硼回收系统TEP除气塔的运行

徐毅

【摘 要】本文描述了秦山第二核电站硼回收系统除气塔的功能、组成和运行情况，并通过运行人员的运行经验总结了该系统的操作注意事项和故障处理的方法，通过从除气塔运行以来的一些运行事件和各种故障的原因总结，完整的描述了该系统的运行情况。

【关键词】除气；状态；运行；故障处理

0 引言

硼回收系统为两个反应堆共用，具有下列功能：收集化学和容积控制系统（RCV）排放管线和核岛疏水排气系统（RPE）的反应堆冷却剂排水槽来的含氢反应堆冷却剂，处理含氢的反应堆冷却剂以得到反应堆级的补给水和重量百分比为4%的硼酸溶液，以复用于反应堆冷却剂系统。除气塔作为硼回收系统的重要环节，主要用于脱除堆冷却剂中的氢气和放射性惰性气体（Kr、Xe等）。并在冷停堆期间打开反应堆之前，降低一回路冷却剂中的放射性浓度和溶解氢浓度，提高除气效率并且减少操作时间。

秦山第二核电厂从投运以来，硼回收系统（TEP）的除气塔能满足电厂运行的要求，但系统出现过很多的故障，这些故障如果不能及时有效的进行根本原因分析和处理，将严重影响到系统的稳定运行。因此本文主要通过对硼回收系统除气单元的描述，对一些运行事件和运行操作的总结，希望能帮助运行人员提高对硼回收系统除气单元的了解和认识，特别是新参加工作的运行人员，减少人为的运行事件的发生。

1 硼回收系统（TEP）除气塔单元简介

除气塔采用热力除气法以达到深度除气的目的，从前贮槽来的废液经过再生热交换塔001EX用泵送到除气塔001DZ，在塔中氢气、裂变气体和其它气体，从含硼水中脱除，用SVA辅助蒸汽间接加热。SVA蒸汽冷凝水收集在冷凝水平衡槽011BA，并且经过冷凝水冷却塔009RF冷却，送到槽9SVA001BA，在大气压下贮存。脱除出的不凝性气体和蒸汽离开除气塔的顶部后，流入排气冷凝001CS，由设备冷却水（RRI）来冷却。随后，冷凝液通过回流回到除气塔顶部。通过调节阀427VY间歇的把气体排到RPE系统的含氢部分，来保持一定的冷凝塔出口压力。除气后的流出液排到平衡槽009BA，而后用泵003PO经过冷却塔001RF排到中间贮槽。三通阀033VP允许加热阶段未除气的流出液，再返回到除气设备。带有隔离阀的两个孔板007DI和009DI设置在返回/输送三通阀的下游，在不同进料温度时用它们来改变输送量，以便保持较高的去污系数。既：最大流量（两条线共用）；平均流量（小流量阀关闭）。

当反应堆冷停堆时（在打开堆容塔顶盖更换燃料之前），孔板下游装有遥控阀053VP和手动阀055VP的管线，把除气后的冷却剂送到1RCV002BA。

1.1 硼回收系统的除气单元主要设备组成

1）除气塔001DZ，用热力除气法除去塔中从含硼水中的氢气、裂变气体和其它气体，用辅助蒸汽分配系统（SVA）的蒸汽间接加热，并使料液处于饱和状态。

2）除气塔输送泵003PO，采用屏蔽型泵，防止裂变气体从反应堆冷却剂中释放出来。

3）再生热交换塔001EX，加热进料至70～95℃后进入除气塔，以利于除气塔的正常运行。冷却除气后的液体至50～75℃。

4）冷凝水平衡槽011BA，收集SVA蒸汽冷凝水。

5）冷凝水冷却塔009RF，冷却SVA蒸汽冷凝水。

6）排气冷凝塔001CS，使除气塔排出的蒸汽冷凝，冷却后的不凝性气体（氢气、氮气、氪、氙），通过限压阀427VY间歇地把气体排到RPE系统的含氢部分，来保持一定的冷凝塔压力。

7）除气塔液体冷却塔001RF，使除气后的液体进一步降温至50℃以下，送至中间贮存箱。

硼回收系统除气单元的流程简图（如图1所示）。

1.2 除气塔运行特性指标及相关设计参数

2 除气塔的启动、运行和控制

正常运行期间，TEP除气器处于热备用状态，当除气塔一般由于相关设备仪表和阀门检修才置于状态0长期停运状态。可以在2.5小时内从完全停运状到达热备用状态。热备用状态是正常的备用状态，在热备用状态下，当前贮001BA内的反应堆冷却剂液位达到N3（2.789）m时，发出信号，表示可以进入常生产的启动阶段，由运行人员启动进入生产状态。

除气塔启动前的状态：

除气塔液位：150±50mm，低于100mm时启动前贮槽泵补水。

除气塔温度：100～109℃，低于该温度可能是SVA管线隔离或除气塔压力大于47kPa。

除气塔压力：30～47kPa，一般因氮气吹扫导致压力大于47kPa，可打开取样阀排气。

SVA压力：>0.25MPa，保证SVA蒸汽压力是顺利启动的必要條件。

如果遵循操作时间，在这一运行阶段将用未除气的反应堆冷却剂充注到除气塔的操作液位。

否则，除气塔可用含氧SED除盐水来充注。SVA蒸汽阀365VV保持预先设定的位置，相应的流量为0.6t/h。除气塔管束中的蒸汽加热堆冷却剂并产生蒸汽（蒸汽+不凝性气体）。

二次蒸汽在001CS中冷凝并且冷却到50℃，然后返回到除气塔，不凝性气体排到TEG含氧子系统。（最大流量：20m3STP/h）。除气塔管束通过409VV和411VV与大气相通，以防止当SVA蒸汽冷凝时形成真空。加热蒸汽冷凝水由371VL自动排出。371VL是由103MN控制的。

在状态1，除气塔连续加热，约50分钟，当它的顶部温度达到98.5℃，105MT发出信号，激发程序指令，使除气塔进入状态2。

c）除氧（状态2）

状态2是指：

——循环的堆冷却剂被冷却（打开001RF上的设冷水阀217VN）。

——除气塔管束排气阀409VV关闭。

——除气塔蒸汽入口控制阀365VV置于自动（由101MP控制）位置。

101MP仪表使除气塔顶部和排气冷凝器出口的压差保持在0.012MPa，相应的二次蒸汽流量为80kg/h，除气塔顶部的压力约为0.108MPa（绝），也就是0.012MPa+0.096MPa（绝）（TEG含氧子系统压力）。

SVA蒸汽流量2.5t/h。

除气塔循环流量由限流器005DI限定，保持在12t/h。

在状态2运行期间，001BA中的液体通过除盐器和过滤器循环10分钟，以避免不干净的杂质进入除气塔。状态2结束前10分钟，001EX中的含氧水，用含氢废液冲排（025VP、119VP打开）。在状态2末，供料阀关闭。

d）排气冷凝器氧气的脱除（3状态）

含氧排气阀425VA关闭，含氢排气阀429VY打开，并且排气冷凝器用氮气充入。除气单元的其它部分也同时处于状态2工况下。

按动“状态3程序指令”按扭，可实现状态2到状态3的变化。氮气阀415VZ打开，计时器开始计时。在排气冷凝器的排气自动切换到TEG含氢部分之前，用氮气吹扫15分钟，以清除氧气。氮气吹扫结束时，排气冷凝器剩余的氧气浓度近似7×10-6g/L。

e）除气塔内压力上升（状态4）

状态4的工况与状态3相同，但是由于SVA蒸汽的加热，塔内的压力持续上升。

状态4开始时，排气冷凝器内充有氮气并且与TEG含氢子系统相通。这时仍没有排气，因为排气冷凝器压力低于背压阀（427VY）的设定值。由于氮气吹扫，除气塔顶部压力和排气冷凝器出口的压力差小于0.01MPa。因此，SVA蒸汽入口阀几乎开到最大。

除气塔内的压力继续上升。使排气冷凝器压力上升到0.135MPa（绝），从而使背压阀打开。

当排气冷凝器压力达到0.135MPa（绝），有两种可能的工况：

1）如果除气塔收到“生产”信号，这个信号或是手动（按扭）或是N3液位信号（表示前贮槽已经达到处理液位）则除气塔按照程序达到状态5（生产工况）。

2）如果没有生产信号传送来，则排气冷凝器用氮气来吹扫（状态8）以除去其中的氢，之后，除气塔进入热备用状态（状态6）。

f）除气后冷却剂的操作

在状态5工况中，除气后的冷却剂从除气塔送到中间贮槽。

在这个工况中：

——堆冷却剂被001P0泵经除盐过滤后连续送入除气塔。

——H2和放射性气体不断地被脱除，并且通过001CS排到TEG含氢子系统。

——经除气的冷却剂由003PO送到相应的中间贮槽，如果除气塔的供料温度高于25℃，经除气的冷却剂的输送流量为27.2t/h（035VP和423VP 打开）如果除气塔的供料温度低于25℃（423VP关闭）则输送流量为23t/h。

——除气塔循环线关闭。

——除气塔加热蒸汽流量为2～2.5t/h（控制阀365VV由101MP送来的压差△P调节）。

除气速率能非常灵敏地影响除气塔中的压力。

下列预防措施是在由状态4到状态5的运行过程中实施的，它是为了避免除气顶部和排气冷凝器出口的压差△P快速下降。这个压降将改变SVA进汽流量。

当接收到进入状态5的信号时，三通阀原置于“再循环”位置，然后阀逐渐切换到“生产”位置。这个方法使冷供料速度逐渐增大。这样，SVA蒸汽控制阀逐渐打开，使塔顶压力保持在0.147MPa（绝），冷凝器出口压力0.135MPa（绝）。当三通阀对输送线全部开启时，循环线上的隔离阀自动关闭。

除气后的冷却剂流量随三通阀开度而变化（如表1所示）。

除气塔的控制采用了目前较先进的程序化逻辑控制系统（PLC），所有的操作和管理完全实现计算机化。这一系统主要的特点是占用空间小，运行稳定可靠，维修率低且维修方便，操作执行简单易行，容易进行工艺系统和控制系统的更改。

1）除气塔001DZ液位控制由PI控制塔（101MN）通过调节027VP来保持恒定。控制塔可以调节设定值大小（SP），手动调节阀门开度，手动自动切换（自动时维持PV值在SP上），PV值和阀门开度的监视。

2）除气塔顶部与冷凝塔001CS排出口间的压差由PI控制塔（101NP）通过调节365VV来维持压差在 0.0105MPa 。SVA蒸汽压力103MP 为365VV提供前馈控制。

3）冷凝水平衡槽011BA液位通过103MN控制371VL来保持一个恒定值。

4）排气冷凝塔001CS的压力由作用于背压控制阀427VY的105MP来保持在0.135MPa絕压下，427VY根据设定值间歇排放。

5）423VP在状态5时受温度控制，防止流量过大，当前贮槽来的堆冷却剂温度降低到25℃（101MT）以下时423VP自动关闭，降低液体流量到“低流量”23m3/h（423和425VP同时开启为“高流量”27.2m3/h）。

2.1 除气塔的保护信号

2.2 除气塔的运行注意事项

2.2.1 1TEP除气塔从状态6转状态5运行

除气塔在状态5以25m3/h的稳定流量运行时，蒸汽阀TEP 365 VV的开度大约在55%～65%之间，这个值也就是手动启动除气塔时蒸汽阀门的一个参考值。

除气塔在启动过程中，最有可能导致保护动作的原因为压差101 MP控制不好。运行新员工启动除气塔大都会出现压差大幅波动的现象。实际上，控制压差除了要根据101MP的显示值进行控制外，最关键的是需要操作者根据实际情况给一个前馈。在绝大多数情况下，除气塔均处于饱和态，因此，控制除气塔在其压力所对应的饱和温度下，则压差自然稳定。

如我们控制的目标是101MP为10.5kPa，如果001 CS的压力105 MP为35kPa，那么这时除气塔的压力为0.1+0.0105+0.035=0.1455MPa.a，其对应的饱和温度为110.4℃，因此，控制除气塔温度在110.4℃，其压差自然会稳定在10.5kPa，这时，在关注压差的同时关注温度，如果温度上涨，适当关小蒸汽阀门，如果温度下降，适当开大蒸汽阀门，通过这种方式压差会很快稳定。在除气塔处于热备用时，由于没有冷却，001CS的压力就代表除气塔的压力，它在0.130～0.147MPa之间变化时除气塔的理论温度在107.1℃～110.7℃之间变化。

2.2.2 1TEP除气塔氮气压力高

即1TEP 105大于50kPa（并且117SP已经触发：0.2MPa）的情况下，除气塔无法启动，这时必须强制打开TEP429VY/430VY，排气至正常压力方可启动。在排气之前，一般需要同时打开TEP001CS的设备冷却水阀门（RRI）211VN，避免排气温度高。

2.2.3 去中间贮槽的进口阀不能全开

由于设计原因TEP中间贮罐六个进口阀不能全开，否则无法维持除气塔液位，也会导致003PO超流量使除气塔其开度一般为2个螺纹左右，以调节003PO的流量在25t/h左右为宜。

2.2.4 除气塔排空后的的充水

除气塔排空后，如果回路已经含氧，那么除气塔的补水只能由SED水进行补充，除非这时前贮槽也含氧；在用SED水进行补水时，在适当的开度下，补水到110mm左右关闭阀门除气塔的液位可上升到180mm左右；在用前贮槽的水进行补充时，补水的后阶段需关小调节阀，避免补水过多导致除气塔出现高水位。

2.2.5 除气塔无法正常启动而必须启动

手动启动，需先将033VP强制到生产状态（生产状态为1：地址0497，循环状态为0：地址0498，必须同时将0497强制为1且0498强制为0，才能将033VP转到生产位）。然后，按照状态5各阀门的状态，除蒸汽外将各调节阀置于自动，先开汽侧，再开水侧出口。最后，开启水侧入口，手动控制蒸汽阀门开度，调节除气塔在状态5对应的温度和压力下，稳定后将蒸汽阀置自动。通过地址40017和40095可以看到033VP的变化，该阀门从循环位转到生产位置需要10min。

3 除气塔运行中的故障及处理

正常运行期间一回路向TEP的排水总量不大，流量也小，时间要求不是很严，而且两台除气塔可以互为备用，因此除气塔故障一般会有足够的检修时间。大修时排水量大（特别是在主回路进行升温升压时），TEP接收废水流量大，時间要求紧，而且大修期间两台除气塔严格隔离不能互为备用，一旦除气塔故障将成为关键路径。熟悉除气单元的运行，清楚导致该单元故障的原因和处理措施，可以有效避免一些常见故障的再次出现，保障除气单元的稳定可靠运行。

3.1 在状态5时除气塔液位逐渐降低

除气塔的液位是自动控制的，从状态6启动时自然会下降，但转入状态5后应维持在10mm附近波动，如果液位逐渐降低，直至低液位保护信号动作使除气塔还回状态6热备用状态。这可能有两方面原因，一是，除气塔上游阻力太大，进料流量过低；二是，中间贮槽进口阀开启过大，导致除气塔出口流量大于其进口流量。对于第一种情况，需要运行人员对前储槽到除气塔的在线进行检查，看是否有阀门被误关。还要检查前储槽后净化回路的过滤塔和除盐床的压差，看是否堵塞。对于第二种情况，必须关小中间贮槽进口阀，一般进口阀的开度为两个螺纹左右，但出口流量不能小于10m3/h。

3.2 1TEP001DZ的氮气供应回路堵塞

因准备隔离1TEP03PO（盘根有漏）而将1TEP01DZ放在状态“9”并将氮气压力调整到1.9bar对其进行三次强制吹扫。但发现9TEG01BA压力没有变化，于是没有隔离并将除气塔返回状态“6”，通知化学人员取样。9月26日早上，化学人员说取不出样，便无法验证001CS的放射性水平，这给维修003PO带来了困难。

运行人员进行了1TEP001DZ气相回路检查，作了多项试验最终找到了原因。

1）回路在线检查。阀门状态设置完全正确。1TEP01DZ液位不高且气源（氮气）供应充足。于是便怀疑可能是某一阀门的阀瓣脱落。

2）在阀门开关检查过程中，发现1RPE992VY与2RPE992VY操作比较手感不同，怀疑是否是1RPE992VY阀瓣脱落所致。就地通过试验调整1RCV02BA的H2供应压力对02BA吹扫，发现1RCV002BA的废气进入了1TEG01BA，便否定了1RPE992VY故障这一疑点。

3）检查1TEP01CS的出口至TEG这一段。将1TEP01DZ置于状态“9”，当1TEP431VY打开后，001CS的压力马上急剧下降，说明1TEP01DZ的排气回路没有问题。

4）在1TEP01DZ置于状态“9”时，从记录仪上看，虽然通过9RAZ069VZ/066VZ将氮气供给压力调至2.6bar，但1TEP01CS的压力一点也不上升且维持在1.1bar左右，说明氮气根本没有进入除气塔，或者是除气塔本身有漏。但当蒸汽供应阀强制打开后，除气塔压力马上上升且能保持住（在蒸汽阀关闭后），于是便否定了除气塔有泄漏。

5）问题便集中到氮气供应回路上。1TEP001DZ和2TEP002DZ的氮气吹扫管线是公用的。于是将2TEP02DZ置状态“9”进行吹扫时，9TEG01BA压力马上上升，且当2TEP418VZ一开启，9RAZ07LP的指示便从2.0bar瞬降至1.5bar且维持1.5bar对其吹扫。而1TEP01DZ放在“9”时，打开1TEP417VZ时，9RAZ07LP指示2.0bar无变化，于是进一步确定公用供应管线没有问题，怀疑是1TEP417VZ这一路管线有堵。

在1TEP01DZ状态“9”时，强制打开1TEP415VZ（自动吹扫），发现也不通。说明1TEP01DZ虽每次按程序自动启动完成“6→5→8→6”这一过程，而实际无氮气进入除气塔。从现场管道布置来看，位于1TEP437VZ与778VZ，439VZ与779VZ之间有“U”型布置，便怀疑在此处堵塞。

分析原因可能是因为某一次除气塔高高水位后，水及杂物进入了氮气管线或管线内硼结晶。

3.3 除气冷凝塔压力可能会高高压力报警使除气塔返回到状态6

除氣冷凝塔压力过高有两种原因：一是，启动前进行过氮气吹扫，不凝性气体不冷凝；二是，SVA蒸汽流量提升过快，导致蒸发量快速增加。对第一种情况，当排气管线阀门自动打开后会逐渐消失，否则需要手动排气。对第二种情况，需要立即通过SVA流量调节手操塔手动降低蒸汽调节阀开度，待压力开始下降时缓慢提升加热蒸汽流量。

3.4 启动1TEP001DZ运行时导致2TEP002DZ高液位

在从1TEP001DZ状态“6”启动至状态“5”生产时，出现2TEP002DZ高液位报警，这时2TEP002DZ未进行过任何操作，联系仪控校表检查为真实液位。怀疑2TEP002DZ去中间贮槽的两个气动阀2TEP424/036VP内漏，为验证于是2TEP002DZ排水至正常液位再次启动1TEP001DZ，在转至状态“5”生产位置时，2TEP002DZ液位又持续上涨，立即关闭2TEP002DZ去中间贮槽进口阀9TEP040VP后，液位停止上涨，保持稳定。从而确认为2TEP424/036VP VP阀门内漏故障引起。

3.5 除气塔冬季启动压力调节困难

在冬季启动9TEP除气塔时，发现有两点问题需要注意：一是，设冷水和进料温度低。二是，含氢排气管线阻力大。

启动过程中发现9TEP 001 RF出口温度9TEP 103 MT在31.9度，温度过低（正常值50～60℃）使得9TEP 033 VP在循环位置时进入脱气塔的液体温度过低，调节9RRI 271 VN使出口温度上升到正常范围内。通过手操塔手动调节9TEP 365 VV的开度，当9TEP 101 MP的PV值接近设定值10.5kPa时投自动。

转换中9TEP 105 MP达到50kPa满量程，9TEP 427 VY置手动并全开，9TEP 105 MP高报仍然存在，“状态5”置位后也仍然存在，初步怀疑为含氢废气排放管线阻力过大所致。经过主控同意现场启动9TEG压缩机（通过9TEG 124 VZ向9TEG 001 BA补氮至0.125MPa后自动启动9TEG 002 CO），使9TEP 001 BA压力降至0.105MPa，这时9TEP 105 MP降到42kPa。至此除气塔保持正常稳定运行。

4 总结

正常运行期间一回路向TEP的排水总量不大，流量也小，而且两台除气塔可以互为备用，因此除气塔故障一般会有足够的检修时间。在大修前除气塔用于一回路的除气，此时两台除气塔严格隔离不能互为备用，一但除气塔故障将成为关键路径，从而影响大修进度。所以通过对除气单元的运行的总结，清楚导致该单元故障的原因和处理措施，可以有效避免一些故障的再次出现，保障除气单元的稳定可靠运行。

【参考文献】

[1]硼回收系统（TEP）手册[S].浙江：中核核电运行管理有限公司，2005，5.

[2]三废系统运行技术导则[S].浙江：中核核电运行管理有限公司运行处，2008，4.

[3]硼回收系统定值手册[S].浙江：中核核电运行管理有限公司，2008，1.

[责任编辑：田吉捷]