三门核电电厂气体系统（PGS）简介

王丰

摘要：三门核电一、二号机组作为第三代核电技术AP1000的全球首堆，拥有独立的气体储存、输送和供应系统，即电厂气体系统（PGS），本文将对此系统的组成和作用进行简单介绍。

关键词：气体系统;氢气;氮气;二氧化碳

电厂气体系统（PGS）由氮气、氢气和二氧化碳三个子系统组成。电厂气体系统包括2个独立的大型液化气体储存设施和1个大型压缩气体储存设施。每个设施各自都有独立的供气管网，分别为电厂各类用户供应氮气、氢气和二氧化碳气体。本系统边界只包括供气管网直接连接的设备，其它气体，如氧气、甲烷、乙炔、氩气，采用小型独立容器供应，不通过PGS系统提供。

1. 氮气子系统

氮气子系统是一个标准的工业用液化气储存系统，液氮储存容量至少维持电厂连续运行30天，或者至少可以为1.5台汽水分离再热器和1台安注箱充气。

高压氮气生产回路利用一台容积泵将液氮加压到16.55MPa.g，然后由高压汽化器将液氮转化为气态高压氮气，并将其储存在3个高压储能器中。生产出来的氮气通过高压供气管网直接提供给非能动堆芯冷却系统的安注箱，另一部分经减压后用于反应堆冷却剂疏水箱的净化和覆盖。管网压力由压力调节阀控制，供气压力为5.52MPa.g。低压氮气生产回路直接将液氮储存罐的液氮利用低压汽化器转化为气态的低压氮气。低压氮气通过低压供气管网提供给用户，用于设备净化、电厂维修/覆盖和增压。管网压力由压力调节阀控制，供气压力为0.69MPa.g。

1.1液态氮气储存罐

液氮以其蒸发压力以下的饱和液体1.75MPa.g形式储存在一个双层容器内，该容器为高压和低压氮气系统提供液氮。内外层容器间的环形空间抽成真空（≤3Pa.a），减少热量传递。真空能够通过可读真空表监视。内胆连接安全阀防止液氮超压，外壁连接爆破盘防止真空过低导致破损。

1.2稳压回路

稳压回路主要用来维持液化罐内部压力。利用稳压汽化器对液化罐底部的少量液氮进行加热气化，气体自然循环流入液化罐上部对罐内加压。

1.3液氮泵

一台低温液氮泵用于高温氮气的输送，该泵为单缸、正排量泵，运行流量为7.57L/min。电动机为三相380V异步电动机，功率为7.64kW。液氮泵的工作方式为间断运行。

1.4高压氮气汽化器

液氮通过液氮泵升压后进入汽化器汽化，利用环境空气热量对低温液态氮进行加热和汽化。汽化后的高压氮气被存入3个高压气态氮气储存罐，高压汽化器采用间断运行的方式，高压汽化器采用单罐结构。

1.5低压氮气汽化器

低压氮气汽化器工作原理和高压汽化器相同。但是，由于低压氮气需要连续供给，所以低压汽化器有两个并联罐。一旦运行汽化罐出现结霜，液氮通过电磁阀改变流向进入另一台汽化罐。同时对结霜的汽化器进行除霜。

2. 氢气子系统

氢气子系统分为低压氢气系统、高压氢气系统、氢气升压站、氢气管线泄漏采样系统。

低压氢气系统一期两台机组共用一个厂房。每台机组主要由2台低压氢气平板拖车和相关管道阀门组成。机组正常运行期间1台氢气拖车投运，另一台氢气拖车备用，当投运拖车内氢气压力不满足机组运行时，备用氢气拖车投运，压力不满足要求的拖车被氢气供应商拖至供应商厂内进行氢气充装。

高压氢气系统主要设备由4支高压氢气瓶和切换阀组构成。机组正常运行期间2支高压氢气瓶投运，另外2只高压氢气瓶处于备用状态。当投运的高压氢气瓶压力低于设定值时，切换阀组自动切换至备用高压氢气瓶，并在主控室发出报警，提醒运行人员更换高压氢气瓶。高压氢气瓶出口设有减压阀，将41.1MPa的高压氢气减压至19.3MPa后送至化学和容积控制系统的加氢单元。

2.1氢气拖车

氢气拖车由10只大容积无缝钢瓶组成容器组，钢瓶由瓶体两端的支撑板固定在框架内构成集装管束，每輛氢气拖车公称容积为22.5m³，充装容积为3965Nm³。

2.2氢气升压站

氢气升压站的主要设备包括氢气增压泵、氢气汇流排和相关的管道仪表组成。氢气升压站采用低压氢气（氢气长管拖车）作为气源，由6台独立的增压泵将低压氢气增压，经汇流排对高压氢气瓶进行灌装。待高压氢气瓶灌充完毕，厂内运输到高压氢气储存站，供高压氢气用户使用。整套装置采用全自动控制系统，控制柜显示、报警并就地控制系统停运，以保证系统安全。

2.3高压氢气瓶

每台机组配有12支高压氢气瓶，机组正常运行期间有4支位于高压氢气站内，另外8支氢气瓶位于氢气升压站内备用。高压氢气瓶设计压力为 41.4MPa（6000Psig），水容积为37.4L，每支钢瓶重121Kg。

2.4氢气泄漏采样柜

为了防止氢气泄漏时氢气在套管内积聚，PGS系统设有氢气管线泄漏采样系统，该系统设有氢气采样柜，用来抽取和分析氢气套管内的氢气含量，当氢气浓度超过一定值时，该系统将发出报警。

3. 二氧化碳子系统

二氧化碳子系统主要设备位于气体厂房内，是一个标准的工业用液化气储存系统，包括一个水平放置的高压低温液态二氧化碳储存罐、灌注回路、水浴式汽化器和供气管网水浴式汽化器将液态二氧化碳转化为气态，供气管网压力由压力控制阀门调节，供气压力为0.69MPa.g。二氧化碳子系统用于发电机充氢前的气体置换。

3.1液态二氧化碳储罐

二氧化子系统采用一个卧式低温液态二氧化碳储罐，储罐采用双侧设计，内层和外层之间采用抽真空处理，防止热量进入内筒。液态二氧化碳储罐容积为 5.4m³，设计压力为2.41MPa，设计温度-40～93.3℃。

3.2二氧化碳冷冻机

二氧化碳子系统设置一台冷冻机对液态二氧化碳储罐内的二氧化碳进行降温降压。当液氮储罐内压力高于2.3MPa 时，冷冻机自动启动，当压力降至1.9MPa 时，冷冻机自动停运。

3.3水浴式汽化器

二氧化碳系统采用水浴式汽化器对液态二氧化碳进行汽化。水浴式汽化器内置电加热器，备用状态下当水浴式汽化器内部的水温低于10℃时电加热器自动投运，当温度高于20℃时，电加热器自动停运;当汽化器处于工作状态时，汽化器出口温度低于46℃时，电加热器自动投运;当汽化器出口高于60℃时，电加热器自动停运;当汽化器出口温度低于30℃时，PLC将发出报警，当汽化器出口温度低于22℃时，二氧化碳汽化器进口阀关闭。水浴式汽化器的水源来自生产水系统（IWS），当水浴式汽化器内水位低于80%，补水阀自动开启;当液位高于90%时，补水阀自动关闭。

参考文献：

[1]顾军.《AP1000核电厂系统与设备》.北京：原子能出版社，2010