秦三廠主系統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的目的是為主熱傳輸系統添加氫氣，以維持PHT系統氘氣含量在3～10 mL D2/kg D2O之間，從而降低系統中游離氧質量分數，減少腐蝕，降低放射性水平。在反應堆正常功率運行時是不帶壓離線系統，只在機組大修結束重新啟堆或反應堆正常功率運行情況下主系統氘（氫）氣質量分數低時，才通過本系統為主熱傳輸系統添加氫氣。

主熱傳輸氫氣添加系統所用的氣源由氫氣瓶組提供。氫氣瓶的氫氣（約14 MPa）流出后先經壓力調節閥3354-PRV5降壓到10～10.5 MPa，然后進入過濾器過濾雜質，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)，為系統提供超壓保護。去除雜質后，氫氣經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＃蒸發器之間管道上，而3354-TK2所在管線連接到4＃主泵與4＃蒸發器之間的管道上，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。在兩個重水存儲罐下部之間連有一條經主熱傳輸氘化/除氘系統至重水凈化系統的管線，主要在氫氣供給壓力低且逆止閥3354-V13/V14密封不嚴時主系統重水倒灌入重水存儲罐時及時疏水，防止重水漏到廠房內造成污染。

1 事件起因：主系統加氫系統爆破盤1-33 54-RD1短時間內破裂兩次

2015年6月1日，維修工作人員接主控通知在主系統加氫期間“主系統加氫系統爆破盤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加氫期間“主系統加氫系統爆破盤1-3354-RD1”再次破裂，后維修工作人員分別由零級工單“檢查PHT氫氣添加壓力調節閥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（系統加氫要求壓力：10～10.5 MPa），爆破盤無泄漏與破裂。

經兩次更換，拆下的爆破盤均未發現有異常變形和安裝缺陷。基本可排除是安裝問題導致的爆破盤破裂，那么問題會不會出現在運行操作環節？

2 原因分析

經咨詢當時操作人員以及查詢日志記錄，操作人員的操作和行為符合規程要求，重新梳理運行規程中的操作步驟、分析發現存在以下不足。原版本運行規程《對主熱傳輸系統氫氣添加系統升壓》章節，對氫氣系統加壓的主要步驟是：在3354-PRV5關閉時，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，則調節3354-PRV5，確認出口壓力上升。如果出口壓力能穩定在10～10.5 MPa，則結束升壓操作，轉至加氫章節；如果出口壓力表穩定后讀數小于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，操作規程中沒有提醒和跳轉步驟。

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

所有壓力均為絕對壓力。

根據此公式，第一個氫氣瓶投入后3354-PRV5入口壓力最終能穩定在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，也與狀態報告CR201413317反映的情況類似（該狀態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入口壓力穩定在10 MPa以上）。但規程中在第一個氣瓶角閥打開后即要求確認3354-PRV5入口壓力表穩定后讀數大于10 MPa，隨后便開始調節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時的操作或跳轉步驟。

3 改進思路

綜上所述，現有版本運行規程中最關鍵的人因失誤陷阱，是在3354-PRV5入口壓力小于等于或者略高于10 MPa時，操縱人員調節出口壓力至10 MPa時容易過調，使得真實設定值大于10 MPa，而此時操作人員并沒有辦法判斷3354-PRV5是否已經過調。確保3354-PRV5不過調的關鍵，在于調整設定值時3354-PRV5入口壓力要始終明顯高于出口目標壓力（10～10.5 MPa），操作人員調節3354-PRV5時緩慢操作，當出口壓力到達目標值時及時停止調節。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壓力值，也要確保當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需要調節出口壓力穩定在10 MPa（g），根據公式倒推，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，調整3354-PRV5后出口壓力基本能夠穩定在10 MPa，不需要再執行氣瓶切換操作，與理論計算一致）。

雖然理論而言，在調節3354-PRV5前，其入口壓力越高，則越有利于將出口壓力調整至要求值，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升壓》如下：

（1）在切換氣瓶時要求現場密切關注壓力調節閥3354-PRV5的入口壓力，并規定了氣瓶切換時的壓力限值；

（2）在投運壓力調節閥3354-PRV5前確認其入口壓力大于11 MPa；

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

（4）當發現壓力調節閥3354-PRV5的出口壓力表穩定后的讀數小于10 MPa，或者入口壓力表讀數小于10.5 MPa，則關閉相應氫氣瓶組中的1#氣瓶的出口角閥，投入下一個氣瓶進行升壓。

5 結論

本文通過對秦三廠主系統氫氣添加運行規程相關操作步驟的改進，并在后續執行主系統加氫操作過程中，修改后的運行規程操作未出現爆破盤3354-DR1破裂的現象發生。可認為通過對運行規程的修改，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險發生的概率，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。