陈煜 李小毛

摘 要：本文结合山东海阳AP1000核电电厂气体系统（PGS）调试过程，对AP1000 PGS系统设计及功能进行浅析，进而根据调试期间发现的问题对PGS系统现有设计和管理、操作提出相应改进建议。

关键词：AP1000；电厂气体系统 ；工作原理

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.136

1 概述

电厂气体系统（PGS）主要功能是存储及分配气体，提供符合标准的气体供下游用户使用。PGS系统可根据气体类型划分为氮气子系统、二氧化碳子系统和氢气子系统，其中氢气子系统又可细分为低压氢气站、高压氢气站及氢气升压站。而AP1000电厂气体系统设计的不同主要体现于氮气子系统和氢气子系统：

AP1000安注箱采用氮气充压至4.82MPa，并以氮气压力作为安注驱动力，因此需要氮气子系统提供5.8MPa的氮气，并通过减压阀减压至相应压力。因此，采用AP1000设计的核电厂需设置氮气升压装置。

AP1000在一回路加氢方式选择了直接加注的方式，导致高压氢气站使用的氢气钢瓶设计压力达到41.4MPa。鉴于国内目前氢气钢瓶最高压力只有20MPa，因此，采用AP1000设计的核电厂还需设置氢气升压站，用于对氢气进行升压及充装。

2 功能介绍

2.1 氮气子系统

氮气子系统主要由液氮储存罐、气化器、低温液体泵及相应管道、阀门及仪表组成，液氮储存在容积为12.69m3的绝热储存罐内，内部压力维持在1.72MPa。其主要功能是通过气化器使液氮气化，然后升压或减压为下游用户提供满足相应标准的氮气。因此根据供气压力，可以将氮气子系统划分成低压和高压两部分。

2.1.1 低压氮气子系统

液氮从储存罐流出，通过管道流经低压气化器，再经过水浴式电子加热器至常温，再由减压阀减压至0.69MPa，供氢气升压站、汽轮机厂房、中央冷冻水系统（VWS）、放射性废气系统（WGS）、放射性废液系统（WLS）及放射性化学实验室等用户使用。

2.1.2 高压氮气子系统

液氮从储存罐流出，通过低温液体泵升压至16.55MPa，再经过高压气化器气化成氮气，然后充装至高压氮气箱内。当下游用户非能动堆芯冷却系统（PXS）安注箱（ACC）及放射性废液系统（WLS）反应堆冷却剂疏水箱（RCDT）需要用气时，再通过减压阀减压至5.8MPa，对用户进行供气。

2.2 二氧化碳子系统

二氧化碳子系统主要由液态二氧化碳储存罐、水浴式电子气化器、风冷式制冷机、干冰制粒机及相应管道、阀门和仪表组成，液态二氧化碳储存在容积为6.32m3的绝热储存罐内，内部压力通过风冷式制冷机的运行维持在1.9～2.3MPa。

液态二氧化碳从储存罐流出，通过管道流经水浴式电子气化器加热至常温，再经过减压阀减压至0.69MPa，供发电机氢气和二氧化碳系统（HCS）使用。另一项功能则是通过干冰制粒机制造干冰，用于电厂去污。

2.3 氢气子系统

2.3.1 低压氢气站

低压氢气站主要由氢气长管拖车及相应管道、阀门和仪表组成，氢气储存在设计压力为20MPa的长管拖车内，等效体积为3900Nm3。低压氢气站的主要功能有两项，其中一项是通过减压阀减压至1.31MPa后，为发电机氢气和二氧化碳系统（HCS）、除盐水输送与存储系统（DWS）和冷凝水存储箱（CST）三个用户进行供氢；另外一项功能则是直接为氢气升压站供氢。

2.3.2 氢气升压站

氢气升压站主要由氢气升压组件、空气压缩机、干燥机及相应管道、阀门和仪表组成，主要功能则是对氢气升压并充装至高压氢气钢瓶，供高压氢气站使用。

氢气升压组件采用气动容积泵，将低压氢气站提供的低压氢气升压至41.4MPa，然后充装至高压氢气钢瓶内。氢气升压泵及气动阀门的驱动气由空气压缩机压缩及干燥机干燥后提供（见图4）。

2.3.3 高压氢气站

高压氢气站主要由高压氢气钢瓶及相应管道、阀门和仪表组成，其主要功能是通过减压阀将高压钢瓶内41.4MPa的高压氢气减压至19.7MPa，然后为化学与容积控制系统（CVS）一回路直接加氢提供氢气源。

3 调试期间发现的问题及改进建议

3.1 供气管道锈蚀

在海阳核电PGS调试期间，发现氮气及二氧化碳子系统的局部管道存在积水，管道锈蚀情况严重。而氢气子系统相关管道则不存在同样的问题。经分析，造成管道锈蚀情况严重的原因有以下两个：

氮气和二氧化碳子系统从气体站至下游用户均为碳钢管道，而氢气子系统则是不锈钢管道；

建安单位对管道安装完成后，是采用水压试验来验证管道，但在水压试验完成后，并未对管道进行吹扫和干燥。

在西屋原始设计中，氮气及二氧化碳子系统至下游用户的管道采用碳钢设计是基于氮气和二氧化碳均为非氧化性气体，对管道腐蚀有抑制作用，在正常使用情况下，能保证不会出现锈蚀情况。但在实际施工过程中，无法保证系统安装完成后可以立即移交调试，同时建安单位对管道保养工作难以到位。

因此，基于上述原因及对系统设备保护，建议后续AP1000项目的PGS氮气及二氧化碳子系统至下游用户的管道采用不锈钢管道，以避免管道内部出现锈蚀情况。同时，加强对建安单位施工质量的管理，以避免出现管道积水情况出现。

3.2 低温液体泵无法自动启停

在海阳核电PGS调试期间，发现氮气子系统低温液体泵无法置于自动运行状态。经分析，主要原因在于低温液体泵与液氮储存罐之间的管道设计过长，泵体内部容易积聚气体无法启动，需要人工手动对泵体排气，导致无法自动运行。

根据低温液体泵使用要求，与罐体之间的管道应尽量短且包裹保温材料，并向下倾斜一定的角度，从而保证即使管道因热交换导致液氮气化，也能在气液密度差的作用下，氮气能顺利回流至罐体内，不会在泵体内积聚而导致无法启动。

建议后续AP1000项目根据低温液体泵使用要求对该段管线设计进行相应修改，以保证泵可以置于自动运行状态。

3.3 减压阀出口压力无法维持

在海阳核电PGS调试期间，发现在下游用户无用气需求的情况下，减压阀下游压力会在短时间内上升至与上游一致，从而导致下游管道超出设计压力，存在设备损坏及管道破裂的风险。

经拆解阀门观察，发现阀门密封面存在异物，导致阀门无法密封严密。同时，根据减压阀使用要求，在减压阀前应设置过滤器，保证进入减压阀的流体是洁净无异物，以避免出现减压阀无法保压的情况。

建议后续AP1000项目在PGS系统所有减压阀前设置过滤器，并在氮气和二氧化碳子系统添加供气压力超出设计压力时切断供气总阀的控制逻辑，以保护系统设备和管道。

3.4 氢气子系统无氮气吹扫管线

在海阳核电PGS调试期间，发现低压氢气站和高压氢气站均无氮气吹扫管线，在使用过程中存在氢气与空气直接接触的可能。但根据国标关于氢气站的相关要求，氢气管道必须设置氮气吹扫管线，用于管道充氢和排氢前氮气置换空气。

建议后续AP1000项目在氢气子系统与氮气子系统间增加相连的管线，用于对氢气子系统管道充氢和排氢前氮气置换。

3.5 供气管道无气体纯度检测仪表

在海阳核电PGS调试期间，发现PGS系统管道均无气体纯度检测仪表，且下游用户系统也无气体纯度检测仪表，因此无法对供气品质进行监控。

建议后续AP1000项目在PGS系统供气总阀后增加气体纯度检测仪表，对供气品质进行监控。同时，在PGS系统下游用户系统进气总阀前增加气体纯度检测管仪表，以保证供气品质能满足设计要求。

4 结束语

本文对AP1000电厂气体系统（PGS）设计、功能和工作原理进行浅析，同时结合海阳核电厂PGS系统调试经验，对电厂气体系统存在的设计不合理项提出改进建议。完善的系统设计是核电厂安全和稳定运行的基础，应在调试过程中不断发现问题，解决问题，完善设计，为后续AP1000项目顺利建设和安全发电保驾护航。

参考文献：

[1]孙汉虹.第三代核电技术AP1000[M].北京：中国电力出版社，2010

[2] GB50177-2005，氢气站设计规范[S].

作者简介：陈煜（1988—），男，助理工程师，主要从事：山东核电有限公司联合调试队核岛工艺处，主要负责PGS、VWS系统调试及核岛联合冲洗 。