涉氫系統風險分析與改進

劉松

摘 要

核電廠涉氫相關設備較多，存在一定風險，提前預防尤為重要。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行風險分析，找出設備本身設計上的缺陷、操作規程的不完善，針對以上不足，提出變更改進措施，確保電廠人身、設備的安全。

關鍵詞

涉氫;風險分析;改進

中圖分類號： F832.2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： 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;含氫氣體設備儲存方面主要有衰變箱的儲存、容控箱氫氣房內氫氣瓶的儲存。針對以上有較高風險的地方進行風險分析，提出設備變更，完善規程、管理改進。

1 取樣系統風險分析與改進

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門放入手套箱內，首先確認取樣手套箱負壓和閥門狀態與照明，均滿足取樣條件后，按照操作規程，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（所有聯結操作都是通過手套箱內的鉛手套完成）進行取樣。

1.2 可能產生最大危害的風險分析

1）一定約束空間內

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

取樣前需進行掃氣，從步驟來看，實驗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置有止回閥V5閥，加之取樣箱存在負壓，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”實際上無法將氫氣掃至廢氣衰變箱，氫氣將大量進入取樣箱。另一方面，由于取樣箱負壓通風，進入取樣箱內部的空氣將與高濃度氫氣混合。分析人員從關閉V2閥、連接取樣罐至再次打開V2閥如果時間間隔較短，通風系統很難保證將混合氣體全部排出，所以箱內氣體濃度很有可能到達氫氣的燃燒極限（4%～75.6%）范圍之內。

3）存在火源或高溫。

發生燃燒的因素可能有以下三點：

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，隨高速氣流于管壁、閥門口摩擦，極易產生火花。

②氣體高壓高速流經管道、閥門所產生的高位靜電積聚未能導出。當高速氣流經過管道，閥門特別是在閥門進出口兩端壓差懸殊時開啟閥門送氣的瞬間，將產生極高的靜電電位，出現明顯的火花。

③當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與管路壓力達到平衡，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危害的可能性較大。

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

2.3 查找設備及規程中的不足

1）取樣設備存在缺陷

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，以排出管內空氣，才能保證取得樣品的代表性。

通過調研，其他電廠容控箱氣體取樣裝置的設計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，掃完后關閉鋼膽前后的隔離閥，再用針管從鋼膽中取樣，拿回實驗室分析，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，也不會向取樣箱內掃氣。

2）操作規程不完善

規程中規定：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97%的氫氣將大量進入取樣箱中;規程中也沒有對掃氣后執行下一步操作的時間間隔進行明確規定，導致等待時間的長短僅依靠個人經驗來判定，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，造成了惡劣的環境。

3）未將含氫氣體的取樣操作納入風險源管理范疇

2.4 容控箱及衰變箱取樣系統變更

2.4.1 容控箱取樣設備變更

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，不再向取樣箱掃氣。取樣通過針管及氣體取樣容器進行，獲取樣品后回實驗室分析。

2.4.2 衰變箱取樣系統變更

廢氣衰變箱內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險更大，因為衰變箱的取樣管路中沒有設計掃氣回路，取樣前只能向取樣箱內掃氣。

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。

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，會造成氧飽和水進入暫存箱，進行硼回蒸發脫氣時，脫出的氧氣進入高放廢氣系統，從而造成氧氣與氫氣的混合現象;同時主系統氧化和除氧操作也會造成氧氣與氫氣的混合;另外一些設備密封不嚴也會導致氧氣進入高放無氧廢氣系統。

3.1.1 采用氫氧分類接收的方法避免氫氧混合

1）根據氫氧分析結果，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，在控制室相應的電動閥門上掛“接收箱”、“接收備用箱”提示牌。

2）根據廢氣來源選擇含氫或含氧廢氣接收箱

例如硼回蒸發運行期間、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行氮氣吹掃，以控制每個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、氧監測儀及相關的報警、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）定期監測

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

2）根據系統運行需要監測

在以下情況下，應按規程投入氫氧監測儀檢測接收吹掃氣體的衰變箱氫、氧的含量，如果超標，則采取充入氮氣稀釋后排放等措施來保證其氫、氧含量在正常水平。在準備投入或切換衰變箱接收廢氣前對待接受衰變箱內氫、氧濃度進行測量;在投入硼回蒸發序列運行過程中，如果衰變箱壓力上漲，則按規程投入氫氧監測儀，并增加對衰變箱氫、氧濃度監測的頻度;在化容系統容控箱檢修后或電站啟動過程中，用氮氣對容控箱吹掃后，按程序投入氫氧監測儀檢測接收吹掃氣體的衰變箱氫、氧的含量;在衰變箱及其相關管道、閥門檢修后，應用氮氣對其進行吹掃，按程序投入氫氧監測儀檢測接收吹掃氣體的衰變箱氫、氧的含量;主系統設備掃氣，廢氣系統有異常隨時進行在線監測分析;其他：衰變箱新接收氣體，如有需要，可隨時進行氫氧濃度分析監測，保證衰變箱接收氣體氫氧濃度符合要求。

3.1.3 衰變箱氫氧監測分析取樣間有氫氣泄漏風險;房間內燈具及照明開關不滿足防爆要求，需更換新型防爆燈具及開關。

3.1.4 在含氫相關閥門管道房間防火門上張貼“含氫相關房間，禁止重關門”的提示，以防產生火花。

3.2 氫氣房的防范措施

氫氣房如果發生泄露，有可能造成氫氧超標。值班員每天都會到現場查看匯流排總管壓力，當壓力低時切換氫氣瓶。對于進入氫氣房有相關要求

1）嚴禁將各種火種及發火器帶入氫氣房。

2）嚴禁穿戴釘子鞋及挾帶易燃易爆物質進入房間。

3）嚴禁用鐵器敲打管道、閥門。

4）裝卸、搬運氣瓶嚴禁拋滑、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，修好后應按規程投運。

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，另外可以減少運行人員進入氫氣房的頻率，以防對人身造成傷害。

7）在氫氣房增加在線氫氧濃度監測儀，隨時監測房間氫氧濃度。

4 結束語

通過對電廠日常涉氫系統設備進行風險分析，提出了變更和預防措施，謹防發生意外，保證核電廠人身和設備的安全。

參考文獻

[1]廢氣處理系統運行規程QYG.01-QYG.01.23-A5.1.

[2]氫氣供給系統運行規程QYG.01-QYG.01.19-A5.