涉氢系统风险分析与改进

刘松

摘 要

核电厂涉氢相关设备较多，存在一定风险，提前预防尤为重要。本文主要针对电厂正常工况下的涉氢操作和含氢气体储存过程中进行风险分析，找出设备本身设计上的缺陷、操作规程的不完善，针对以上不足，提出变更改进措施，确保电厂人身、设备的安全。

关键词

涉氢;风险分析;改进

中图分类号： F832.2                     文献标识码： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.15.041

0 引言

正常工况下电厂有较高风险的涉氢的操作主要有容控箱的取样、衰变箱的取样;含氢气体设备储存方面主要有衰变箱的储存、容控箱氢气房内氢气瓶的储存。针对以上有较高风险的地方进行风险分析，提出设备变更，完善规程、管理改进。

1 取样系统风险分析与改进

1.1 日常取样步骤

拿容控箱取样操作步骤举例：分析人员首先要将快速接头和已抽真空的100ml不锈钢取样罐通过取样手套箱的侧门放入手套箱内，首先确认取样手套箱负压和阀门状态与照明，均满足取样条件后，按照操作规程，接好快速接头，然后依次打开V2阀和V3阀（见取样流程示意图）进行扫气。目的是向废气衰变箱和取样手套箱同时扫气，扫气4～5分钟后，关闭V2阀，间隔了十几秒后取下快速接头，接好不锈钢取样罐（所有联结操作都是通过手套箱内的铅手套完成）进行取样。

1.2 可能产生最大危害的风险分析

1）一定约束空间内

气体取样过程是借助取样箱完成的，取样箱空间小，客观为氢气燃烧提供了约束空间。

2）扫气不充分

取样前需进行扫气，从步骤来看，实验员在连接好快速接头后，打开V2阀和V3阀向废气衰变箱和取样箱同时扫气，由于至废气衰变箱管道设置有止回阀V5阀，加之取样箱存在负压，同时向取样箱和衰变箱扫气不可能完全顶开止回阀V5阀，故此种“同时扫气方法”实际上无法将氢气扫至废气衰变箱，氢气将大量进入取样箱。另一方面，由于取样箱负压通风，进入取样箱内部的空气将与高浓度氢气混合。分析人员从关闭V2阀、连接取样罐至再次打开V2阀如果时间间隔较短，通风系统很难保证将混合气体全部排出，所以箱内气体浓度很有可能到达氢气的燃烧极限（4%～75.6%）范围之内。

3）存在火源或高温。

发生燃烧的因素可能有以下三点：

①由于充装高压气体的输送管道、截止阀门受潮后容易氧化，表面生成Fe2O3、Fe3O4等氧化物，这些微粒或颗粒物质，随高速氣流于管壁、阀门口摩擦，极易产生火花。

②气体高压高速流经管道、阀门所产生的高位静电积聚未能导出。当高速气流经过管道，阀门特别是在阀门进出口两端压差悬殊时开启阀门送气的瞬间，将产生极高的静电电位，出现明显的火花。

③当一瞬间开启截止阀门过大过猛，易造成混合气体的燃烧。取样使用抽真空的取样罐虽然在接通管路时已经与管路压力达到平衡，但容控箱压力与之还存在较大压差（0.12MPa左右），故开阀后高速气流引起高位静电积聚或火花引发危害的可能性较大。

4）从取样箱附近设备角度分析，取样箱的照明设备，包括电线、日关灯均位于箱体外部，可以排出照明设备引起氢气燃烧的可能。

2.3 查找设备及规程中的不足

1）取样设备存在缺陷

如上1图所示从容控箱向衰变箱扫气管路到取样箱有一段约2～3米的死管路，取样前必须要向取样箱中扫气一段时间，以排出管内空气，才能保证取得样品的代表性。

通过调研，其他电厂容控箱气体取样装置的设计已考虑到样品气体排到取样箱中的危害，使用了一个钢胆的小装置，钢胆前后各有一个隔离阀，扫气时通过快速接头将钢胆装置两头分别接到取样口和排气口，直接扫到衰变箱中，扫完后关闭钢胆前后的隔离阀，再用针管从钢胆中取样，拿回实验室分析，整个取样过程没有样品气体排到取样箱中。另一个电厂的取样箱内的取样管路形成一个密闭回路，不存在死管路。气体取样器也是个固定的不锈钢胆，整个扫气过程，也不会向取样箱内扫气。

2）操作规程不完善

规程中规定：接好快速接头后，打开V2阀和V3阀扫气1分钟，此时无法将容控箱气体扫至废气衰变箱，来自容控箱浓度达97%的氢气将大量进入取样箱中;规程中也没有对扫气后执行下一步操作的时间间隔进行明确规定，导致等待时间的长短仅依靠个人经验来判定，扫气后等待的时间太短可能使得排到取样箱中的氢气无法完全排净，这些氢气与空气混合后，造成了恶劣的环境。

3）未将含氢气体的取样操作纳入风险源管理范畴

2.4 容控箱及衰变箱取样系统变更

2.4.1 容控箱取样设备变更

按照改造方案：取样前扫气将全部通过气体取样容器并排向废气系统，不再向取样箱扫气。取样通过针管及气体取样容器进行，获取样品后回实验室分析。

2.4.2 衰变箱取样系统变更

废气衰变箱内贮存的气体主要来源于容控箱气空间，其也有一定含量（20%左右）的氢气。可以说，衰变箱气体取样比容控箱的取样风险更大，因为衰变箱的取样管路中没有设计扫气回路，取样前只能向取样箱内扫气。

废气衰变箱气体取样管路中增加一扫气回路，该扫气管路最终回到废气缓冲罐内。

3 衰变箱及容控箱氢气房中含氢气体储存过程中的防范措施

3.1 衰变箱储存过程中的防范措施

电站大修期间的倒水，会造成氧饱和水进入暂存箱，进行硼回蒸发脱气时，脱出的氧气进入高放废气系统，从而造成氧气与氢气的混合现象;同时主系统氧化和除氧操作也会造成氧气与氢气的混合;另外一些设备密封不严也会导致氧气进入高放无氧废气系统。

3.1.1 采用氢氧分类接收的方法避免氢氧混合

1）根据氢氧分析结果，确定一只为含氢废气接收箱、一只为含氢废气备用接收箱，一只为含氧废气接收箱、一只为含氧废气接收备用箱，在控制室相应的电动阀门上挂“接收箱”、“接收备用箱”提示牌。

2）根据废气来源选择含氢或含氧废气接收箱

例如硼回蒸发运行期间、暂存箱排气、容控箱排气等衰变箱切换至含氢废气接收箱;化容硼酸储存箱排气，疏排水箱检修后扫气等切换至含氧废气接收箱。

3）在衰变箱由“含氢箱”和“含氧箱”相互切换的过程中，有必要对接受管道进行氮气吹扫，以控制每个衰变箱接受单一气体。

4）高放无氧废气收集总管上增加在线氢、氧监测仪及相关的报警、记录装置，通过对接受的气体含量的分析便于衰变箱分类接收。

3.1.2 衰变箱中氢氧分析检测频率

1）定期监测

废气衰变箱氢氧浓度监测频率：按每四周一个循环，第一周周四对全部衰变箱氢氧浓度进行分析监测;第二、三、四周周四对本循环周内接收中箱体、接收过新气源的箱体及排放过的箱体进行氢氧浓度进行分析监测。衰变箱房间的氢浓度监测频率：按每四周一个循环，第一周周四对衰变箱房间进行氢氧浓度分析监测。

2）根据系统运行需要监测

在以下情况下，应按规程投入氢氧监测仪检测接收吹扫气体的衰变箱氢、氧的含量，如果超标，则采取充入氮气稀释后排放等措施来保证其氢、氧含量在正常水平。在准备投入或切换衰变箱接收废气前对待接受衰变箱内氢、氧浓度进行测量;在投入硼回蒸发序列运行过程中，如果衰变箱压力上涨，则按规程投入氢氧监测仪，并增加对衰变箱氢、氧浓度监测的频度;在化容系统容控箱检修后或电站启动过程中，用氮气对容控箱吹扫后，按程序投入氢氧监测仪检测接收吹扫气体的衰变箱氢、氧的含量;在衰变箱及其相关管道、阀门检修后，应用氮气对其进行吹扫，按程序投入氢氧监测仪检测接收吹扫气体的衰变箱氢、氧的含量;主系统设备扫气，废气系统有异常随时进行在线监测分析;其他：衰变箱新接收气体，如有需要，可随时进行氢氧浓度分析监测，保证衰变箱接收气体氢氧浓度符合要求。

3.1.3 衰变箱氢氧监测分析取样间有氢气泄漏风险;房间内灯具及照明开关不满足防爆要求，需更换新型防爆灯具及开关。

3.1.4 在含氢相关阀门管道房间防火门上张贴“含氢相关房间，禁止重关门”的提示，以防产生火花。

3.2 氢气房的防范措施

氢气房如果发生泄露，有可能造成氢氧超标。值班员每天都会到现场查看汇流排总管压力，当压力低时切换氢气瓶。对于进入氢气房有相关要求

1）严禁将各种火种及发火器带入氢气房。

2）严禁穿戴钉子鞋及挟带易燃易爆物质进入房间。

3）严禁用铁器敲打管道、阀门。

4）装卸、搬运气瓶严禁抛滑、撞击。

5）管道、阀门、气瓶等处漏气时，必须立即切断气源，不能带压修理，修好后应按规程投运。

6）变更氢气房汇流排总管压力表，增加压力变送器使信号控制室，方便及时观察总管压力，另外可以减少运行人员进入氢气房的频率，以防对人身造成伤害。

7）在氢气房增加在线氢氧浓度监测仪，随时监测房间氢氧浓度。

4 结束语

通过对电厂日常涉氢系统设备进行风险分析，提出了变更和预防措施，谨防发生意外，保证核电厂人身和设备的安全。

参考文献

[1]廢气处理系统运行规程QYG.01-QYG.01.23-A5.1.

[2]氢气供给系统运行规程QYG.01-QYG.01.19-A5.