TEP除氣裝置從停運狀態啟動的運行策略分析

高文超

（福建福清核電有限公司 福建福清 310300）

福清核電硼回收系統（TEP）的主要作用［1］是在核電廠運行過程中，對反應堆冷卻劑系統排出的含硼、含氫及裂變氣體的廢水進行除氣凈化、硼水分離，并對處理后的合格硼酸予以復用。TEP除氣塔是除氣凈化單元的關鍵部件，根據核電機組的不同運行狀態，TEP除氣塔共有9 種不同的運行工況來防止氫氣、氧氣混合形成爆炸性混合物，同時也防止放射性裂變氣體直接向環境排放，以便實現對主系統冷卻劑的除氣、凈化功能。機組功率運行階段，TEP 除氣塔處于狀態6（熱備用），為含氮氣及放射性氣體的環境，啟動排氣至TEG含氫子回路。狀態0 為除氣塔完全停運狀態，通常為機組大修后或者TEP 除氣塔檢修后的狀態，此時為含氧環境，首先啟動排氣至TEG含氧子回路，在除氣塔內氧含量降低至合格值后。自動轉向TEG 含氫子回路，不同的初始啟動狀態通過不同的控制邏輯來實現。然而，在某些故障情況或者人因操作失誤時，TEP除氣塔在機組功率運行階段也可能跳轉至狀態0（此時含氮氣和放射性氣體），如果按原設計直接正常啟動TEP除氣塔，將導致放射性氣體向環境釋放，且存在氫氧混合風險。本文就TEP除氣塔從狀態0啟動時的運行可行性策略進行分析，避免放射性氣體誤排放和潛在的氫氧混合。

1 硼回收系統除氣塔簡介

TEP 除氣塔采用熱力除氣法，主要設備包括除氣塔001DZ、輸液泵003PO、再生熱交換器001EX、冷卻器001RF及排氣冷凝器001CS，工藝流程如圖1所示。

圖1 TEP 除氣塔工藝流程簡圖

TEP 除氣塔運行時［2］，將來自主系統的冷卻劑料液經再生熱交換器初步加熱，從除氣塔頂部噴入，由輔助蒸汽系統（SVA）加熱至飽和狀態。經除氣后的料液由輸送泵003PO經換熱器001RF冷卻后排往中儲槽或返回容控箱（RCV002BA）。除氣塔加熱產生的水蒸氣和不凝結氣體在冷凝器001CS 中得以冷卻，凝結水靠重力返回除氣塔，不凝結氣體則排往TEG 廢氣處理系統（含氫子系統或含氧子系統）。

TEP 除氣塔設計有9 種運行狀態［3］，為全自動控制，核電機組大修時，TEP除氣塔為狀態0（停運），機組帶功率運行時處于狀態6（熱備用），設計的各狀態間轉換關系如圖2所示。

圖2 TEP 除氣塔狀態序列及邏輯轉換關系

TEP除氣塔各狀態定義如下。

狀態0——長期停運狀態，分為“熱態”狀態0 和“冷態”狀態0。

狀態1——升溫，冷凝器排氣至TEG含氧子回路。

狀態2——除氧，冷凝器排氣至TEG含氧子回路。

狀態3——氮氣吹掃，冷凝器吹掃合格后排氣至TEG含氫子回路。

狀態4——升壓。

狀態5——生產。

狀態6——熱備用，為含氫或放射性氣體環境。

狀態7——強制冷卻，區別“熱態”狀態0和“冷態”狀態0。

狀態8——冷凝器氮氣吹掃，排向TEG 含氫子回路。

狀態9——停運，除氣塔檢修前，進行氮氣吹掃。

綜合上述定義可知，狀態0 分為“熱態”狀態0 和“冷態”狀態0兩種情況，其區別在于除氣塔停運后是否經過強制冷卻。除氣塔大修檢修后再啟動，通常是從“冷態”狀態0開始；而功率運行期間，除氣塔因故障導致跳轉至的狀態通常為“熱態”狀態0，因為強制冷卻需人為手動觸發。因除氣單元從狀態0啟動排氣路徑的特殊性，存在如下的問題可能會導致非預期的后果。

2 TEP除氣塔從狀態0啟動存在的問題

核電機組在大修后啟動時，主系統及TEP 凈化單元均為含氧環境且無放射性氣體，TEP 除氣塔在充水后按照設計從狀態0 正常啟動即可。但是，機組在功率運行階段，TEP 除氣塔在人因操作失誤或者相關檢修（如系統軟件下裝）時可能跳轉至狀態0，此時，除氣塔為含氫環境且存在少量放射性氣體。以上即為“冷態”狀態0 啟動和“熱態”狀態0 啟動兩種方式。通過TEP除氣塔各運行狀態及邏輯轉換關系可知，從狀態0啟動時，全自動控制系統會經過狀態1（升溫）和狀態2（除氧），此過程中冷凝器分離出的不凝結氣體排向TEG 含氧子回路，最終經DVN 煙囪排向大氣。針對“熱態”狀態0 的啟動，此時，除氣塔內部仍為含氫、含放射性氣體的環境，如果直接啟動除氣塔，將造成放射性的氣體直接排向環境，且存在氫氧混合風險［4］。

綜上，核電機組帶功率運行階段，TEP除氣塔從狀態0 的啟動存在放射性誤排放風險，而此運行模式下TEP 除氣塔確實存在跳轉至狀態0的可能性。無論是放射性誤排向環境，還是含氫氣體與空氣混合形成爆炸性氣體，后果都是不可接受的，這給設備運行帶來一定挑戰［5］。

3 TEP除氣塔從狀態0啟動的可行性分析

3.1 機組大修后TEP除氣塔的啟動

機組大修期間，一回路主系統和TEP頭箱、TEP除氣塔內部均為正常的含氧環境且基本無放射性氣體，在此種情況下的啟動即為正常的“冷態”狀態0 啟動。根據大修文件，在主系統、TEP 頭箱、除氣塔在置換為氮氣環境后，按正常啟動操作票順控啟動即可，不存在放射性氣體誤排放和氫氧混合風險。

3.2 功率運行期間除氣塔故障檢修后的啟動

此處的故障檢修指的是TEP 除氣塔開口檢修，內部已排空，通常，TEP除氣塔不會在功率運行期間停運至狀態0進行檢查，除非偶發重大故障。此時，檢修后除氣塔內部為含氧環境且無放射性氣體，具備從狀態0 正常啟動的條件，即從“冷態”狀態0 啟動。然而，此時，原本給TEP除氣塔供料的TEP頭箱（接收一回路排水）仍為帶有放射性氣體的含氫環境，TEP除氣塔啟動過程中直接從此處供料依然存在不可預知的放射性氣體誤排風險。為此，TEP除氣塔啟動前需改變在線，改為由REA（硼水補給系統）水回路或SED（核島除鹽水）向TEP 除氣塔供料。TEP 除氣塔啟動過程中，各泵及自動閥均順控動作，此方法理論上能夠實現TEP 除氣塔的再啟動，但需要較多的運行配合操作，存在一定的人因失誤風險。

3.3 功率運行期間除氣塔跳轉至狀態0的啟動

在人因操作失誤或者某些檢修作業（比如系統軟件下裝）時，TEP 除氣塔可能跳轉至狀態0，此時，除氣塔內部仍為熱態且可能含有少量氫氣及放射性廢氣，此種情況的再啟動即為“熱態”狀態0啟動。因啟動過程中，狀態1和狀態2過程中TEP冷凝器分離的不凝結氣體排向大氣，此時，TEP 除氣塔不具備直接從狀態0再次啟動的條件。此時，如果按照正常啟動邏輯恢復除氣塔至熱備用，可以考慮將除氣塔內部放射性廢水經狀態7 強制冷卻后進行排放，以及將內部含氫的氣空間置換為氮氣，再按照上節描述重新啟動，但此方法耗時較長且運行操作相對復雜，存在較大的人因失誤風險，并且排放除氣塔內的存水將產生較大量的廢水，給三廢處理系統造成負擔。

TEP除氣塔的再啟動即恢復至狀態6（熱備用），下面，從TEP除氣塔處于狀態6和狀態0時分析對比除氣塔啟動時順控的所有泵和閥門的邏輯關系［6-8］。對比發現，兩種狀態下，泵及自動閥門存在以下不同，如表1所示。

表1 兩種狀態下泵及自動閥門的對比

狀態6（熱備用）與狀態0（停運）中泵、自動閥的邏輯狀態僅有2 個氣動閥不同，其他順控設備狀態完全一致。通過設計功能考慮，在狀態6，TEP 除氣塔通過輔助蒸汽（SVA）供汽的旁路閥367VV 間斷性開啟加熱，來維持除氣塔內壓力在正常范圍，其他轉機和閥門與狀態0時相同是符合預期的。通過邏輯分析及實踐證明，除氣塔在停運時，改變409VV和033VP的狀態不會對除氣塔造成影響，且狀態6 的置位信號能夠復位狀態0 的信號。據此，可考慮通過儀控專業信號強制的方式，來實現狀態0向狀態6的正確轉換。實施信號強制期間，僅409VV和033VP閥門改變狀態，其他轉機和閥門狀態不變，理論分析可行。實踐證明，此方法簡潔高效，能夠實現TEP 除氣塔從“熱態”狀態0 恢復至狀態6（熱備用），從而規避了TEP除氣塔從“熱態”狀態0的再啟動時潛在的風險。

4 結語

核電機組TEP除氣塔從狀態0的啟動分為“熱態”狀態0啟動和“冷態”狀態0啟動，含氧環境的“冷態”狀態0 的啟動可根據TEP 順控邏輯正常啟動，含氫環境的“熱態”狀態0的啟動可采取儀控信號強制的方式重新恢復至狀態6（熱備用），從而減少復雜的運行操作和潛在的人為失誤，同時，該方法能夠避免氫氧混合及反射性氣體向環境釋放，對同類型機組運行操作具有一定的借鑒意義。