华龙一号辅助贮水池溢流管线布置优化

刘伟,杜凡

摘要：辅助贮水池在排空的情况下存在氮气外泄的风险，本文从氮气外泄的原因分析及与同行电站布置的差异入手，提出对辅助贮水池溢流管线布置的优化改造，对比分析了不同优化方案的可实施性，以及优化改造后的管线布置对现场工作的影响，并确定最终优化改造方案，文中介绍了最终优化改造方案在安全性、经济性、创新性方面得到的提升，进一步论证了该优化方案的必要性和可实施性，为后续机组改进提供借鉴参考。

关键字：辅助贮水池；溢流；氮气；窒息

1. 辅助贮水池介绍

辅助贮水池用于贮存由TFA（辅助给水系统）除氧器生产的合格的除盐除氧水，供蒸汽发生器使用。在所有的运行工况下，它与四台辅助给水泵相连接，提供短期的储备水量。为了防止水池内除氧水氧含量超标，水池内氮气压力保持在略高与大气压的水平，避免空气进入。水池顶部还设置有一个呼吸阀，避免辅助贮水池超压（高压或低压）。同时，辅助贮水池还设置有一条溢流管线(如图一)，避免水池液位超出限值，一定程度上也可避免水池超压。相比于M310机组，华龙一号机组的溢流管线出口设置在厂房内，而M310机组出口设置在厂房外。

图1 现有布置方案

2. 辅助贮水池降液位操作

2.1 水池降液位的两种情况

1）调整水质

由于水池水质部分指标超标，且无法通过循环除氧来解决，这时需对水池的水进行整体置换，排空水池，但无需破坏水池的氮气环境。排水过程中，保持氮气供给，水池压力始终维持在12kPa.g,这种情况下，不可将水池彻底排空，水位应保持在溢流管接口以上，防止氮气通过溢流管线泄漏至厂房，但未排空的那部分水仍可能导致重新制水的水质不合格，因此需经过多次充排水来进行置换，直至水质取样合格后，才能提升液位。

2）水池检查

当某项工作需要进到到水池内部时，需对水池彻底排空，并进行压空吹扫，保证进入水池内的工作人员安全。具体做法是：在水池正常液位时（液位尽可能高），将氮气供应管线通过临时措施连接至WAS（公用压缩空气分配系统），通过WAS系统向水池提供压缩空气，适当调高供气管线减压阀整定值，实现对水池的吹扫，由于此时水位高，气相空间较小，吹扫效果好。吹扫一段时间后再开始降液位操作，直至水池排空，由于已进行压空吹扫，可保证通过溢流管线泄漏的气体不会引起人员窒息，这时也可继续使用压空吹扫，确保进入水池检查的工作人员的绝对安全。

2.2 水池降液位存在的风险

综合两种降液位的情况来看，最大风险来自于第一种情形。贮水池溢流管线接口位于水池底部往上20-30cm处，排水过程中，辅助贮水池始终维持一微正压（约12kPa.g）氮气覆盖，当水池水位排至溢流管接口以下时，溢流管与贮水池间的连通器作用消失，空气将会通过溢流管进入辅助贮水池，污染气相空间，导致重新充水后水中氧含量不合格；或者，贮水池内保持的氮气在压力作用下，通过溢流管线泄漏到厂房内，存在窒息风险。

为解决这些隐患，需对水池溢流管线布置进行优化，避免水池气相空间通过溢流管与厂房非预期连通。

3. 优化方案

3.1 优化思路

1）修改管线布置，避免贮水池气相空间通过溢流管与厂房连通；

2）将溢流管出口引至室外。

3.2 具体方案

方案一：修改后的布置如图2所示，方案相比于优化前，增加了一条U形管段，并在U形管段底部增加一条疏水管线和疏水阀。贮水池降液位时，辅助贮水池始终维持一微正压（约12kPa.g）,当水位排至溢流管接口以下时，在水池压力的作用下，溢流管中的液位将始终高于管接口1.2米（内外存在12kPa的压差），从而实现了水池排空时水池与外界的隔离，避免氮气泄漏，提高了安全性。考虑水池检查工作，需对水池进行压空吹扫，以保证水池安全的氧含量，避免工作人员窒息，在U形管段低点设置一条疏水管线和疏水阀，在对水池吹扫时，可通过疏水管线将U形管段的水排空，以保证吹扫时气体可通过溢流管线排出。

图2 修改后的布置方案

方案二：将溢流管线出口引入厂房外，即可避免氮气泄漏至厂房内，避免人员窒。溢流口位于电气厂房0米标高层，若引至室外，需穿越多个墙体、重新布置管线并进行力学分析，方案需要投入更多的人力、物力和财力，可操作性不强。

综合对比，方案一是最经济有效的优化方案。

3.3 优化方案经济性提升分析

3.3.1 优化调试工期

创新方案可实现水池彻底排空。调试首次制水期间，由于传输管线初次投用，管道内的一些杂物将会进入水池，可能造成水池水质不满足二回路使用要求，且某些指标无法通过循环除氧改善，这时可将水池彻底排空，再重新向水池制水，可避免长时间动态换水，减少人力、设备投入，缩短制水工期。

3.3.2 减少氮气使用量，节约时间、人力成本

因水池排空造成水池气相空间被污染，为了保证后续水质合格，水池将重新进行氮气吹扫，将气相空间的气体置换掉，这样就会增加氮气使用量及人力、时间支出，而优化方案可实现排水过程中水池气相空间与外界始终隔离，避免水池气相空间污染，从而避免氮气吹扫，减少氮气使用量及人力、时间支出，提高了经济性。

3.4 优化方案安全性、创新性提升分析

3.4.1 安全性提升分析

对比M31O机组，华龙一号溢流管线排气口设置在电气厂房0米标高层，而M31O机组排气口设置在厂房外，华龙一号的布置存在人员窒息的工业安全风险，水池排空操作要小心谨慎，对操作人员技能要求高。优化后的方案实现了排水过程中水池气相空间与外界的完全隔离，避免了氮气从溢流管线泄漏至厂房，从而避免人员窒息，极大地提高了安全性。

3.4.2 创新性提升分析

优化方案中U形弯的设计可满足排水期间水池气相空间与外界的完全隔离，而U形弯底部的疏水管线设计也能实现水池排空后的吹扫工作，当水池排空后，水池仍需吹扫时，可将U形弯内的水排空，气体从溢流管线排出。优化后的方案虽然改动不大，但作用明显，不仅提高了安全性和经济性，而且实用性也大大提高，简化了水池排空操作，达到了“四两拨千斤”的效果。

4. 结语

由于布置的变化，华龙一号相比于M310机组，辅助贮水池排空时存在一定的安全风险，相关操作要慎之又慎，其操作执行文件必须对关键步骤重点标注，避免落入人因失误陷阱，因此，对辅助贮水池管线优化是必要的。通过分析论证，对溢流管线布置进行优化的方案是可行的，其在经济型、安全性、创新性方面都得到提升，同时降低了相关工作的操作难度，减小了人因失误风险，为后续华龙机组改进提供借鉴参考。

参考文献

[1]张松梅，核电厂蒸汽动力系统概述，北京：原子能出版社，2010-12-01