃氣體的衰變箱氫、氧的含量;主系統(tǒng)設(shè)備掃氣，廢氣系統(tǒng)有異常隨時進(jìn)行在線監(jiān)測分析;其他：衰變箱新接收氣體，如有需要，可隨時進(jìn)行氫氧濃度分析監(jiān)測，保證衰變箱接收氣體氫氧濃度符合要求。

3.1.3 衰變箱氫氧監(jiān)測分析取樣間有氫氣泄漏風(fēng)險;房間內(nèi)燈具及照明開關(guān)不滿足防爆要求，需更換新型防爆燈具及開關(guān)。

3.1.4 在含氫相關(guān)閥門管道房間防火門上張貼“含氫相關(guān)房間，禁止重關(guān)門”的提示，以防產(chǎn)生火花。

3.2 氫氣房的防范措施

氫氣房如果發(fā)生泄露，有可能造成氫氧超標(biāo)。值班員每天都會到現(xiàn)場查看匯流排總管壓力，當(dāng)壓力低時切換氫氣瓶。對于進(jìn)入氫氣房有相關(guān)要求

1）嚴(yán)禁將各種火種及發(fā)火器帶入氫氣房。

2）嚴(yán)禁穿戴釘子鞋及挾帶易燃易爆物質(zhì)進(jìn)入房間。

3）嚴(yán)禁用鐵器敲打管道、閥門。

4）裝卸、搬運(yùn)氣瓶嚴(yán)禁拋滑、撞擊。

5）管道、閥門、氣瓶等處漏氣時，必須立即切斷氣源，不能帶壓修理，修好后應(yīng)按規(guī)程投運(yùn)。

6）變更氫氣房匯流排總管壓力表，增加壓力變送器使信號控制室，方便及時觀察總管壓力，另外可以減少運(yùn)行人員進(jìn)入氫氣房的頻率，以防對人身造成傷害。

7）在氫氣房增加在線氫氧濃度監(jiān)測儀，隨時監(jiān)測房間氫氧濃度。

4 結(jié)束語

通過對電廠日常涉氫系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行風(fēng)險分析，提出了變更和預(yù)防措施，謹(jǐn)防發(fā)生意外，保證核電廠人身和設(shè)備的安全。

參考文獻(xiàn)

[1]廢氣處理系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)程QYG.01-QYG.01.23-A5.1.

[2]氫氣供給系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)程QYG.01-QYG.01.19-A5.