环隙气体系统连续扫气运行方式研究及实践_曹盟超.pdf

科技视界Science&Technology VisionDOI：10.19694/ki.issn2095-2457.2022.31.11环隙气体系统连续扫气运行方式研究及实践曹盟超（中核运行运行五处，浙江 嘉兴314300）【摘要】本 文研 究了重 水堆 核 电机 组环 隙 气体 系 统 在 出现泄 漏 后，为 保 证 系 统 正 常 运 行，将 系 统 运 行 方 式 由 间 断性 扫气 运 行 方 式 优化 为连续 扫气运 行 方式的 可行 性。通 过 对 连 续扫 气 运行 方 式 所 影 响 的各 个方面 进行 分 析，明确 了可行 性。根据 研 究 结果 进 行现场 验证，连 续扫 气 运行 方 式能 满 足现 场 运行 要 求。【关 键词】环 隙气 体 系 统；连 续 扫 气0引言环隙气体系统正常运行期间，系统露点缓慢上升，大约每 2 周进行一次扫气操作。当出现压力管或排管或端部件存在泄漏，水分进入环隙气体系统后，其露点上升速率将增加，扫气频率增加。当扫气频率增加到足够快时，例如 1 天扫气一次，将会带来下面的问题：扫气操作与机组中其他工作如换料、试验产生冲突；增加运行人员操作量，二氧化碳消耗增加；因低露点区露点变化较快，可能导致露点变化率出现误报警。同时，露点变化较快不利于准确计算泄漏率，不利于准确把握泄漏的发展趋势；为解决泄漏率增加而引起的系统扫气频率增加的问题，本文对环隙气体系统连续扫气运行方式进行了研究。1系统介绍环隙气体系统是一个由二氧化碳加压气体进行循环的系统，用于监测运行中的压力管、排管及端屏蔽的严密性，同时为压力管和排管之间提供了一个安全的绝热层、惰性的环境氛围，以减缓压力管和排管的腐蚀。环隙气体系统露点正常运行范围为-40-10，系统设计上提供了高露点（-10）、高露点变化率（3.5/h）、高高露点变化率（4.5/h）报警。正常运行期间，CO2经过压缩机加压后通过 44 个流量计被送入 44 个网络入口，然后从 44 个网络入口进入 380 根压力管和排管之间的环形气隙内。从堆芯环形气隙内出来的气体经过两个泄漏指示计，然后进入一个热交换器使 CO2冷却，热交换器的出口设置一个过滤器，去除 CO2中的悬浮物，环隙气体经过过滤器过滤后直接回到压缩机的入口，构成一个循环回路。2连续扫气运行方式研究2.1连续扫气运行方式介绍连续扫气运行方式的主要思路是利用系统的正常扫气回路，在正常运行期间，在压缩机入口建立一个小流量连续扫气流。通过小流量连续扫气流，将泄漏至系统的水分排出，降低露点上升速率，同时通过对压缩机出口手动补气，维持系统压力稳定。连续扫气原理图如下图 1：科技新知040Science&Technology Vision科技视界2.2连续扫气运行方式理论分析a）根据 GB/T5832.22016，水分露点-体积分数对照表 A11，考虑到环隙气体系统压力 35kPa，温度 30，重水分子量为 20，按照下式，将气体水分露点-体积分数转换成气体水分露点-含湿量，如表 1。g/m3=VV*101.3135*2022.4*273303其中VV的单位是拟合两者的函数关系式如下：y=0.0000776x3+0.00775x2+0.2755x+3.63（1）其中：x，露点（），y，含湿量（g/m3）b）连续扫气方式下露点变化趋势计算：设当前的系统泄漏率为 L（g/h）且短时间内不变，系统的露点为 x，连续扫气的流量为 f（mL/s），同时已知系统容积为 11m3，则：单位时间（1h）后，系统的含湿量yn=（11*yn-1+L0+L-3600*f1000*1000*yn-1）11（2）根据 yn，分别求解出 xn，即可得到连续扫气方式下露点随时间的变化趋势。特别的，如果 f=0，方程蜕化成正常间断式扫气运行方式；如果 L=0，方程表示正常运行状态。c）报警设定值下降幅度计算：如果实施连续扫气运行方式，必然会降低系统露点的变化率，为了保证系统报警值能有效保护系统，需要适当降低露点变化率高报警值，以抵消连续扫气带来的影响。在某个泄漏率 L 下，在扫气流量为 f 时，根据第 2 步计算出连续扫气运行方式下的露点变化率，然后用后一项露点值减去前一项露点值，得出连续扫气情况下的露点变化率的变化趋势，按相同的方式计算不扫气时的露点变化率趋势，这两个趋势在相同露点时的差值，就是因为连续扫气而导致的露点变化率下降的值。使用 0.7g/h泄漏率，计算不连续扫气和以 70mL/s 连续扫气对应的露点变化率随露点的变化趋势，如下图 2：图1连续扫气原理图表1气体水分露点-含湿量对照表科技新知041科技视界Science&Technology Vision图2不连续扫气和连续扫气对应的露点变化率随露点的变化趋势通过上述 3 个步骤，可以计算出任意泄漏率、任意扫气流量下，露点随时间、露点变化率随露点的变化趋势，为系统运行期间参数变化趋势提供了理论指导。在确保系统仪表指示可靠、扫气流量稳定情况下，通过露点的变化趋势，可以确定系统泄漏率的变化趋势。2.3连续扫气运行方式对系统的影响及评价a）是否影响技术规格书评估：技术规格书中环隙气体系统相关的条款有两个，分别是系统循环流量 1.9L/s（STP）和两台露点仪可用。连续扫气运行方式的排气、补气回路流量保持一致，系统流量不变，同时，排气点在露点仪下游，不影响露点仪对系统的露点监视。因此，该运行方式不影响技术规格书中环隙气体系统的相关条款内容。b）是否影响最终安全分析报告评估：查询整个最终安全分析报告，仅仅在最终安全分析报告第 9 章，第 9.3.5.2 节提到二氧化碳供气瓶组的露点小于-40。最终安全分析报告中未查询到涉及环隙气体运行方式及环隙气体系统露点的运行范围的相关描述。因此，连续扫气运行方式不影响最终安全分析报告的安全边界。c）是否影响露点变化率报警值评估：连续扫气运行方式将系统中部分水分扫出系统，引起系统露点变化率下降。在连续扫气下，根据泄漏率和扫气流量的不同，露点变化率的下降幅度随之变化。通过计算不同泄漏率和扫气流量下的露点变化率下降值，如下表 2。（表格内括号内的数字是间断性扫气与连续扫气时露点为-25时露点变化率的差值。）表2不同泄漏率和扫气流量下的露点变化率下降值科技新知042Science&Technology Vision科技视界连续扫气相当于提高了报警设定值，为保证报警值满足设计要求，报警设定值需要随之下降。考虑到泄漏率会缓慢增加，报警值的下调量需要留有一定的裕量，在当前及今后一段时间内不能因为泄漏量的增加而频繁调整报警设定值。根据上表，拟将露点变化率设定值下调 1/h，露点变化率下降露点变化率高高/高报警定值分别降低到 2/h 和 3.5/h。新报警设定值修改后，如果泄漏率和扫气流量所确定的区域为白色区域，新报警设定值均能覆盖，并且比原设计更加保守。d）系统露点运行范围评估：由于在低露点区（小于-25），单位体积含水量较小，对于某个泄漏率，低露点区的露点变化率比较高，在降低了报警设定值后，如果系统运行在低露点区，可能会导致露点变化率高报警出现。因此，在连续扫气运行方式下，需要将 34980 系统露点运行范围修改为-25-10（该范围在正常运行范围-40-10之内）。e）连续扫气运行方式下露点变化率动态响应评估：在连续扫气运行方式下，1 小时内向系统中添加 3g 除盐水，模拟系统泄漏突然增加。加水后，系统露点上升约 0.3，露点变化率最高达到 8.2/h（见下图 3 连续扫气运行方式下动态响应能力试验）。从验证结果来看，在连续扫气模式下，若系统出现新的泄漏点，露点仪仍可以灵敏的响应。因此，环隙气体系统的泄漏探测能力没有受到影响。图3连续扫气运行方式下动态响应能力试验f）对厂房氚水平和环境排放影响评估：正常运行期间，反应堆厂房氚水平约 12DAC，对应主热传输系统的泄漏率为 180360g/h，而连续扫气带走的部分重水排向 R-107，总量最大不超过 3g/h。因此，连续扫气运行方式对厂房的氚水平影响可以忽略，更进一步也不影响烟囱的排放数据。3结语经过理论计算和现场验证，连续扫气运行方式下环隙气体系统可以保持正常运行，环隙气体系统露点的监视功能正常，该运行方式满足技术规格书 TS16.3.13 节及最终安全分析报告的要求，对环境排放的影响可以忽略。连续扫气运行方式可以有效降低运行操作量，缓解频繁扫气导致的生产工作压力，同时也可以减少二氧化碳气瓶的消耗。【参考文献】1GB/T5832.22016，气体分析微量水分的测定第2部分：露点法S.科技新知043