秦三廠主系統(tǒng)氫氣添加時爆破盤破裂的分析及改進措施

王福棟

（中核核電運行管理有限公司運行五處，浙江 海鹽314300）

0 前言

主熱傳輸氫氣添加系統(tǒng)的目的是為主熱傳輸系統(tǒng)添加氫氣，以維持PHT系統(tǒng)氘氣含量在3～10 mL D2/kg D2O之間，從而降低系統(tǒng)中游離氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)，減少腐蝕，降低放射性水平。在反應(yīng)堆正常功率運行時是不帶壓離線系統(tǒng)，只在機組大修結(jié)束重新啟堆或反應(yīng)堆正常功率運行情況下主系統(tǒng)氘（氫）氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)低時，才通過本系統(tǒng)為主熱傳輸系統(tǒng)添加氫氣。

主熱傳輸氫氣添加系統(tǒng)所用的氣源由氫氣瓶組提供。氫氣瓶的氫氣（約14 MPa）流出后先經(jīng)壓力調(diào)節(jié)閥3354-PRV5降壓到10～10.5 MPa，然后進入過濾器過濾雜質(zhì)，在過濾器前接有爆破盤（3354-RD1、爆破限值為12.06 MPa)及壓力釋放閥(3354-RV17、動作限值為12.06 MPa)，為系統(tǒng)提供超壓保護。去除雜質(zhì)后，氫氣經(jīng)兩條帶有流量計的支管線分別進入重水存儲罐3354-TK1/TK2。從重水存儲罐出來后，3354-TK1所在管線連接到2＃主泵與2＃蒸發(fā)器之間管道上，而3354-TK2所在管線連接到4＃主泵與4＃蒸發(fā)器之間的管道上，正常運行時主泵入口壓力為9.4 MPa，從而將氫氣加入主系統(tǒng)。在兩個重水存儲罐下部之間連有一條經(jīng)主熱傳輸氘化/除氘系統(tǒng)至重水凈化系統(tǒng)的管線，主要在氫氣供給壓力低且逆止閥3354-V13/V14密封不嚴(yán)時主系統(tǒng)重水倒灌入重水存儲罐時及時疏水，防止重水漏到廠房內(nèi)造成污染。

1 事件起因：主系統(tǒng)加氫系統(tǒng)爆破盤1-33 54-RD1短時間內(nèi)破裂兩次

2015年6月1日，維修工作人員接主控通知在主系統(tǒng)加氫期間“主系統(tǒng)加氫系統(tǒng)爆破盤1-3354-RD1”破裂，后維修工作人員由零級缺陷工單進行了爆破盤更換，經(jīng)氦氣保壓試驗合格；2015年6月2日，維修工作人員接主控通知在主系統(tǒng)加氫期間“主系統(tǒng)加氫系統(tǒng)爆破盤1-3354-RD1”再次破裂，后維修工作人員分別由零級工單“檢查PHT氫氣添加壓力調(diào)節(jié)閥1-3354-PRV5”和“1號爆破盤1-3354-RD1更換”分別對“1-3354-RD1”和“1-3354-PRV5”進行了更換。后經(jīng)維修后試驗：氦氣10.4 MPa保壓30分鐘，氫氣充壓至10.2 MPa（系統(tǒng)加氫要求壓力：10～10.5 MPa），爆破盤無泄漏與破裂。

經(jīng)兩次更換，拆下的爆破盤均未發(fā)現(xiàn)有異常變形和安裝缺陷。基本可排除是安裝問題導(dǎo)致的爆破盤破裂，那么問題會不會出現(xiàn)在運行操作環(huán)節(jié)？

2 原因分析

經(jīng)咨詢當(dāng)時操作人員以及查詢?nèi)罩居涗洠僮魅藛T的操作和行為符合規(guī)程要求，重新梳理運行規(guī)程中的操作步驟、分析發(fā)現(xiàn)存在以下不足。原版本運行規(guī)程《對主熱傳輸系統(tǒng)氫氣添加系統(tǒng)升壓》章節(jié)，對氫氣系統(tǒng)加壓的主要步驟是：在3354-PRV5關(guān)閉時，先投入1#氫氣瓶對3354-PRV5閥前管線升壓。如果3354-PRV5入口壓力表大于10 MPa，則調(diào)節(jié)3354-PRV5，確認(rèn)出口壓力上升。如果出口壓力能穩(wěn)定在10～10.5 MPa，則結(jié)束升壓操作，轉(zhuǎn)至加氫章節(jié)；如果出口壓力表穩(wěn)定后讀數(shù)小于10 MPa，則切換至下一個氫氣瓶升壓。實際需要分別投入多個氣瓶才能使3354-PRV5入口壓力升至10 MPa以上，操作規(guī)程中沒有提醒和跳轉(zhuǎn)步驟。

根據(jù)運行規(guī)程，在保壓試驗結(jié)束后、升壓操作前，3354-PRV5閥前和閥后管線的壓力已經(jīng)卸至200 kPa以下。因此，假設(shè)新氫氣瓶壓力為13.5 MPa（g），加氫前管線中剩余壓力為200 kPa（g），根據(jù)公式P1V1=P2V2可以聯(lián)立求得一個氣瓶投入后，氣瓶+管線的最終壓力（即3354-PRV5入口穩(wěn)定壓力）公式：

所有壓力均為絕對壓力。

根據(jù)此公式，第一個氫氣瓶投入后3354-PRV5入口壓力最終能穩(wěn)定在P最終=（13.6×40+0.3×46.6）/（40+46.6）=6.44MPa（a）；

同理，第二個氣瓶加壓后入口壓力：9.74 MPa（a）；第三個氣瓶加壓后入口壓力：11.52 MPa（a）；第四個氣瓶加壓后入口壓力：12.48 MPa（a）。由此可見，如果需要按照規(guī)程要求將PRV5入口壓力升至10 MPa（g），則至少需要三個氫氣瓶。這個氣瓶用量與108大修期間升壓操作的實際用量一致，也與狀態(tài)報告CR201413317反映的情況類似（該狀態(tài)報告反饋加氫前保壓試驗時需要至少三個氦氣瓶才能將3354-PRV5入口壓力穩(wěn)定在10 MPa以上）。但規(guī)程中在第一個氣瓶角閥打開后即要求確認(rèn)3354-PRV5入口壓力表穩(wěn)定后讀數(shù)大于10 MPa，隨后便開始調(diào)節(jié)3354-PRV5的操作，并沒有提醒至少需要三個氣瓶才能達到這個要求，也沒有氣瓶投入后入口壓力無法大于10 MPa時的操作或跳轉(zhuǎn)步驟。

3 改進思路

綜上所述，現(xiàn)有版本運行規(guī)程中最關(guān)鍵的人因失誤陷阱，是在3354-PRV5入口壓力小于等于或者略高于10 MPa時，操縱人員調(diào)節(jié)出口壓力至10 MPa時容易過調(diào)，使得真實設(shè)定值大于10 MPa，而此時操作人員并沒有辦法判斷3354-PRV5是否已經(jīng)過調(diào)。確保3354-PRV5不過調(diào)的關(guān)鍵，在于調(diào)整設(shè)定值時3354-PRV5入口壓力要始終明顯高于出口目標(biāo)壓力（10～10.5 MPa），操作人員調(diào)節(jié)3354-PRV5時緩慢操作，當(dāng)出口壓力到達目標(biāo)值時及時停止調(diào)節(jié)。因此，可以采取的改進措施有兩個：

提高3354-PRV5打開前入口壓力要求值:

將3354-PRV5打開前的入口壓力要求提高。不僅要確保明顯高于出口目標(biāo)壓力值，也要確保當(dāng)3354-PRV5打開后，不會因為出口管線充壓使得入口壓力很快降至10 MPa以下。在不考慮管線泄漏的前提下，如果第一次打開3354-PRV5需要調(diào)節(jié)出口壓力穩(wěn)定在10 MPa（g），根據(jù)公式倒推，則入口壓力至少11.5 MPa（a）。（咨詢108大修升壓操作人員，在打開3354-PRV5前，一次投入了三組氫氣瓶才將入口壓力升高至11 MPa左右，調(diào)整3354-PRV5后出口壓力基本能夠穩(wěn)定在10 MPa，不需要再執(zhí)行氣瓶切換操作，與理論計算一致）。

雖然理論而言，在調(diào)節(jié)3354-PRV5前，其入口壓力越高，則越有利于將出口壓力調(diào)整至要求值，并且能盡量避免在入口壓力低時頻繁切換氣瓶帶來的3354-RD1破裂的風(fēng)險（因為如果切換氣瓶，會造成3354-PRV5入口壓力大幅度升高，引入一個大的擾動。如果3354-PRV5控制異常或設(shè)定值過高，則可能使得3354-RD1爆破）。3354-PRV5入口壓力低時及時切換氣瓶。

4 改進行動

升版33000-OM-001《對主熱傳輸氫氣添加系統(tǒng)升壓》如下：

（1）在切換氣瓶時要求現(xiàn)場密切關(guān)注壓力調(diào)節(jié)閥3354-PRV5的入口壓力，并規(guī)定了氣瓶切換時的壓力限值；

（2）在投運壓力調(diào)節(jié)閥3354-PRV5前確認(rèn)其入口壓力大于11 MPa；

（3）調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)閥3354-PRV5時增加注意事項，并密切關(guān)注其出口壓力表讀數(shù)，確保出口壓力不得大于10.5 MPa。同時關(guān)注入口壓力表讀數(shù)。如果入口壓力表讀數(shù)≤10.5 MPa，立即暫停調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)閥3354-PRV5，并執(zhí)行切換氣瓶的操作；

（4）當(dāng)發(fā)現(xiàn)壓力調(diào)節(jié)閥3354-PRV5的出口壓力表穩(wěn)定后的讀數(shù)小于10 MPa，或者入口壓力表讀數(shù)小于10.5 MPa，則關(guān)閉相應(yīng)氫氣瓶組中的1#氣瓶的出口角閥，投入下一個氣瓶進行升壓。

5 結(jié)論

本文通過對秦三廠主系統(tǒng)氫氣添加運行規(guī)程相關(guān)操作步驟的改進，并在后續(xù)執(zhí)行主系統(tǒng)加氫操作過程中，修改后的運行規(guī)程操作未出現(xiàn)爆破盤3354-DR1破裂的現(xiàn)象發(fā)生。可認(rèn)為通過對運行規(guī)程的修改，增加明確的警示和說明提醒操作人員，改進部分可執(zhí)行性較差和存在人因失誤陷阱等操作步驟，是可以減低操作中使爆破盤破裂的潛在風(fēng)險發(fā)生的概率，這些措施也給我們對以后的實際操作改進提供更多的借鑒意義。