关于硼回收系统除气塔状态异常的处理

李洋 王座海

摘要：本文主要对华龙一号硼回收系统除气塔在调试过程中遇到状态切换异常问题进行分析，并通过分析结果进行改进和验证，解决了除气塔在运行过程中“状态8”无法进入问题，为后续机组调试及运行提供了参考。

关键词：除气塔；状态8；故障分析；处理措施

1、除气塔运行状态概述

华龙一号硼回收系统除气塔及排气冷凝器的调试与运行一共有十个状态： “状态0”：除气单元的“长期停运”状态。“状态1”：WND除盐水充入除气塔，并且初步加热。“升温”状态。“状态2”：排掉除气单元的溶解气体，排气冷凝器排气到废气处理系统含氧子系统。“除氧”状态。“状态3”：氮气吹扫排气冷凝器中残余的空气。在该状态末尾，排气冷凝器排气到废气处理系统含氢子系统。“氮气吹扫”状态。“状态4”：除气塔中压力上升。“升压”状态。“状态5”：脱除氢气和放射性气体，然后输送除气塔中的液体到中间贮槽。这一工况称为“生产”状态。“状态6”：除气装置与其余的净化部分隔离开，该工况称为“热备用”状态。“状态7”：到达状态0 以后，快速冷却除气单元内的反应堆冷却剂。“冷却”状态。“状态8”：用氮气吹扫排气冷凝器中的H₂和放射性气体。“强制吹扫”状态。“状态9”：在检修前，对除气塔进行氮气吹扫。“停运”状态。

除气塔状态切换图

2、除气塔运行中的故障及处理

2.1、除气塔控制参数简介

除气塔在生产模式的参数主要包括：ZBR101MP（塔内压力与不凝气体排放压力的压差，101MP=塔内压力-105MP），其数值用于调节控制除气塔的蒸汽进汽流量调节阀ZBR365VV，正常运行工况下应维持在12KPa；ZBR105MP（除气塔不凝气体排放压力），其数值依靠除气塔不凝气体排放调节阀ZBR427VY来控制，正常情况下应维持在0.135MPa.a；ZBR101MN（除气塔内液位），其数值依靠除气塔进料调节阀ZBR027VP来控制，正常情况下应维持在1350mm。

除气塔简图

2.2、除气塔“状态8”异常分析

除气塔的“状态8”按照逻辑设计氮气吹扫阀ZBR415VZ开启对排气冷凝器进行15分钟氮气吹扫，排出冷气器装置内的氢气和放射性气体，也称为“强制吹扫”，15分钟结束时，氮气吹扫阀ZBR415VZ关闭，“状态8”模式结束。

依据逻辑设计要求除气塔每次进入“状态6”之前都必须先进行氮气吹扫，在某核电二号机组除气塔调试过程中发现，当除气塔从生产模式“状态5”结束后，逻辑会自动发出向“状态8”切换的指令，此时氮气吹扫阀门打开，氮气进入除气塔含氢废气排放管线，并使该管线压力迅速升高至ZBR105MP超量程状态（ZBR105MP量程最大为0.15MPa.a），这导致ZBR101MP的压差直接降至0KPa，导致压力控制阀ZBR365VV持续调节开大至100%开度，此时ZBR101MP仍然是0KPa。由于除气塔从“状态5”切换到“状态8”的标志是当ZBR033VP三通阀从排放位置自动切换至再循环位置，该过程需要10分钟，因此在切换初期除气塔仍会处于“状态5”。根据逻辑设计，当除气塔在“状态5”且ZBR101MP低于5KPa，延时1分钟后除气塔自动返回“状态6”。由于除气塔经过“状态8”吹扫后也是进入到“状态6”，因此这个现象很容易被忽略，据了解在国内某电厂中同样也存在除气塔跳过“状态8”直接进入“状态6”的情况。

通过对调试过程中发现的异常问题进行分析研究，发现影响除气塔未能进入“状态8”的原因主要有以下三点：1.华龙一号的ZBR105MP上游的氮气吹扫管线阻力过小，主要影响因素是ZBR013DI限流孔板；2.ZBR105MP下游不凝结气体排放管线的阻力过大或者有异物堵塞管道，导致氮气堆积；3.废气处理系统的压缩机没有正常启动及时给废气收集缓冲罐ZGT001BA进行卸压，憋压导致不凝结气体排气不畅通。

2.3、除气塔“状态8”必要性

在正常机组运行过程中，如果除气塔未能进入“状态8”，则对机组运行会产生以下几点危害：1.排气冷凝器及上下游管道中残留的氢气和放射性气体滞留；2.滞留的放射性气体特别是阀门操作房间（NX608）内管道中滞留的放射性气体为后期系统巡检及检修人员造成放射性伤害的风险；3.除气塔跳过“状态8”直接进入“状态6”后系统中将会多出来ZBR029KA(IAW)、ZBR229KS(IAW)、ZBR381KS（IIC）报警，对主控值班人员以及辅控值班人员造成一定的干扰。因此在除气塔正常运行过程中“状态8”的存在是非常有必要的，对除气塔安全稳定运行及人员辐射安全有重要意义。

2.4、除气塔“状态8”异常处理

依据原因分析分别对排放管线上逆止阀ZBR391VY进行抽芯，并启动废气处理系统压缩机，但发现除气塔仍无法进入“状态8”，因此首先排除ZBR105MP下游不凝结气体排放管线阻力过大或存在异物堵塞管道，导致氮气堆积；其次排除废气处理系统压缩机没有正常启动造成的排放管线下游废气收集缓冲罐ZGT001BA憋压影响。最后将问题原因集中到氮气吹扫管线ZBR013DI孔板上，通过查阅对比国内M310机组孔板数据，发现某电厂1-4号机组孔板孔径为1.6mm，而“华龙一号”设计中该孔板的孔径为2.37mm，除此之外管线的管径、上游氮气的压力完全相同，于是经过计算将华龙一号ZBR013DI孔板的孔径缩小为1.5mm后重新启动除气塔，此时除气塔可以正常进入“状态8”并能够顺利完成氮气吹扫过程。经过技术分析及改进验证，发现主要原因由于氮气吹扫管线孔板ZBR013DI过大，在吹扫过程中除气塔内压力无法维持在正常要求范围内，经过逻辑控制及延时保护，除气塔将自动跳过“状态8”进入下一状态。

3、结束语

硼回收系统除气塔状态之间的稳定切换也是除气塔安全运行的一个标志，“状态8”的存在对机组运行人员的健康和正产监测都有很大影响，因此在调试过程中需加以关注，在后续同类型机组调试及运行过程中，如果出现类似无法正常切换状态的情况，建议可以从孔板、逆止阀以及下游排气系统等方面入手进行分析排查。

参考文献：

[1]张志政，张鸿雁，刘云霞，流体力学.西安：西安交通大学出版社，2007

[2] 硼回收系统手册，2018

[3]王成伟，除气塔及排气冷凝器设备制造完工文件，中国船舶重工集团公司，2018