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压缩空气系统的介绍

压缩空气是电站运行必备的，它给大量阀门提供动力源，包括通断阀、调节阀。

压缩空气生产系统包括主要气源和应急气源。主要气源由位于空气压缩机房内的主压缩机(三台)生产，两机组共用；正常运行期间，三台主压缩机中的一台或两台运行，其生产的压缩空气额定压力为0.76~0.9MPa g，供给仪表用压缩空气分配系统(SAR)和公用压缩空气分配系统(SAT)。应急气源，由位于电气厂房内的应急压缩机(两台)生产，只用于本机组的仪表用压缩空气分配系统(SAR)；当主要气源供应压力不足时，一台或两台应急压缩机自动启动，作为对主要气源的备用。

仪表用压缩空气分配系统管网压力维持在0.8~0.9MPa g。该管网中设有若干贮气罐(其人口管道上配有止回阀)，以对其相关用气设备在失去管网供气时进行后备供气。其中一些给安全级系统设备供气的设备是安全级的，例如给大气排放阀门后备供气的贮气罐是安全3级，其贮气量能保证后备时间大于10小时。

根据管网组成结构和重要性分四个区域:SAR m供气区、SARn安全壳内应急供气区、SAR n安全壳内非应急供气区、SAR n安全壳外供气区。本文便是按这四个区域按系统分析失去SAR的后果。

失去压缩空气对气动装置的影响

失去供给全部用户或部分用户的压缩空气可能是由SAP或SAR故障引起的，如压缩空气生产缺陷、供气管道阻塞、泄漏或破裂、阀门误操作等。

压缩空气的用户有气动阀、充气门、气闸门、气泡液位计、取样管线吹扫和水箱吹扫等。由于气闸门、吹扫等用户都是一些临时性操作，即使发生失去压缩空气，对这些用户的影响也是非紧急的，因此，本文重点阐述与反应堆机组运行和安全密切相关的气动阀的影响。

气动阀分为气动通断阀、气动调节阀。通常，气动阀是通过其内部的调校好的弹簧(作用力为0.4MPa g)和压缩空气各自在膜片上的相互作用来实现动作的。

通断气动阀:当失去压缩空气(空气压力小于0.4MPa g)时，在阀门内部弹簧的作用下，气动阀退到它们的故障安全位置。气动阀的*终安全位置与其安全功能的要求相一致，比如，失气时安全壳隔离气动阀关闭，以保证第三道屏障的完整性。

气动调节阀:或者直接服从其定位器的命令，即退到安全位置；或者设有失气故障保持位置，失气时阀门仍然卡在原位，而一段时间后退到*终安全位置，该时间取决于阀门供气回路的密封性，可以是几个小时。

失去压缩空气管网分析

失去SAR m供气区

1)初始事件

SAR m供气区管道破裂使压缩空气压力下降，影响整个供气网络SAR m和SAR n。对于汽轮机厂房供气管网，有两个总贮气罐后备供气。尽管其他主压缩机自动启动和应急压缩机启动，但由于向常规岛供气管道上的背压调节阀摆动，SAP系统压力维持在0.58 MPa g左右。为了保持SAR管网其他部分(即SAR n )，通过就地关闭手动隔离阀而隔离SAR m供气区。

2)诊断

如果SAP系统压力维持在0.58 MPa g左右，背压调节阀摆动，则故障位于SAR m供气区。

3)失气的后果

SAR m供气区分两部分用户:常规岛部分和BOP部分。由于BOP部分用户为热机修车间、厂区实验室、制氯站等厂房，因此失去SARm供气区时该部分不影响反应堆机组运行。以下分析了对常规岛部分的主要影响。

对NSSS功能的影响

蒸汽发生器正常给水系统:启动给水隔离阀关闭。主给水主调节阀和旁路调节阀关闭。在电站所有正常运行工况下(包括启动和停堆)，向蒸汽发生器的正常供水丧失。

蒸汽发生器辅助给水系统:除氧器停闭，辅助给水箱不能由除氧器供水，必要情况下应通过其他方式再供水。

蒸汽凝汽器排放子系统(GCTc ):其专用贮气罐消耗完后，蒸汽凝汽器排放阀退到故障安全位置“关闭”，蒸汽凝汽器排放子系统不可用。

失去SAR n安全壳内应急供气区

1)初始事件

SAR n安全壳内应急供气区管道的破裂或泄漏，引起压缩空气压力下降，进而影响整个安全壳内SAR管网(应急供气区、非应急供气区)。此时，泄漏一定程度上可以由自动启动一台主压缩机甚至应急压缩机而抵消。因此安全壳外压缩空气管网不受影响，SAR n安全壳内非应急供气区的用户仍然可运行。只有当诉诸于一些就地操作而NSSS达到稳定状态时，安全壳进气管线隔离阀才被关闭，以避免安全壳内大气升压。还有，SAR n完全壳内非应急供气区管道破裂的压力缓慢下降，或者失去压缩空气生产而没有手段缓解，长期也会导致失去SAR n安全壳内应急供气区(其后备时间大约为24小时的应急贮气罐消耗完了之后)。

2)诊断

主控室中“SAR003BA贮气罐压力低”报警表明SAR n安全壳内应急供气区有故障，可以由化学和容积控制系统(RCV)一些阀门的位置状态进行确认。如果这些阀门至少一个无故切换位置，则该供气区不可用。

3)失气的主要后果

化学和容积控制系统下泄管线阀门、辅助喷淋阀门和RRA-RCV管线阀门受影响。本供气区丧失也影响SAR n安全壳内非应急供气区。

对NSSS功能的影响

RCV下泄管线上的阀门关闭，下泄管线不可用。下泄管线隔离确认后，上充管线也隔离，以避免稳压器水位过剩上升。稳压器辅助喷淋阀关闭，辅助喷淋不可用。RRA-RCV接管上的调节阀打开，隔离阀关闭；RRA接人时，一回路通过RRA系统的下泄和净化功能不可用。

失去SAR n安全壳内非应急供气区

1)初始事件

故障由SAR n安全壳内非应急供气区管道的破裂或泄漏引起。SAR n安全壳内应急供气区不受该故障影响，因为应急贮气罐能延续给该区用户供气大约24小时。安全壳内进气管上的一个大小头限制了向安全壳内的空气流量，因此安全壳外供气网络不受影响。但是应关闭安全壳进气管线隔离阀而隔离泄漏，避免安全壳内大气升压。

2)诊断

诊断的确认不是直接的，而是要进行下列各检查:如果出现安全壳压差高报警，或进入安全壳内的SAR流量大于45m3 ( STP )/h(通常流量为大约12m3(STP)/h)，则故障发生在安全壳内。进而，如果没有发生至少一个应急供气阀门的误关闭，则SAR n安全壳内非应急供气区发生故障。

3)失气的主要后果

对NSSS功能的影响

反应堆冷却剂系统:喷淋阀退到故障安全位置“关闭”，稳压器主喷淋丧失，只保持连续喷淋(主喷淋阀门位于下档块位置)。尽管如此，稳压器辅助喷淋阀(SAR n安全壳内应急供气区用户)能在24小时内由应急贮气罐应急供气，即辅助喷淋24小时内可用，可作为主喷淋的备用。另外，主泵密封水泄漏返回保持。

化学和容积控制系统:尽管去疏水或上充泵人口三通阀退到故障安全位置“去RCV”，但是过剩下泄隔离阀和调节阀都退到故障安全位置“关闭”，因此过剩下泄丧失，失去了下泄的一种替补手段。

余热排出系统:热交换器流量调节阀和旁路流量调节阀在%小时内保持当前位置。旁路调节阀*后退到*终安全位置“关闭”，热交换器流量调节阀*后退到*终安全位置“开启”。因此，由于RRA流量的不可控制，余热排出系统不能确保加热和排热的温度速率。

核取样系统:主回路取样阀消耗完其非安全级贮气罐后退到故障安全位置“关闭”，因此主回路的硼浓度自动监测不可用。稳压器汽相、液相的取样也丧失。余热系统启动前所需的RRA硼浓度监测取样丧失。

失去SARn安全壳外供气区或失去SAP系统

1)初始事件

送往核岛(或SAP干燥器下游)的供气总管的任何破裂都会导致SAR全部丧失。对于失去压缩空气生产，尽管由于单一故障很不可能发生，不过其处理方法类似。SAR整个网络都受该丧失影响。一些由贮气罐应急供气的区域初始不受气压缓慢下降的影响，其设备用户的操作受保证，直到贮气罐被消耗完。这些区域是:

SAP网络:位于压力传感器下游的空气罐对压缩空气系统全部丧失后的SAR气压下降起缓解作用。

SAR m:有两个总贮气罐，用于汽轮机厂房供气网络；蒸汽凝汽器排放阀贮气罐。

SAR n安全壳内应急供气区:其应急贮气罐确保24小时的自供应。

SAR n安全壳内非应急供气区:主回路取样阀各自的贮气罐，确保自供应。

SAR n安全壳外供气区:一个非安全级的贮气罐，能向化容、安注、安喷等系统的气动阀和燃料厂房设备供气。SAR016BA贮气罐向大气排放阀应急供气，自供气时间大于10小时(另外，每个大气排放阀还有自己的6小时后备时间的贮气罐)。该子区域还能由相邻机组SAR通过软管后备供气，等等。

2)诊断

当SAP网络气压下降低于0.58MPa g时，触发“空气压力低低’服警。一般地，该报警发生之前，其他SAP报警已经导致SAT网络的隔离和所有压空生产手段的逐步启动。无论一回路初始状态是RRA接人还是RRA隔离，引导进人状态导向规程(SOP)的征兆都是一样的。

3)失气的主要后果

对NSSS功能的影响

化学和容积控制系统:下泄管线安全壳外隔离阀关闭，下泄功能丧失。低压下泄调节阀全开，在一回路水实体工况下RCP压力调节功能丧失。上充流量调节阀和密封水注人调节阀都全开，这样会引起稳压器水位上升。常开的上充泵吸人口排气管线隔离阀关闭，因此气体会在上充泵吸人口积累，影响上充泵性能。容控箱上游阀门关闭，容控箱从REA的正常补给丧失。

反应堆硼和水补给系统:RCV除盐水补给被隔离。正常硼化不可用。作为替补，可以通过开启电动隔离阀使用直接硼化，或通过就地开启手动阀使用应急硼化。

核取样系统:失去SAR时，本供气区供气的核取样系统所有气动阀关闭。一回路硼浓度的自动监测不可用。化容系统下泄水净化上下游的取样和蒸汽发生器排污取样丧失。

蒸汽发生器辅助给水系统:由于辅助给水电动泵和辅助给水汽动泵对应的调节阀都全开，辅助给水流量不可控制，并提高到*大流量，这将导致蒸汽发生器的高水位，可能会导致蒸汽发生器的过冷。辅助给水箱正常供水丧失，必要情况下可以就地操作该阀门。汽动泵汽轮机蒸汽人口阀开启，这将引起汽动泵启动，或者说不会导致辅助给水的丧失，也即辅助给水功能不受影响。

蒸汽发生器排污系统:蒸汽发生器排污管线由于隔离阀的关闭而隔离。

蒸汽大气排放子系统(GCTa):每个大气排放阀都设置有一个贮气罐，各个贮气罐都能在失去SAR情况下维持阀门6小时的操作。在这段时间(以及SAR016BA的后备时间)，机组能够通过蒸汽大气排放子系统冷却而往退防状态后撤。后备时间*后，气压不足时，大气排放阀退到故障安全位置关闭。

主蒸汽系统:失去压缩空气时，主蒸汽隔离阀保持开启至少8小时，该延时取决于主蒸汽隔离阀油压系统的密封性。正常开启的辅助给水汽动泵供汽隔离阀退到故障安全位置开启。正常关闭的主蒸汽隔离阀上游的疏水阀失气时关闭；在蒸汽暖管或热停堆工况，这将导致失去所需的疏水。常闭的主蒸汽隔离阀旁路隔离阀阀和调节阀失气时关闭，在电站启动期间，主蒸汽上下游的压力平衡和下游管线的蒸汽暖管都失去。

对支持功能的影响

设备冷却水系统:波动箱补水流量调节阀全开，波动箱补水不可控制。核岛冷冻水机组冷却丧失。下泄热交换器冷侧流量调节阀在几个小时内保持原位，如果继续失去压缩空气，该阀门逐渐关闭，引起下泄因高温而自动隔离。安全壳喷淋热交换器设冷水侧出口隔离阀失气时开启；机组正常运行工况下，这将影响设备冷却水管网的设备冷却水流量分配。

重要厂用水系统:贝类捕集器冲洗阀关闭，会引起贝类捕集器堵塞的风险，影响厂用水流量和热容量，进而影响设备冷却水系统的冷却效率。大气排放子系统)等系统保持可用，可以将反应堆带到热停堆状态，并作为退防状态维持。

另外，对于SAR系统，由于核岛SAR有一些贮气罐的后备供气，因此可以延迟见机关闭汽轮机厂房供气手动隔离阀而隔离SAR m供气区，这样可以延迟主给水阀门关闭，进一步减缓触发紧急停堆的可能。

运行策略

在前面，本文描述了在不同供气区域内发生失去压缩空气的诊断方法，并分层次分析出受失气影响的系统和设备。接下来，就是根据压缩空气系统故障下反应堆机组的运行状态，确定事故运行策略，也就是设计事故规程。限于篇幅，本文仅以失去SARm供气区为例。

对于失去SAR m供气区，其*重要的影响是:主给水调节阀关闭带来的主给水丧失、蒸汽凝汽器排放子系统不可用。假设反应堆机组处于功率运行，主给水的丧失会引起反应堆紧急停堆(由“蒸汽发生器水位低同时给水礁汽流量不匹配”触发)。因此为了尽量避免紧急停堆，应快速降负荷或者汽机跳闸(由于蒸汽凝汽器排放阀由SAR m总贮气罐和蒸汽凝汽器排放阀专用贮气罐的后备供气，蒸汽凝汽器排放子系统此时还可用，不会触发“汽机跳闸同时GCTc不可用紧急停堆信号)。同时由于隔离了故障供气区SAR m，核岛SAR继续可用，化学和容积控制系统、辅助给水系统、蒸汽大气排放子系统(此时蒸汽凝汽器排放子系统还可用，可不必使用蒸汽。

结束语

通过上述分析，将反应堆机组在发生各种SAR故障时受影响的重要系统的主要运行状态明确了，为制定各故障相应的运行策略以及设计SOP规程EFS SAR/SAP提供了有效、全面的基础。文中还以失去SAR m供气区为例，阐述了如何确定事故运行策略。在国内核电站全面自主化设计的形势下，对各事故和故障进行分析，进而确定相应的运行策略，是我国核电站事故规程领域自主设计的重要组成内容。希望本文能对新核电项目的事故规程开发有一定借鉴意义。