三門核電電廠氣體系統（PGS）簡介

王豐

摘要：三門核電一、二號機組作為第三代核電技術AP1000的全球首堆，擁有獨立的氣體儲存、輸送和供應系統，即電廠氣體系統（PGS），本文將對此系統的組成和作用進行簡單介紹。

關鍵詞：氣體系統;氫氣;氮氣;二氧化碳

電廠氣體系統（PGS）由氮氣、氫氣和二氧化碳三個子系統組成。電廠氣體系統包括2個獨立的大型液化氣體儲存設施和1個大型壓縮氣體儲存設施。每個設施各自都有獨立的供氣管網，分別為電廠各類用戶供應氮氣、氫氣和二氧化碳氣體。本系統邊界只包括供氣管網直接連接的設備，其它氣體，如氧氣、甲烷、乙炔、氬氣，采用小型獨立容器供應，不通過PGS系統提供。

1. 氮氣子系統

氮氣子系統是一個標準的工業用液化氣儲存系統，液氮儲存容量至少維持電廠連續運行30天，或者至少可以為1.5臺汽水分離再熱器和1臺安注箱充氣。

高壓氮氣生產回路利用一臺容積泵將液氮加壓到16.55MPa.g，然后由高壓汽化器將液氮轉化為氣態高壓氮氣，并將其儲存在3個高壓儲能器中。生產出來的氮氣通過高壓供氣管網直接提供給非能動堆芯冷卻系統的安注箱，另一部分經減壓后用于反應堆冷卻劑疏水箱的凈化和覆蓋。管網壓力由壓力調節閥控制，供氣壓力為5.52MPa.g。低壓氮氣生產回路直接將液氮儲存罐的液氮利用低壓汽化器轉化為氣態的低壓氮氣。低壓氮氣通過低壓供氣管網提供給用戶，用于設備凈化、電廠維修/覆蓋和增壓。管網壓力由壓力調節閥控制，供氣壓力為0.69MPa.g。

1.1液態氮氣儲存罐

液氮以其蒸發壓力以下的飽和液體1.75MPa.g形式儲存在一個雙層容器內，該容器為高壓和低壓氮氣系統提供液氮。內外層容器間的環形空間抽成真空（≤3Pa.a），減少熱量傳遞。真空能夠通過可讀真空表監視。內膽連接安全閥防止液氮超壓，外壁連接爆破盤防止真空過低導致破損。

1.2穩壓回路

穩壓回路主要用來維持液化罐內部壓力。利用穩壓汽化器對液化罐底部的少量液氮進行加熱氣化，氣體自然循環流入液化罐上部對罐內加壓。

1.3液氮泵

一臺低溫液氮泵用于高溫氮氣的輸送，該泵為單缸、正排量泵，運行流量為7.57L/min。電動機為三相380V異步電動機，功率為7.64kW。液氮泵的工作方式為間斷運行。

1.4高壓氮氣汽化器

液氮通過液氮泵升壓后進入汽化器汽化，利用環境空氣熱量對低溫液態氮進行加熱和汽化。汽化后的高壓氮氣被存入3個高壓氣態氮氣儲存罐，高壓汽化器采用間斷運行的方式，高壓汽化器采用單罐結構。

1.5低壓氮氣汽化器

低壓氮氣汽化器工作原理和高壓汽化器相同。但是，由于低壓氮氣需要連續供給，所以低壓汽化器有兩個并聯罐。一旦運行汽化罐出現結霜，液氮通過電磁閥改變流向進入另一臺汽化罐。同時對結霜的汽化器進行除霜。

2. 氫氣子系統

氫氣子系統分為低壓氫氣系統、高壓氫氣系統、氫氣升壓站、氫氣管線泄漏采樣系統。

低壓氫氣系統一期兩臺機組共用一個廠房。每臺機組主要由2臺低壓氫氣平板拖車和相關管道閥門組成。機組正常運行期間1臺氫氣拖車投運，另一臺氫氣拖車備用，當投運拖車內氫氣壓力不滿足機組運行時，備用氫氣拖車投運，壓力不滿足要求的拖車被氫氣供應商拖至供應商廠內進行氫氣充裝。

高壓氫氣系統主要設備由4支高壓氫氣瓶和切換閥組構成。機組正常運行期間2支高壓氫氣瓶投運，另外2只高壓氫氣瓶處于備用狀態。當投運的高壓氫氣瓶壓力低于設定值時，切換閥組自動切換至備用高壓氫氣瓶，并在主控室發出報警，提醒運行人員更換高壓氫氣瓶。高壓氫氣瓶出口設有減壓閥，將41.1MPa的高壓氫氣減壓至19.3MPa后送至化學和容積控制系統的加氫單元。

2.1氫氣拖車

氫氣拖車由10只大容積無縫鋼瓶組成容器組，鋼瓶由瓶體兩端的支撐板固定在框架內構成集裝管束，每輛氫氣拖車公稱容積為22.5m3，充裝容積為3965Nm3。

2.2氫氣升壓站

氫氣升壓站的主要設備包括氫氣增壓泵、氫氣匯流排和相關的管道儀表組成。氫氣升壓站采用低壓氫氣（氫氣長管拖車）作為氣源，由6臺獨立的增壓泵將低壓氫氣增壓，經匯流排對高壓氫氣瓶進行灌裝。待高壓氫氣瓶灌充完畢，廠內運輸到高壓氫氣儲存站，供高壓氫氣用戶使用。整套裝置采用全自動控制系統，控制柜顯示、報警并就地控制系統停運，以保證系統安全。

2.3高壓氫氣瓶

每臺機組配有12支高壓氫氣瓶，機組正常運行期間有4支位于高壓氫氣站內，另外8支氫氣瓶位于氫氣升壓站內備用。高壓氫氣瓶設計壓力為 41.4MPa（6000Psig），水容積為37.4L，每支鋼瓶重121Kg。

2.4氫氣泄漏采樣柜

為了防止氫氣泄漏時氫氣在套管內積聚，PGS系統設有氫氣管線泄漏采樣系統，該系統設有氫氣采樣柜，用來抽取和分析氫氣套管內的氫氣含量，當氫氣濃度超過一定值時，該系統將發出報警。

3. 二氧化碳子系統

二氧化碳子系統主要設備位于氣體廠房內，是一個標準的工業用液化氣儲存系統，包括一個水平放置的高壓低溫液態二氧化碳儲存罐、灌注回路、水浴式汽化器和供氣管網水浴式汽化器將液態二氧化碳轉化為氣態，供氣管網壓力由壓力控制閥門調節，供氣壓力為0.69MPa.g。二氧化碳子系統用于發電機充氫前的氣體置換。

3.1液態二氧化碳儲罐

二氧化子系統采用一個臥式低溫液態二氧化碳儲罐，儲罐采用雙側設計，內層和外層之間采用抽真空處理，防止熱量進入內筒。液態二氧化碳儲罐容積為 5.4m3，設計壓力為2.41MPa，設計溫度-40～93.3℃。

3.2二氧化碳冷凍機

二氧化碳子系統設置一臺冷凍機對液態二氧化碳儲罐內的二氧化碳進行降溫降壓。當液氮儲罐內壓力高于2.3MPa 時，冷凍機自動啟動，當壓力降至1.9MPa 時，冷凍機自動停運。

3.3水浴式汽化器

二氧化碳系統采用水浴式汽化器對液態二氧化碳進行汽化。水浴式汽化器內置電加熱器，備用狀態下當水浴式汽化器內部的水溫低于10℃時電加熱器自動投運，當溫度高于20℃時，電加熱器自動停運;當汽化器處于工作狀態時，汽化器出口溫度低于46℃時，電加熱器自動投運;當汽化器出口高于60℃時，電加熱器自動停運;當汽化器出口溫度低于30℃時，PLC將發出報警，當汽化器出口溫度低于22℃時，二氧化碳汽化器進口閥關閉。水浴式汽化器的水源來自生產水系統（IWS），當水浴式汽化器內水位低于80%，補水閥自動開啟;當液位高于90%時，補水閥自動關閉。

參考文獻：

[1]顧軍.《AP1000核電廠系統與設備》.北京：原子能出版社，2010