TEP除气装置从停运状态启动的运行策略分析

高文超

（福建福清核电有限公司 福建福清 310300）

福清核电硼回收系统（TEP）的主要作用［1］是在核电厂运行过程中，对反应堆冷却剂系统排出的含硼、含氢及裂变气体的废水进行除气净化、硼水分离，并对处理后的合格硼酸予以复用。TEP除气塔是除气净化单元的关键部件，根据核电机组的不同运行状态，TEP除气塔共有9 种不同的运行工况来防止氢气、氧气混合形成爆炸性混合物，同时也防止放射性裂变气体直接向环境排放，以便实现对主系统冷却剂的除气、净化功能。机组功率运行阶段，TEP 除气塔处于状态6（热备用），为含氮气及放射性气体的环境，启动排气至TEG含氢子回路。状态0 为除气塔完全停运状态，通常为机组大修后或者TEP 除气塔检修后的状态，此时为含氧环境，首先启动排气至TEG含氧子回路，在除气塔内氧含量降低至合格值后。自动转向TEG 含氢子回路，不同的初始启动状态通过不同的控制逻辑来实现。然而，在某些故障情况或者人因操作失误时，TEP除气塔在机组功率运行阶段也可能跳转至状态0（此时含氮气和放射性气体），如果按原设计直接正常启动TEP除气塔，将导致放射性气体向环境释放，且存在氢氧混合风险。本文就TEP除气塔从状态0启动时的运行可行性策略进行分析，避免放射性气体误排放和潜在的氢氧混合。

1 硼回收系统除气塔简介

TEP 除气塔采用热力除气法，主要设备包括除气塔001DZ、输液泵003PO、再生热交换器001EX、冷却器001RF及排气冷凝器001CS，工艺流程如图1所示。

图1 TEP 除气塔工艺流程简图

TEP 除气塔运行时［2］，将来自主系统的冷却剂料液经再生热交换器初步加热，从除气塔顶部喷入，由辅助蒸汽系统（SVA）加热至饱和状态。经除气后的料液由输送泵003PO经换热器001RF冷却后排往中储槽或返回容控箱（RCV002BA）。除气塔加热产生的水蒸气和不凝结气体在冷凝器001CS 中得以冷却，凝结水靠重力返回除气塔，不凝结气体则排往TEG 废气处理系统（含氢子系统或含氧子系统）。

TEP 除气塔设计有9 种运行状态［3］，为全自动控制，核电机组大修时，TEP除气塔为状态0（停运），机组带功率运行时处于状态6（热备用），设计的各状态间转换关系如图2所示。

图2 TEP 除气塔状态序列及逻辑转换关系

TEP除气塔各状态定义如下。

状态0——长期停运状态，分为“热态”状态0 和“冷态”状态0。

状态1——升温，冷凝器排气至TEG含氧子回路。

状态2——除氧，冷凝器排气至TEG含氧子回路。

状态3——氮气吹扫，冷凝器吹扫合格后排气至TEG含氢子回路。

状态4——升压。

状态5——生产。

状态6——热备用，为含氢或放射性气体环境。

状态7——强制冷却，区别“热态”状态0和“冷态”状态0。

状态8——冷凝器氮气吹扫，排向TEG 含氢子回路。

状态9——停运，除气塔检修前，进行氮气吹扫。

综合上述定义可知，状态0 分为“热态”状态0 和“冷态”状态0两种情况，其区别在于除气塔停运后是否经过强制冷却。除气塔大修检修后再启动，通常是从“冷态”状态0开始；而功率运行期间，除气塔因故障导致跳转至的状态通常为“热态”状态0，因为强制冷却需人为手动触发。因除气单元从状态0启动排气路径的特殊性，存在如下的问题可能会导致非预期的后果。

2 TEP除气塔从状态0启动存在的问题

核电机组在大修后启动时，主系统及TEP 净化单元均为含氧环境且无放射性气体，TEP 除气塔在充水后按照设计从状态0 正常启动即可。但是，机组在功率运行阶段，TEP 除气塔在人因操作失误或者相关检修（如系统软件下装）时可能跳转至状态0，此时，除气塔为含氢环境且存在少量放射性气体。以上即为“冷态”状态0 启动和“热态”状态0 启动两种方式。通过TEP除气塔各运行状态及逻辑转换关系可知，从状态0启动时，全自动控制系统会经过状态1（升温）和状态2（除氧），此过程中冷凝器分离出的不凝结气体排向TEG 含氧子回路，最终经DVN 烟囱排向大气。针对“热态”状态0 的启动，此时，除气塔内部仍为含氢、含放射性气体的环境，如果直接启动除气塔，将造成放射性的气体直接排向环境，且存在氢氧混合风险［4］。

综上，核电机组带功率运行阶段，TEP除气塔从状态0 的启动存在放射性误排放风险，而此运行模式下TEP 除气塔确实存在跳转至状态0的可能性。无论是放射性误排向环境，还是含氢气体与空气混合形成爆炸性气体，后果都是不可接受的，这给设备运行带来一定挑战［5］。

3 TEP除气塔从状态0启动的可行性分析

3.1 机组大修后TEP除气塔的启动

机组大修期间，一回路主系统和TEP头箱、TEP除气塔内部均为正常的含氧环境且基本无放射性气体，在此种情况下的启动即为正常的“冷态”状态0 启动。根据大修文件，在主系统、TEP 头箱、除气塔在置换为氮气环境后，按正常启动操作票顺控启动即可，不存在放射性气体误排放和氢氧混合风险。

3.2 功率运行期间除气塔故障检修后的启动

此处的故障检修指的是TEP 除气塔开口检修，内部已排空，通常，TEP除气塔不会在功率运行期间停运至状态0进行检查，除非偶发重大故障。此时，检修后除气塔内部为含氧环境且无放射性气体，具备从状态0 正常启动的条件，即从“冷态”状态0 启动。然而，此时，原本给TEP除气塔供料的TEP头箱（接收一回路排水）仍为带有放射性气体的含氢环境，TEP除气塔启动过程中直接从此处供料依然存在不可预知的放射性气体误排风险。为此，TEP除气塔启动前需改变在线，改为由REA（硼水补给系统）水回路或SED（核岛除盐水）向TEP 除气塔供料。TEP 除气塔启动过程中，各泵及自动阀均顺控动作，此方法理论上能够实现TEP 除气塔的再启动，但需要较多的运行配合操作，存在一定的人因失误风险。

3.3 功率运行期间除气塔跳转至状态0的启动

在人因操作失误或者某些检修作业（比如系统软件下装）时，TEP 除气塔可能跳转至状态0，此时，除气塔内部仍为热态且可能含有少量氢气及放射性废气，此种情况的再启动即为“热态”状态0启动。因启动过程中，状态1和状态2过程中TEP冷凝器分离的不凝结气体排向大气，此时，TEP 除气塔不具备直接从状态0再次启动的条件。此时，如果按照正常启动逻辑恢复除气塔至热备用，可以考虑将除气塔内部放射性废水经状态7 强制冷却后进行排放，以及将内部含氢的气空间置换为氮气，再按照上节描述重新启动，但此方法耗时较长且运行操作相对复杂，存在较大的人因失误风险，并且排放除气塔内的存水将产生较大量的废水，给三废处理系统造成负担。

TEP除气塔的再启动即恢复至状态6（热备用），下面，从TEP除气塔处于状态6和状态0时分析对比除气塔启动时顺控的所有泵和阀门的逻辑关系［6-8］。对比发现，两种状态下，泵及自动阀门存在以下不同，如表1所示。

表1 两种状态下泵及自动阀门的对比

状态6（热备用）与状态0（停运）中泵、自动阀的逻辑状态仅有2 个气动阀不同，其他顺控设备状态完全一致。通过设计功能考虑，在状态6，TEP 除气塔通过辅助蒸汽（SVA）供汽的旁路阀367VV 间断性开启加热，来维持除气塔内压力在正常范围，其他转机和阀门与状态0时相同是符合预期的。通过逻辑分析及实践证明，除气塔在停运时，改变409VV和033VP的状态不会对除气塔造成影响，且状态6 的置位信号能够复位状态0 的信号。据此，可考虑通过仪控专业信号强制的方式，来实现状态0向状态6的正确转换。实施信号强制期间，仅409VV和033VP阀门改变状态，其他转机和阀门状态不变，理论分析可行。实践证明，此方法简洁高效，能够实现TEP 除气塔从“热态”状态0 恢复至状态6（热备用），从而规避了TEP除气塔从“热态”状态0的再启动时潜在的风险。

4 结语

核电机组TEP除气塔从状态0的启动分为“热态”状态0启动和“冷态”状态0启动，含氧环境的“冷态”状态0 的启动可根据TEP 顺控逻辑正常启动，含氢环境的“热态”状态0的启动可采取仪控信号强制的方式重新恢复至状态6（热备用），从而减少复杂的运行操作和潜在的人为失误，同时，该方法能够避免氢氧混合及反射性气体向环境释放，对同类型机组运行操作具有一定的借鉴意义。