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重水核电厂氢气纯度分析仪的改造分析
时间:2020-09-15 00:41 点击次数:52

  某重水核电站发电机采用“水-氢-氢”冷却方式对发电机室进行冷却,发电机定子线圈采用水冷却方式,氢气(H 2)对定子铁芯和转子进行冷却,防止发电机内部热应力和局部过热。发电机氢冷系统正常运行时,供氢站通过调压阀向发电机室供氢,经循环冷却水冷却后对发电机定子铁芯和转子进行冷却。氢气被迫通过发电机轴上的叶片在发电机内部循环,并被氢气冷却器消耗掉。当发电机需要长时间停机维修时,发电机中的氢气必须用二氧化碳(CO 2)代替,然后用压缩空气代替二氧化碳。在发电机检修后再次投入运行前,先用二氧化碳置换发电机室内的空气,再用氢气置换发电机室内的二氧化碳。当氢气纯度超过90%时,发电机可以充电升压。

  本地氢气控制面板位于汽轮机厂房87.5米层压空室的门口。在面板上,发电机内有一个气体压力指示器、一个氢气纯度指示器、一个氢气温度计、一个二氧化碳纯度指示器、一个氢气干燥器电加热器控制开关、一个氢气和二氧化碳纯度取样电路及相关仪器。

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  发电机正常运行时,通过采样电路不断从发电机中提取气体,监测氢气纯度,可以随时反映发电机中氢气的纯度。当氢气纯度异常下降时,主控室会有相应的光板报警和CI报警,提示操作人员及时采取纠正措施,避免氢气爆炸事故的发生。

  1氢气控制要求

  根据某重水核电站氢冷系统运行文件要求,当发电机氢冷系统正常运行时,发电机转子风机的转动推动发电机内的氢气循环。当氢气流过定子铁芯和转子时,它带走了发电机加载时产生的热量。氢气流经氢气冷却器时,其热量被循环冷却水带走,发电机的定子铁芯和转子可以被氢气持续冷却。

  为防止发电机外壳内外形成爆炸性混合气体(空气中氢气的体积含量在4.1%-74.2%之间),发电机充氢过程中采用二氧化碳作为中间气体,避免氢气与空气直接接触。此外,在气体置换过程中,必须严格按照程序操作,以防止氢气泄漏到大气中。正常运行时,发电机内氢气纯度保持在98%以上(低90%),氢气纯度可通过在线氢气纯度仪连续监测;当发电机中的氢气纯度降低,氢气纯度计低于98%时,必须由氢气供应站清除发电机。如果发电机氢气纯度不能维持在90%以上且持续下降,则应关闭机组,发电机断开后应更换发电机氢气[1]。

  2变更的必要性分析

  氢冷发电机氢气纯度保持在96% ~ 98%是一个很好的工况。如果发生器内氢气纯度过高(高于98%),氢气消耗量会增加;如果氢气纯度太低(低于95%),发电机的效率会降低;同时,发生器内气体的含氧量会相应增加,混合气体的安全系数会降低,容易与其他气体形成爆炸性混合气体。因此,发电机氢气纯度的在线检测是非常必要的[3]。

  某重水核电厂发电机氢气纯度计采用日本YAMATAKE公司生产的智能气体分析仪,型号为SGA 300-D3E1S-1。目前智能气体分析仪已经停产,无法提供备件技术支持。现场智能气体纯度分析仪电路中的SPC协议通讯器(纯度变送器)有故障,不能更换备件。主控失去氢气纯度监测(AI0336),氢气纯度低于90%时失去氢气纯度低报警(CI2631)。

  目前通过现场分析仪头的显示值和定期人工化学采样分析来监测发电氢气纯度。根据2018年5-7月数据分析仪工作不稳定,出现4次异常读数,一周内数据慢慢上升到103%(正常纯度在99.3%-99.5%之间),需要连续在线校准。目前在线分析仪的传感器单元不能保证可用时间,操作人员缺乏远程监控和报警数据,化学采样和分析工作频繁,增加了氢气泄漏的不安全因素。为了解决气体分析仪无备件的问题,有必要更换发电机氢气纯度仪的回路设备,以保证发电机运行和更换过程中氢气和二氧化碳的纯度能够正常监测,为运行和维护人员提供有效的参考数据。

  3设备改造

  3.1氢气纯度监控系统的原始设计

  更换前氢气纯度监测系统电路的主要设备有:分析仪探头:日本Yamatake公司的SGA300气体分析仪,监测空气或其他气体进入造成的转子冷却气体纯度下降。

  分析仪:作为协议转换器,接收分析仪探头测得的氢气、二氧化碳和空气的纯度为数字信号,输出4ma ~ 20ma的模拟信号。

  报警发射器:提供继电器报警输出信号。指示器、切换继电器和切换手柄:电路中使用两个指示器,1#指示器显示氢气纯度(范围:85% ~ 100%),2#指示器显示二氧化碳纯度(背景气体为氢气)和空气纯度(背景气体为二氧化碳),范围分别为0% ~ 100%。

  变更前,氢气纯度监测系统采样气体回路的主要设备有:空气过滤器、截止阀、流量计和流量调节阀。气体从发电机底部排出。采样气体经过过滤器后,流经分析仪探头和流量计,最终返回发生器内部。流量计回路分为并联的氢气流量计和二氧化碳流量计。氢气流量计在日常运行时投入运行,二氧化碳流量计在气体置换时投入运行。

  3.2变更后的设计

  更换后氢气纯度监控系统电路的主要设备有:

  分析仪探头:霍尼韦尔7866气体分析仪,利用热导传感器测量气体纯度,并将电信号传输到显示仪。利用热导传感器测量气体纯度的基本原理是热导传感器的热线电阻随温度变化。当电流通过热导传感器的热线时,热线被加热。由于载气的热传导,热丝的一部分热量被载气带走,热丝温度降低。在这个动态过程中,热线的电阻值和热线内部的电流发生变化,传感器输出信号。此时,输出电信号与载气的纯度成正比。

  分析仪显示表:作为控制单元,接收来自探头的电信号,显示被测气体百分比和报警信息,输出4mA ~20mA模拟信号和继电器报警输出信号(范围:75% ~ 100%)。

  电源:为分析仪探头和显示仪表供电。气路的设备在更换后不会发生变化,但根据7866型气体分析仪的技术要求,探头采用大气压测量的工作方式,因此必须对气路管道进行改造,使采样气路与发电机放空总管相连,将采样气排到大气中。日氢气排放量计算值为24h×60min×100ml/min = 144000ml = 144 l = 0.144 m3..

  4变更调试问题处理

  4.1氢气流量计堵塞

  更换后的试验过程中(氢气流量计和二氧化碳流量计投入使用时,流量计内浮球卡死,卡在量程上限)。经分析,原因如下:操作人员投入流量计运行时,需要缓慢开启调节阀将氢气流量计调整到满量程,但如果调节阀调整过快,流量计浮球会直接超量程,容易导致卡涩;更换流量计时发现流量计内部有杂质,怀疑是管道改造时杂质进入内部管道。

  根据原因进行优化:执行技术人员的升级操作程序,并向操作人员强调,流量计投入运行时,阀门应缓慢打开,以避免浮子超出范围。维修人员升级操作方案,气源管道改造后,用压缩空气(或CO 2)吹扫,避免异物进入流量计。

  4.2在线表格与人工采样结果不一致

  通过收集变更后的设备运行数据,对比人工化学采样结果,发现测量数据不一致。

  通过使用标准气体(99.99%高纯氢气),对氢气纯度仪和手动取样仪进行了对比验证,并分析了不一致的原因。

  1)手动采样仪器的采样流量设置过低。结合标准气体检定工作,两个流量值下的仪表测量数据应在作业计划中明确记录。在标准气体检定中,采样仪器读数稳定后,仪器在100毫升/分钟和300毫升/分钟时的测量值之差记录为0.63%。

  2)化学采样仪器的采样时间设置得太短。结合标准气体检定,两次采样时的仪器测量数据应明确记录在作业计划中。在标准气体检定工作中,采样仪器读数稳定后,记录仪器在1分钟和5分钟流量下的测量值相差0.2%。

  3)化学采样仪器误差过大。用标准气体验证化学采样仪器的测量精度。在标准气体检定中,采样仪器读数稳定后,化学采样的测量值为99.12%,与标准气体的误差为0.87%。

  4)在线仪表上测量值的漂移。用标准气体验证了仪器在线测量的准确性。在标准气体检定中,采样仪器读数稳定后,在线仪表测量值为97.54%,与标准气体的误差为2.45%,超出仪器允许误差2%,判断仪器测量值有漂移。通过设备校准和调整,最终解决了人工采样仪器与在线仪器之间的数据不一致问题。

  5结束语

  氢气纯度分析仪的长期运行会导致老化、停机和缺陷率增加等问题。通过对氢气纯度分析仪的升级改造,分析了改造调试中存在的问题,提出了优化方案,并对氢气纯度分析仪与化学手动采样结果不一致的原因进行了分析和验证。变更设计思路和调试经验希望能为其他类似电厂的变更提供技术参考。

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