核電站壓縮空氣系統故障分析和處理措施

陳金超　馬鵬飛

摘要：核電廠壓縮空氣生產系統以無油螺桿壓縮機為主體來保持系統正常運轉，并且其自身存在空氣潔凈度高、技術成熟、可靠性高等特點，被廣泛應用于核電廠壓縮空氣生產系統內。但由于海南的天氣與其他地方相比存在較大差異，其空氣濕度大、溫度高，導致無油螺桿壓縮機在實際運行中會出現各方面問題。本文以海南某核電站為例，闡述了壓縮空氣系統的構成及功能，介紹了其運行途徑，并依據在核電運行過程當中不同電機調試期間和壓縮空氣系統運行期間所出現的問題，進一步探究該系統在設計中所存在的不足，從而提出有效的策略，以增強壓縮空氣生產系統的穩定性和可靠性。

關鍵詞：壓縮空氣系統? 運行方式? 壓空喪失? 問題

Fault Analysis and Treatment Measures of Compressed Air System in Nuclear Power Plant

Baoe Chen? Ma Pengfei

（Hainan Changjiang Nuclear Power Mail Company， Changjiang， Hainan Province， 572733 China）

Abstract： The compressed air production system of nuclear power plant is based on oil-free screw compressor to keep the system running normally. It has the characteristics of high air cleanliness， mature technology and high reliability， and is widely used in the compressed air production system of nuclear power plant. However， because the weather in Hainan is quite different from other places， its air humidity and temperature are high， which leads to many problems in the actual operation of the oil-free screw compressor. In this paper， the functions and components of the compressed air system of a nuclear power plant in Hainan are summarized， and its operation ways are introduced. And according to the problems that occurred during the commissioning of different motors and the operation of the compressed air system during the operation of the nuclear power plant， the problems existing in the design of this system are pointed out. At the same time， the fault situation of air compressor is explored， so as to effectively improve the stability and reliability of system operation.

Key Words： Compressed air system; Operation mode; Loss of compressed air; Problem

海南某核電廠共計有6臺核電機組，只有2臺利用其他型號的機組，而剩余4臺機組采用M310型號的改進性壓水堆機組。并在系統內安裝了大量氣動閥門，建立了壓縮空氣生產系統和分配系統。同時，壓縮空氣系統作為核電廠最重要的環節，其可靠性和適用性對核電機組順利實施來說具有至關重要的意義。本文對海南某核電4臺機組壓縮空氣系統運行和設計方面進行分析，發現其中所存在的問題，并根據問題提出針對性的意見。

海南某核電廠機組壓縮空氣系統主要是由儀表壓縮空氣分配系統、壓縮空氣生產系統、公用壓縮空氣分配系統構成。其中，壓縮空氣生產系統主要是向核電廠輸送大量空氣。同時，壓縮空氣系統要嚴格遵循防御原則，要對兩個方面進行設置：一方面，在廠房內增加了2臺應急空氣壓縮機，確保給機組SAR系統提供充足的后備能源;另一方面，在空氣壓縮機房中安裝6臺主壓空機，給4臺SAR系統和SAT系統提供足量的壓縮空氣。

目前，在廠房內共安裝了6臺主壓空機，基于設計情況，將2臺主壓空機作為備用，4臺作為日常使用。壓空機可通過聯控的方式來進行就地控制，根據OSAP主壓空管網壓力信號，按照正常順序進行自動開啟和關閉，從而將管網壓力控制在絕對壓力下（0.85～1.0MPa）。而對于另外2臺應急壓空機，工作人員可將一臺機器作為備用模式，另一臺機器作為負荷模式。如果這2臺壓空機都遇到某種問題，陷入停運狀態，會給下游SAP管網帶來嚴重影響，極大降低其壓力值，而這時另2臺應急壓空機會自動開啟，確保下游網關壓力達到標準值。而處于負荷模式的應急壓空機會跟隨1SAP管網壓力降低而降低，當下降到0.68MPa時，會自動啟動。如果這時管網壓力仍然在降低，當數值達到0.66MPa時，備用的應急壓空機會主動運行。與此同時，這2臺壓空機也可通過人工操作的方式進行啟動。

隨著OSA不斷向1SAT和1SAP兩種不同系統進行單向供氣，要利用專業工具，在0SAP和1SAP系統之間的供氣管道內設置內逆止閥以及電動隔離閥門。如果機組處于正常工作狀態，1SAP069VA一直處于開啟狀態，而主壓空機會合理運用0SAP管網特征，不斷向1SAR和1SAP進行供氣;當壓空管網壓力下降到規定值后，應急壓空機逐漸向1SAR管網提供空氣。為避免逆止閥回座給供氣造成影響，工作人員要手動關閉電動閥。同時，工作人員可根據實際情況，在壓縮空氣系統內安裝自動控制閥門，可確保SAP系統供氣的規范性和準確性，并且儀表用壓縮空氣高于公用壓縮空氣;核島用氣高于BOP區域用氣。總而言之，通過在常規島供氣管線內增加自動調節閥，當壓空管網壓力值下降到0.58MPa時，該閥門會主動閉合，阻止常規島和儀用壓空管網的供氣，從而保證核島用氣量。當BOP區域內SAR壓力明顯不足時，可轉換到其他機組SAR供給上面。

2.2.1? 0SAP主壓空喪失

當0SAP空氣壓力徹底喪失后，會給1/2SAT和9SAT系統帶來嚴重影響。同時會造成以下影響：第一，DVC系統內的干燥氣體會逐漸減少，濕度不斷提升，會造成碘過濾器無法使用，一旦發生安全事故，會導致放射性氣體直接流入主控室，從而給主控室帶來嚴重污染，從而降低機組核安全水平;第二，當DVN碘過濾器回路旁邊的管線沒有正壓密封氣源時，如果在燃料廠房和核輔助廠房出現放射性污染，很容易導致空氣流于大氣層，造成放射性物質排放不可控的問題;第三，0SAP壓空失去作用，這時會自動啟動機組應急壓空機，如果應急空機啟動也出現故障，那么會直接導致下游1/2SAR、1/2SAP失去壓力。

2.2.2? 1/2SAR失去壓空

1/2SAR 壓縮空氣便于很多區域的應用，如RX、LX等區域。部分與核安全具有較強聯系的用戶，構建大量獨立壓空儲罐，能確保核島安全級氣動執行機構的供氣數量，當上游SAR壓空失去時，也能夠正常操作氣動閥門，有利于實現機組安全后恢復到冷停堆狀態。對未壓空罐供應的閥門，一旦SAR管網壓力降低到一定閾值，當數值低于0.4MPa時，該閥門會停留在故障安全狀態，無法對其進行有效控制。其中一些設備會出現失氣情況，從而給機組運行帶來嚴重影響。

ZC廠房的附屬設備和壓空機一般是由兩個系列構成：9LGIB是給雙數主空壓機提供6.6kV動力電源，利用0LKM6.6/0.4kV干式變壓器提供低壓電源（如圖1所示）;而9LGIA給單數主空壓機提供同樣的動力電源和0LKM6.6/0.4kV干式變壓器提供低壓電源。從上述描述可知，該種供電效應，一旦由于某種問題停電，會導致4臺空壓機無法正常工作，只剩下2臺備用空壓機可正常運行。同時將空壓機設備可進行維持工作因素納入其中，就僅有一臺空壓機可用，而主壓空機組是整個核電廠的供氣源頭，一旦供氣量無法滿足實際需求，會導致所有機組的SAT和SAP失去作用。針對以上問題，可對2/3兩臺0SAP空壓機進行優化。

方案一：將 0LKW002TB和 0LKO002TB上面的380抽屜開關出線電纜重新擺放，將OLKO所攜帶的電源和附屬設備電影進行對調。

方案二：可將2/3兩臺0SAP空壓機6.6kV電源進行置換，也就是將0SAP402CO轉換為9 LGIA來進行供電作業。

通過上面兩種方式都能讓2臺壓空機設備電壓與壓空機保持一致，可確保6.6kV母線停電只會對其中3臺壓空機造成影響，相比于未優化前，可多應用1臺主壓空機。目前第二種方式更為簡單，很多企業都在應用。

應急壓系統可安裝遠傳壓力表，將壓力數據傳輸到主控室，并在壓力值低于0.58MPa時，會觸發警報（如圖2所示）。

由圖2可知，一旦壓力表測點位置與預測位置出現較大差異，會造成1SAP001MP無法有效反應出壓力值。目前，當系統逆止閥壓力下降時，002BA仍然可通過主壓空系統供氣，來確保壓力值的正常。根據核電廠機組運行路線，當機組帶功率運行到設定值時，會觸發警報系統，工作人員要立刻實行事故處理程序，手動關閉汽輪機閘門，將反應堆停留在熱停堆狀態，而核電廠要進入應急待命狀態。

綜上所述，本文根據海南某核電廠的實際情況，對壓縮機空氣系統設計中存在的問題進行探究，從系統運行管理和設計優化兩個方面提出了相關建議，以期提升壓縮機空氣系統的性能，提高其運行安全性和效率。

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