三門(mén)核電電廠氣體系統(tǒng)（PGS）簡(jiǎn)介

王豐

摘要：三門(mén)核電一、二號(hào)機(jī)組作為第三代核電技術(shù)AP1000的全球首堆，擁有獨(dú)立的氣體儲(chǔ)存、輸送和供應(yīng)系統(tǒng)，即電廠氣體系統(tǒng)（PGS），本文將對(duì)此系統(tǒng)的組成和作用進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

關(guān)鍵詞：氣體系統(tǒng);氫氣;氮?dú)?二氧化碳

電廠氣體系統(tǒng)（PGS）由氮?dú)?、氫氣和二氧化碳三個(gè)子系統(tǒng)組成。電廠氣體系統(tǒng)包括2個(gè)獨(dú)立的大型液化氣體儲(chǔ)存設(shè)施和1個(gè)大型壓縮氣體儲(chǔ)存設(shè)施。每個(gè)設(shè)施各自都有獨(dú)立的供氣管網(wǎng)，分別為電廠各類(lèi)用戶(hù)供應(yīng)氮?dú)?、氫氣和二氧化碳?xì)怏w。本系統(tǒng)邊界只包括供氣管網(wǎng)直接連接的設(shè)備，其它氣體，如氧氣、甲烷、乙炔、氬氣，采用小型獨(dú)立容器供應(yīng)，不通過(guò)PGS系統(tǒng)提供。

1. 氮?dú)庾酉到y(tǒng)

氮?dú)庾酉到y(tǒng)是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)用液化氣儲(chǔ)存系統(tǒng)，液氮儲(chǔ)存容量至少維持電廠連續(xù)運(yùn)行30天，或者至少可以為1.5臺(tái)汽水分離再熱器和1臺(tái)安注箱充氣。

高壓氮?dú)馍a(chǎn)回路利用一臺(tái)容積泵將液氮加壓到16.55MPa.g，然后由高壓汽化器將液氮轉(zhuǎn)化為氣態(tài)高壓氮?dú)?，并將其?chǔ)存在3個(gè)高壓儲(chǔ)能器中。生產(chǎn)出來(lái)的氮?dú)馔ㄟ^(guò)高壓供氣管網(wǎng)直接提供給非能動(dòng)堆芯冷卻系統(tǒng)的安注箱，另一部分經(jīng)減壓后用于反應(yīng)堆冷卻劑疏水箱的凈化和覆蓋。管網(wǎng)壓力由壓力調(diào)節(jié)閥控制，供氣壓力為5.52MPa.g。低壓氮?dú)馍a(chǎn)回路直接將液氮儲(chǔ)存罐的液氮利用低壓汽化器轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的低壓氮?dú)狻５蛪旱獨(dú)馔ㄟ^(guò)低壓供氣管網(wǎng)提供給用戶(hù)，用于設(shè)備凈化、電廠維修/覆蓋和增壓。管網(wǎng)壓力由壓力調(diào)節(jié)閥控制，供氣壓力為0.69MPa.g。

1.1液態(tài)氮?dú)鈨?chǔ)存罐

液氮以其蒸發(fā)壓力以下的飽和液體1.75MPa.g形式儲(chǔ)存在一個(gè)雙層容器內(nèi)，該容器為高壓和低壓氮?dú)庀到y(tǒng)提供液氮。內(nèi)外層容器間的環(huán)形空間抽成真空（≤3Pa.a），減少熱量傳遞。真空能夠通過(guò)可讀真空表監(jiān)視。內(nèi)膽連接安全閥防止液氮超壓，外壁連接爆破盤(pán)防止真空過(guò)低導(dǎo)致破損。

1.2穩(wěn)壓回路

穩(wěn)壓回路主要用來(lái)維持液化罐內(nèi)部壓力。利用穩(wěn)壓汽化器對(duì)液化罐底部的少量液氮進(jìn)行加熱氣化，氣體自然循環(huán)流入液化罐上部對(duì)罐內(nèi)加壓。

1.3液氮泵

一臺(tái)低溫液氮泵用于高溫氮?dú)獾妮斔?，該泵為單缸、正排量泵，運(yùn)行流量為7.57L/min。電動(dòng)機(jī)為三相380V異步電動(dòng)機(jī)，功率為7.64kW。液氮泵的工作方式為間斷運(yùn)行。

1.4高壓氮?dú)馄?/p>

液氮通過(guò)液氮泵升壓后進(jìn)入汽化器汽化，利用環(huán)境空氣熱量對(duì)低溫液態(tài)氮進(jìn)行加熱和汽化。汽化后的高壓氮?dú)獗淮嫒?個(gè)高壓氣態(tài)氮?dú)鈨?chǔ)存罐，高壓汽化器采用間斷運(yùn)行的方式，高壓汽化器采用單罐結(jié)構(gòu)。

1.5低壓氮?dú)馄?/p>

低壓氮?dú)馄鞴ぷ髟砗透邏浩飨嗤?。但是，由于低壓氮?dú)庑枰B續(xù)供給，所以低壓汽化器有兩個(gè)并聯(lián)罐。一旦運(yùn)行汽化罐出現(xiàn)結(jié)霜，液氮通過(guò)電磁閥改變流向進(jìn)入另一臺(tái)汽化罐。同時(shí)對(duì)結(jié)霜的汽化器進(jìn)行除霜。

2. 氫氣子系統(tǒng)

氫氣子系統(tǒng)分為低壓氫氣系統(tǒng)、高壓氫氣系統(tǒng)、氫氣升壓站、氫氣管線(xiàn)泄漏采樣系統(tǒng)。

低壓氫氣系統(tǒng)一期兩臺(tái)機(jī)組共用一個(gè)廠房。每臺(tái)機(jī)組主要由2臺(tái)低壓氫氣平板拖車(chē)和相關(guān)管道閥門(mén)組成。機(jī)組正常運(yùn)行期間1臺(tái)氫氣拖車(chē)投運(yùn)，另一臺(tái)氫氣拖車(chē)備用，當(dāng)投運(yùn)拖車(chē)內(nèi)氫氣壓力不滿(mǎn)足機(jī)組運(yùn)行時(shí)，備用氫氣拖車(chē)投運(yùn)，壓力不滿(mǎn)足要求的拖車(chē)被氫氣供應(yīng)商拖至供應(yīng)商廠內(nèi)進(jìn)行氫氣充裝。

高壓氫氣系統(tǒng)主要設(shè)備由4支高壓氫氣瓶和切換閥組構(gòu)成。機(jī)組正常運(yùn)行期間2支高壓氫氣瓶投運(yùn)，另外2只高壓氫氣瓶處于備用狀態(tài)。當(dāng)投運(yùn)的高壓氫氣瓶壓力低于設(shè)定值時(shí)，切換閥組自動(dòng)切換至備用高壓氫氣瓶，并在主控室發(fā)出報(bào)警，提醒運(yùn)行人員更換高壓氫氣瓶。高壓氫氣瓶出口設(shè)有減壓閥，將41.1MPa的高壓氫氣減壓至19.3MPa后送至化學(xué)和容積控制系統(tǒng)的加氫單元。

2.1氫氣拖車(chē)

氫氣拖車(chē)由10只大容積無(wú)縫鋼瓶組成容器組，鋼瓶由瓶體兩端的支撐板固定在框架內(nèi)構(gòu)成集裝管束，每輛氫氣拖車(chē)公稱(chēng)容積為22.5m3，充裝容積為3965Nm3。

2.2氫氣升壓站

氫氣升壓站的主要設(shè)備包括氫氣增壓泵、氫氣匯流排和相關(guān)的管道儀表組成。氫氣升壓站采用低壓氫氣（氫氣長(zhǎng)管拖車(chē)）作為氣源，由6臺(tái)獨(dú)立的增壓泵將低壓氫氣增壓，經(jīng)匯流排對(duì)高壓氫氣瓶進(jìn)行灌裝。待高壓氫氣瓶灌充完畢，廠內(nèi)運(yùn)輸?shù)礁邏簹錃鈨?chǔ)存站，供高壓氫氣用戶(hù)使用。整套裝置采用全自動(dòng)控制系統(tǒng)，控制柜顯示、報(bào)警并就地控制系統(tǒng)停運(yùn)，以保證系統(tǒng)安全。

2.3高壓氫氣瓶

每臺(tái)機(jī)組配有12支高壓氫氣瓶，機(jī)組正常運(yùn)行期間有4支位于高壓氫氣站內(nèi)，另外8支氫氣瓶位于氫氣升壓站內(nèi)備用。高壓氫氣瓶設(shè)計(jì)壓力為 41.4MPa（6000Psig），水容積為37.4L，每支鋼瓶重121Kg。

2.4氫氣泄漏采樣柜

為了防止氫氣泄漏時(shí)氫氣在套管內(nèi)積聚，PGS系統(tǒng)設(shè)有氫氣管線(xiàn)泄漏采樣系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)有氫氣采樣柜，用來(lái)抽取和分析氫氣套管內(nèi)的氫氣含量，當(dāng)氫氣濃度超過(guò)一定值時(shí)，該系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警。

3. 二氧化碳子系統(tǒng)

二氧化碳子系統(tǒng)主要設(shè)備位于氣體廠房?jī)?nèi)，是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)用液化氣儲(chǔ)存系統(tǒng)，包括一個(gè)水平放置的高壓低溫液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)存罐、灌注回路、水浴式汽化器和供氣管網(wǎng)水浴式汽化器將液態(tài)二氧化碳轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，供氣管網(wǎng)壓力由壓力控制閥門(mén)調(diào)節(jié)，供氣壓力為0.69MPa.g。二氧化碳子系統(tǒng)用于發(fā)電機(jī)充氫前的氣體置換。

3.1液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)罐

二氧化子系統(tǒng)采用一個(gè)臥式低溫液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)罐，儲(chǔ)罐采用雙側(cè)設(shè)計(jì)，內(nèi)層和外層之間采用抽真空處理，防止熱量進(jìn)入內(nèi)筒。液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)罐容積為 5.4m3，設(shè)計(jì)壓力為2.41MPa，設(shè)計(jì)溫度-40～93.3℃。

3.2二氧化碳冷凍機(jī)

二氧化碳子系統(tǒng)設(shè)置一臺(tái)冷凍機(jī)對(duì)液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)罐內(nèi)的二氧化碳進(jìn)行降溫降壓。當(dāng)液氮儲(chǔ)罐內(nèi)壓力高于2.3MPa 時(shí)，冷凍機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，當(dāng)壓力降至1.9MPa 時(shí)，冷凍機(jī)自動(dòng)停運(yùn)。

3.3水浴式汽化器

二氧化碳系統(tǒng)采用水浴式汽化器對(duì)液態(tài)二氧化碳進(jìn)行汽化。水浴式汽化器內(nèi)置電加熱器，備用狀態(tài)下當(dāng)水浴式汽化器內(nèi)部的水溫低于10℃時(shí)電加熱器自動(dòng)投運(yùn)，當(dāng)溫度高于20℃時(shí)，電加熱器自動(dòng)停運(yùn);當(dāng)汽化器處于工作狀態(tài)時(shí)，汽化器出口溫度低于46℃時(shí)，電加熱器自動(dòng)投運(yùn);當(dāng)汽化器出口高于60℃時(shí)，電加熱器自動(dòng)停運(yùn);當(dāng)汽化器出口溫度低于30℃時(shí)，PLC將發(fā)出報(bào)警，當(dāng)汽化器出口溫度低于22℃時(shí)，二氧化碳汽化器進(jìn)口閥關(guān)閉。水浴式汽化器的水源來(lái)自生產(chǎn)水系統(tǒng)（IWS），當(dāng)水浴式汽化器內(nèi)水位低于80%，補(bǔ)水閥自動(dòng)開(kāi)啟;當(dāng)液位高于90%時(shí)，補(bǔ)水閥自動(dòng)關(guān)閉。

參考文獻(xiàn)：

[1]顧軍.《AP1000核電廠系統(tǒng)與設(shè)備》.北京：原子能出版社，2010