硼回收系統TEP除氣塔的運行

徐毅

【摘 要】本文描述了秦山第二核電站硼回收系統除氣塔的功能、組成和運行情況，并通過運行人員的運行經驗總結了該系統的操作注意事項和故障處理的方法，通過從除氣塔運行以來的一些運行事件和各種故障的原因總結，完整的描述了該系統的運行情況。

【關鍵詞】除氣；狀態；運行；故障處理

0 引言

硼回收系統為兩個反應堆共用，具有下列功能：收集化學和容積控制系統（RCV）排放管線和核島疏水排氣系統（RPE）的反應堆冷卻劑排水槽來的含氫反應堆冷卻劑，處理含氫的反應堆冷卻劑以得到反應堆級的補給水和重量百分比為4%的硼酸溶液，以復用于反應堆冷卻劑系統。除氣塔作為硼回收系統的重要環節，主要用于脫除堆冷卻劑中的氫氣和放射性惰性氣體（Kr、Xe等）。并在冷停堆期間打開反應堆之前，降低一回路冷卻劑中的放射性濃度和溶解氫濃度，提高除氣效率并且減少操作時間。

秦山第二核電廠從投運以來，硼回收系統（TEP）的除氣塔能滿足電廠運行的要求，但系統出現過很多的故障，這些故障如果不能及時有效的進行根本原因分析和處理，將嚴重影響到系統的穩定運行。因此本文主要通過對硼回收系統除氣單元的描述，對一些運行事件和運行操作的總結，希望能幫助運行人員提高對硼回收系統除氣單元的了解和認識，特別是新參加工作的運行人員，減少人為的運行事件的發生。

1 硼回收系統（TEP）除氣塔單元簡介

除氣塔采用熱力除氣法以達到深度除氣的目的，從前貯槽來的廢液經過再生熱交換塔001EX用泵送到除氣塔001DZ，在塔中氫氣、裂變氣體和其它氣體，從含硼水中脫除，用SVA輔助蒸汽間接加熱。SVA蒸汽冷凝水收集在冷凝水平衡槽011BA，并且經過冷凝水冷卻塔009RF冷卻，送到槽9SVA001BA，在大氣壓下貯存。脫除出的不凝性氣體和蒸汽離開除氣塔的頂部后，流入排氣冷凝001CS，由設備冷卻水（RRI）來冷卻。隨后，冷凝液通過回流回到除氣塔頂部。通過調節閥427VY間歇的把氣體排到RPE系統的含氫部分，來保持一定的冷凝塔出口壓力。除氣后的流出液排到平衡槽009BA，而后用泵003PO經過冷卻塔001RF排到中間貯槽。三通閥033VP允許加熱階段未除氣的流出液，再返回到除氣設備。帶有隔離閥的兩個孔板007DI和009DI設置在返回/輸送三通閥的下游，在不同進料溫度時用它們來改變輸送量，以便保持較高的去污系數。既：最大流量（兩條線共用）；平均流量（小流量閥關閉）。

當反應堆冷停堆時（在打開堆容塔頂蓋更換燃料之前），孔板下游裝有遙控閥053VP和手動閥055VP的管線，把除氣后的冷卻劑送到1RCV002BA。

1.1 硼回收系統的除氣單元主要設備組成

1）除氣塔001DZ，用熱力除氣法除去塔中從含硼水中的氫氣、裂變氣體和其它氣體，用輔助蒸汽分配系統（SVA）的蒸汽間接加熱，并使料液處于飽和狀態。

2）除氣塔輸送泵003PO，采用屏蔽型泵，防止裂變氣體從反應堆冷卻劑中釋放出來。

3）再生熱交換塔001EX，加熱進料至70～95℃后進入除氣塔，以利于除氣塔的正常運行。冷卻除氣后的液體至50～75℃。

4）冷凝水平衡槽011BA，收集SVA蒸汽冷凝水。

5）冷凝水冷卻塔009RF，冷卻SVA蒸汽冷凝水。

6）排氣冷凝塔001CS，使除氣塔排出的蒸汽冷凝，冷卻后的不凝性氣體（氫氣、氮氣、氪、氙），通過限壓閥427VY間歇地把氣體排到RPE系統的含氫部分，來保持一定的冷凝塔壓力。

7）除氣塔液體冷卻塔001RF，使除氣后的液體進一步降溫至50℃以下，送至中間貯存箱。

硼回收系統除氣單元的流程簡圖（如圖1所示）。

1.2 除氣塔運行特性指標及相關設計參數

2 除氣塔的啟動、運行和控制

正常運行期間，TEP除氣器處于熱備用狀態，當除氣塔一般由于相關設備儀表和閥門檢修才置于狀態0長期停運狀態。可以在2.5小時內從完全停運狀到達熱備用狀態。熱備用狀態是正常的備用狀態，在熱備用狀態下，當前貯001BA內的反應堆冷卻劑液位達到N3（2.789）m時，發出信號，表示可以進入常生產的啟動階段，由運行人員啟動進入生產狀態。

除氣塔啟動前的狀態：

除氣塔液位：150±50mm，低于100mm時啟動前貯槽泵補水。

除氣塔溫度：100～109℃，低于該溫度可能是SVA管線隔離或除氣塔壓力大于47kPa。

除氣塔壓力：30～47kPa，一般因氮氣吹掃導致壓力大于47kPa，可打開取樣閥排氣。

SVA壓力：>0.25MPa，保證SVA蒸汽壓力是順利啟動的必要條件。

如果遵循操作時間，在這一運行階段將用未除氣的反應堆冷卻劑充注到除氣塔的操作液位。

否則，除氣塔可用含氧SED除鹽水來充注。SVA蒸汽閥365VV保持預先設定的位置，相應的流量為0.6t/h。除氣塔管束中的蒸汽加熱堆冷卻劑并產生蒸汽（蒸汽+不凝性氣體）。

二次蒸汽在001CS中冷凝并且冷卻到50℃，然后返回到除氣塔，不凝性氣體排到TEG含氧子系統。（最大流量：20m3STP/h）。除氣塔管束通過409VV和411VV與大氣相通，以防止當SVA蒸汽冷凝時形成真空。加熱蒸汽冷凝水由371VL自動排出。371VL是由103MN控制的。

在狀態1，除氣塔連續加熱，約50分鐘，當它的頂部溫度達到98.5℃，105MT發出信號，激發程序指令，使除氣塔進入狀態2。

c）除氧（狀態2）

狀態2是指：

——循環的堆冷卻劑被冷卻（打開001RF上的設冷水閥217VN）。

——除氣塔管束排氣閥409VV關閉。

——除氣塔蒸汽入口控制閥365VV置于自動（由101MP控制）位置。

101MP儀表使除氣塔頂部和排氣冷凝器出口的壓差保持在0.012MPa，相應的二次蒸汽流量為80kg/h，除氣塔頂部的壓力約為0.108MPa（絕），也就是0.012MPa+0.096MPa（絕）（TEG含氧子系統壓力）。

SVA蒸汽流量2.5t/h。

除氣塔循環流量由限流器005DI限定，保持在12t/h。

在狀態2運行期間，001BA中的液體通過除鹽器和過濾器循環10分鐘，以避免不干凈的雜質進入除氣塔。狀態2結束前10分鐘，001EX中的含氧水，用含氫廢液沖排（025VP、119VP打開）。在狀態2末，供料閥關閉。

d）排氣冷凝器氧氣的脫除（3狀態）

含氧排氣閥425VA關閉，含氫排氣閥429VY打開，并且排氣冷凝器用氮氣充入。除氣單元的其它部分也同時處于狀態2工況下。

按動“狀態3程序指令”按扭，可實現狀態2到狀態3的變化。氮氣閥415VZ打開，計時器開始計時。在排氣冷凝器的排氣自動切換到TEG含氫部分之前，用氮氣吹掃15分鐘，以清除氧氣。氮氣吹掃結束時，排氣冷凝器剩余的氧氣濃度近似7×10-6g/L。

e）除氣塔內壓力上升（狀態4）

狀態4的工況與狀態3相同，但是由于SVA蒸汽的加熱，塔內的壓力持續上升。

狀態4開始時，排氣冷凝器內充有氮氣并且與TEG含氫子系統相通。這時仍沒有排氣，因為排氣冷凝器壓力低于背壓閥（427VY）的設定值。由于氮氣吹掃，除氣塔頂部壓力和排氣冷凝器出口的壓力差小于0.01MPa。因此，SVA蒸汽入口閥幾乎開到最大。

除氣塔內的壓力繼續上升。使排氣冷凝器壓力上升到0.135MPa（絕），從而使背壓閥打開。

當排氣冷凝器壓力達到0.135MPa（絕），有兩種可能的工況：

1）如果除氣塔收到“生產”信號，這個信號或是手動（按扭）或是N3液位信號（表示前貯槽已經達到處理液位）則除氣塔按照程序達到狀態5（生產工況）。

2）如果沒有生產信號傳送來，則排氣冷凝器用氮氣來吹掃（狀態8）以除去其中的氫，之后，除氣塔進入熱備用狀態（狀態6）。

f）除氣后冷卻劑的操作

在狀態5工況中，除氣后的冷卻劑從除氣塔送到中間貯槽。

在這個工況中：

——堆冷卻劑被001P0泵經除鹽過濾后連續送入除氣塔。

——H2和放射性氣體不斷地被脫除，并且通過001CS排到TEG含氫子系統。

——經除氣的冷卻劑由003PO送到相應的中間貯槽，如果除氣塔的供料溫度高于25℃，經除氣的冷卻劑的輸送流量為27.2t/h（035VP和423VP 打開）如果除氣塔的供料溫度低于25℃（423VP關閉）則輸送流量為23t/h。

——除氣塔循環線關閉。

——除氣塔加熱蒸汽流量為2～2.5t/h（控制閥365VV由101MP送來的壓差△P調節）。

除氣速率能非常靈敏地影響除氣塔中的壓力。

下列預防措施是在由狀態4到狀態5的運行過程中實施的，它是為了避免除氣頂部和排氣冷凝器出口的壓差△P快速下降。這個壓降將改變SVA進汽流量。

當接收到進入狀態5的信號時，三通閥原置于“再循環”位置，然后閥逐漸切換到“生產”位置。這個方法使冷供料速度逐漸增大。這樣，SVA蒸汽控制閥逐漸打開，使塔頂壓力保持在0.147MPa（絕），冷凝器出口壓力0.135MPa（絕）。當三通閥對輸送線全部開啟時，循環線上的隔離閥自動關閉。

除氣后的冷卻劑流量隨三通閥開度而變化（如表1所示）。

除氣塔的控制采用了目前較先進的程序化邏輯控制系統（PLC），所有的操作和管理完全實現計算機化。這一系統主要的特點是占用空間小，運行穩定可靠，維修率低且維修方便，操作執行簡單易行，容易進行工藝系統和控制系統的更改。

1）除氣塔001DZ液位控制由PI控制塔（101MN）通過調節027VP來保持恒定。控制塔可以調節設定值大小（SP），手動調節閥門開度，手動自動切換（自動時維持PV值在SP上），PV值和閥門開度的監視。

2）除氣塔頂部與冷凝塔001CS排出口間的壓差由PI控制塔（101NP）通過調節365VV來維持壓差在 0.0105MPa 。SVA蒸汽壓力103MP 為365VV提供前饋控制。

3）冷凝水平衡槽011BA液位通過103MN控制371VL來保持一個恒定值。

4）排氣冷凝塔001CS的壓力由作用于背壓控制閥427VY的105MP來保持在0.135MPa絕壓下，427VY根據設定值間歇排放。

5）423VP在狀態5時受溫度控制，防止流量過大，當前貯槽來的堆冷卻劑溫度降低到25℃（101MT）以下時423VP自動關閉，降低液體流量到“低流量”23m3/h（423和425VP同時開啟為“高流量”27.2m3/h）。

2.1 除氣塔的保護信號

2.2 除氣塔的運行注意事項

2.2.1 1TEP除氣塔從狀態6轉狀態5運行

除氣塔在狀態5以25m3/h的穩定流量運行時，蒸汽閥TEP 365 VV的開度大約在55%～65%之間，這個值也就是手動啟動除氣塔時蒸汽閥門的一個參考值。

除氣塔在啟動過程中，最有可能導致保護動作的原因為壓差101 MP控制不好。運行新員工啟動除氣塔大都會出現壓差大幅波動的現象。實際上，控制壓差除了要根據101MP的顯示值進行控制外，最關鍵的是需要操作者根據實際情況給一個前饋。在絕大多數情況下，除氣塔均處于飽和態，因此，控制除氣塔在其壓力所對應的飽和溫度下，則壓差自然穩定。

如我們控制的目標是101MP為10.5kPa，如果001 CS的壓力105 MP為35kPa，那么這時除氣塔的壓力為0.1+0.0105+0.035=0.1455MPa.a，其對應的飽和溫度為110.4℃，因此，控制除氣塔溫度在110.4℃，其壓差自然會穩定在10.5kPa，這時，在關注壓差的同時關注溫度，如果溫度上漲，適當關小蒸汽閥門，如果溫度下降，適當開大蒸汽閥門，通過這種方式壓差會很快穩定。在除氣塔處于熱備用時，由于沒有冷卻，001CS的壓力就代表除氣塔的壓力，它在0.130～0.147MPa之間變化時除氣塔的理論溫度在107.1℃～110.7℃之間變化。

2.2.2 1TEP除氣塔氮氣壓力高

即1TEP 105大于50kPa（并且117SP已經觸發：0.2MPa）的情況下，除氣塔無法啟動，這時必須強制打開TEP429VY/430VY，排氣至正常壓力方可啟動。在排氣之前，一般需要同時打開TEP001CS的設備冷卻水閥門（RRI）211VN，避免排氣溫度高。

2.2.3 去中間貯槽的進口閥不能全開

由于設計原因TEP中間貯罐六個進口閥不能全開，否則無法維持除氣塔液位，也會導致003PO超流量使除氣塔其開度一般為2個螺紋左右，以調節003PO的流量在25t/h左右為宜。

2.2.4 除氣塔排空后的的充水

除氣塔排空后，如果回路已經含氧，那么除氣塔的補水只能由SED水進行補充，除非這時前貯槽也含氧；在用SED水進行補水時，在適當的開度下，補水到110mm左右關閉閥門除氣塔的液位可上升到180mm左右；在用前貯槽的水進行補充時，補水的后階段需關小調節閥，避免補水過多導致除氣塔出現高水位。

2.2.5 除氣塔無法正常啟動而必須啟動

手動啟動，需先將033VP強制到生產狀態（生產狀態為1：地址0497，循環狀態為0：地址0498，必須同時將0497強制為1且0498強制為0，才能將033VP轉到生產位）。然后，按照狀態5各閥門的狀態，除蒸汽外將各調節閥置于自動，先開汽側，再開水側出口。最后，開啟水側入口，手動控制蒸汽閥門開度，調節除氣塔在狀態5對應的溫度和壓力下，穩定后將蒸汽閥置自動。通過地址40017和40095可以看到033VP的變化，該閥門從循環位轉到生產位置需要10min。

3 除氣塔運行中的故障及處理

正常運行期間一回路向TEP的排水總量不大，流量也小，時間要求不是很嚴，而且兩臺除氣塔可以互為備用，因此除氣塔故障一般會有足夠的檢修時間。大修時排水量大（特別是在主回路進行升溫升壓時），TEP接收廢水流量大，時間要求緊，而且大修期間兩臺除氣塔嚴格隔離不能互為備用，一旦除氣塔故障將成為關鍵路徑。熟悉除氣單元的運行，清楚導致該單元故障的原因和處理措施，可以有效避免一些常見故障的再次出現，保障除氣單元的穩定可靠運行。

3.1 在狀態5時除氣塔液位逐漸降低

除氣塔的液位是自動控制的，從狀態6啟動時自然會下降，但轉入狀態5后應維持在10mm附近波動，如果液位逐漸降低，直至低液位保護信號動作使除氣塔還回狀態6熱備用狀態。這可能有兩方面原因，一是，除氣塔上游阻力太大，進料流量過低；二是，中間貯槽進口閥開啟過大，導致除氣塔出口流量大于其進口流量。對于第一種情況，需要運行人員對前儲槽到除氣塔的在線進行檢查，看是否有閥門被誤關。還要檢查前儲槽后凈化回路的過濾塔和除鹽床的壓差，看是否堵塞。對于第二種情況，必須關小中間貯槽進口閥，一般進口閥的開度為兩個螺紋左右，但出口流量不能小于10m3/h。

3.2 1TEP001DZ的氮氣供應回路堵塞

因準備隔離1TEP03PO（盤根有漏）而將1TEP01DZ放在狀態“9”并將氮氣壓力調整到1.9bar對其進行三次強制吹掃。但發現9TEG01BA壓力沒有變化，于是沒有隔離并將除氣塔返回狀態“6”，通知化學人員取樣。9月26日早上，化學人員說取不出樣，便無法驗證001CS的放射性水平，這給維修003PO帶來了困難。

運行人員進行了1TEP001DZ氣相回路檢查，作了多項試驗最終找到了原因。

1）回路在線檢查。閥門狀態設置完全正確。1TEP01DZ液位不高且氣源（氮氣）供應充足。于是便懷疑可能是某一閥門的閥瓣脫落。

2）在閥門開關檢查過程中，發現1RPE992VY與2RPE992VY操作比較手感不同，懷疑是否是1RPE992VY閥瓣脫落所致。就地通過試驗調整1RCV02BA的H2供應壓力對02BA吹掃，發現1RCV002BA的廢氣進入了1TEG01BA，便否定了1RPE992VY故障這一疑點。

3）檢查1TEP01CS的出口至TEG這一段。將1TEP01DZ置于狀態“9”，當1TEP431VY打開后，001CS的壓力馬上急劇下降，說明1TEP01DZ的排氣回路沒有問題。

4）在1TEP01DZ置于狀態“9”時，從記錄儀上看，雖然通過9RAZ069VZ/066VZ將氮氣供給壓力調至2.6bar，但1TEP01CS的壓力一點也不上升且維持在1.1bar左右，說明氮氣根本沒有進入除氣塔，或者是除氣塔本身有漏。但當蒸汽供應閥強制打開后，除氣塔壓力馬上上升且能保持住（在蒸汽閥關閉后），于是便否定了除氣塔有泄漏。

5）問題便集中到氮氣供應回路上。1TEP001DZ和2TEP002DZ的氮氣吹掃管線是公用的。于是將2TEP02DZ置狀態“9”進行吹掃時，9TEG01BA壓力馬上上升，且當2TEP418VZ一開啟，9RAZ07LP的指示便從2.0bar瞬降至1.5bar且維持1.5bar對其吹掃。而1TEP01DZ放在“9”時，打開1TEP417VZ時，9RAZ07LP指示2.0bar無變化，于是進一步確定公用供應管線沒有問題，懷疑是1TEP417VZ這一路管線有堵。

在1TEP01DZ狀態“9”時，強制打開1TEP415VZ（自動吹掃），發現也不通。說明1TEP01DZ雖每次按程序自動啟動完成“6→5→8→6”這一過程，而實際無氮氣進入除氣塔。從現場管道布置來看，位于1TEP437VZ與778VZ，439VZ與779VZ之間有“U”型布置，便懷疑在此處堵塞。

分析原因可能是因為某一次除氣塔高高水位后，水及雜物進入了氮氣管線或管線內硼結晶。

3.3 除氣冷凝塔壓力可能會高高壓力報警使除氣塔返回到狀態6

除氣冷凝塔壓力過高有兩種原因：一是，啟動前進行過氮氣吹掃，不凝性氣體不冷凝；二是，SVA蒸汽流量提升過快，導致蒸發量快速增加。對第一種情況，當排氣管線閥門自動打開后會逐漸消失，否則需要手動排氣。對第二種情況，需要立即通過SVA流量調節手操塔手動降低蒸汽調節閥開度，待壓力開始下降時緩慢提升加熱蒸汽流量。

3.4 啟動1TEP001DZ運行時導致2TEP002DZ高液位

在從1TEP001DZ狀態“6”啟動至狀態“5”生產時，出現2TEP002DZ高液位報警，這時2TEP002DZ未進行過任何操作，聯系儀控校表檢查為真實液位。懷疑2TEP002DZ去中間貯槽的兩個氣動閥2TEP424/036VP內漏，為驗證于是2TEP002DZ排水至正常液位再次啟動1TEP001DZ，在轉至狀態“5”生產位置時，2TEP002DZ液位又持續上漲，立即關閉2TEP002DZ去中間貯槽進口閥9TEP040VP后，液位停止上漲，保持穩定。從而確認為2TEP424/036VP VP閥門內漏故障引起。

3.5 除氣塔冬季啟動壓力調節困難

在冬季啟動9TEP除氣塔時，發現有兩點問題需要注意：一是，設冷水和進料溫度低。二是，含氫排氣管線阻力大。

啟動過程中發現9TEP 001 RF出口溫度9TEP 103 MT在31.9度，溫度過低（正常值50～60℃）使得9TEP 033 VP在循環位置時進入脫氣塔的液體溫度過低，調節9RRI 271 VN使出口溫度上升到正常范圍內。通過手操塔手動調節9TEP 365 VV的開度，當9TEP 101 MP的PV值接近設定值10.5kPa時投自動。

轉換中9TEP 105 MP達到50kPa滿量程，9TEP 427 VY置手動并全開，9TEP 105 MP高報仍然存在，“狀態5”置位后也仍然存在，初步懷疑為含氫廢氣排放管線阻力過大所致。經過主控同意現場啟動9TEG壓縮機（通過9TEG 124 VZ向9TEG 001 BA補氮至0.125MPa后自動啟動9TEG 002 CO），使9TEP 001 BA壓力降至0.105MPa，這時9TEP 105 MP降到42kPa。至此除氣塔保持正常穩定運行。

4 總結

正常運行期間一回路向TEP的排水總量不大，流量也小，而且兩臺除氣塔可以互為備用，因此除氣塔故障一般會有足夠的檢修時間。在大修前除氣塔用于一回路的除氣，此時兩臺除氣塔嚴格隔離不能互為備用，一但除氣塔故障將成為關鍵路徑，從而影響大修進度。所以通過對除氣單元的運行的總結，清楚導致該單元故障的原因和處理措施，可以有效避免一些故障的再次出現，保障除氣單元的穩定可靠運行。

【參考文獻】

[1]硼回收系統（TEP）手冊[S].浙江：中核核電運行管理有限公司，2005，5.

[2]三廢系統運行技術導則[S].浙江：中核核電運行管理有限公司運行處，2008，4.

[3]硼回收系統定值手冊[S].浙江：中核核電運行管理有限公司，2008，1.

[責任編輯：田吉捷]