核电厂VNA系统碘回路电加热器运行与控制的优化方案

郑仕建，胡 靖

(中国核电工程有限公司华东分公司,浙江 嘉兴 31400)

0 引言

随着现代工业发展步伐的加快和人们生活质量的不断提高，电加热器的应用已渗透到国民经济众多领域和人们生活的方方面面电加热器的广泛应用，既给人们带来实实在在的方便,又促进了国民经济高速健康发展，但在应用中，人们最大期望是安全[1]。

在电站正常运行时，为保持核辅助厂房和电气厂房高温区的内部温度在设备正常运行、人员健康及安全所规定的范围之内，需要启动电加热器对进入核辅助厂房的空气进行加热[2]。电加热器在核电厂的应用非常广泛、数量大，当发现加热器损坏时，仅仅用更换加热元件的方式进行处理，无法从根本上解决问题，需要找到根本原因，从而采取更加有针对性的方案进行处理[3]。

1 碘回路电加热器运行与控制问题概述

华龙一号核辅助厂房通风系统碘回路电加热器在运行过程中，因检修工作需要，技术人员打开了通风小室N758房间密闭门，进入房间工作，同时为防止负压伤害，在工作过程中保持该密闭门完全开启，该回路的碘排风机始终保持运行，并通过开启的密闭门吸风，将上游的电热器旁通，造成电加热器断流，但是，上述异常运行工况意外的满足了电加热器保持运行的所有条件，导致电加热器未能第一时间停运，对其周围的空气继续加热，直至空气温度高信号触发连锁电加热器停运，电加热停运后，其余热继续对周围的高温空气加热，周围设备、管道油漆被烤糊，高温空气、浓烟引发了较大范围的火灾报警信号，运行部门消防二级干预队紧急响应处置。该事情发生后，引起了监管部门的高度关注。

电加热器温度的控制是过程控制的一个重点,其特点包括大时滞、非线性、难以建立精确数学模型等[4]。

为了更为直观的对该案例进行剖析，绘制了核辅助厂房通风系统碘回路工艺流程简图，详见图1所示[5]。

图1 核辅助厂房通风系统碘回路工艺流程简图

核辅助厂房通风系统碘回路由两个具备完全碘排风能力的独立系列回路组成，每个系列由阀门、管道、仪表、过滤器、碘吸附器、电加热器、风机等组成，碘回路的空气经过核空气净化处理后最终通过烟囱排往大气。

应用于核电厂通风系统中的碘吸附器,主要用于捕集通风系统空气中的碘及其有机化合物,减少排风的放射性水平。碘吸附器的吸附率受温度和相对湿度影响明显,相对湿度太大或者温度过高都会导致吸附效率下降[6]。

核辅助厂房通风系统碘回路设备清单详见表1所示。电加热器控制逻辑图详见图2所示。

图2 电加热器控制逻辑图

表1 碘回路设备清单

根据逻辑图所示，当碘回路与电加热器对应的风机运行、碘回路空气湿度高、碘回路空气温度不高三个条件同时满足时，电加热器启动并保持运行，当上述三个条件有任何一个不满足时，电加热器停运。

当N758房间密闭门打开后，运行风机通过房间直接吸风，风机可以正常运行，但是造成了103电加热器事实上的断流，但是，在断流后的一个短时间内，电加热器保持运行的三个条件仍然同时满足，电加热器运行干烧。当空气温度升高，达到117温度开关的阈值后，电加热器的连续运行的三个条件不再同时满足，电加热器保护停运。

2 原因分析

本案例发生的原因，可以归纳为如下两个方面：

(1)电加热器控制逻辑设计不够完善。原控制逻辑对电加热器的保护已属严密，通风、温度、湿度任一不满足，电加热器都无法启动或运行。但是，现场情况的复杂性和随机性超出了设计初衷。N758房间有检修工作，进入通风小室开展工作，为保护工作人员不受负压伤害，保持通风小室的门处于开启状态，都是合理的，正当的，但是，这一异常运行状态超出了设计预期，直接导致了问题的发生；

(2)对通风小室的特殊性认识有待提升。通风小室是土建风道，既是建筑物，也是通风系统的管道。通风小室的密闭门既是门，也是通风系统风管上的特殊隔离阀。N758通风小室的门开启过于随意，相当于持检修票就进入了核辅助厂房通风系统内部工作，而且未隔离系统中的转动设备，虽然为了人员不受伤害，采取临时技防措施，保持了通风小室门开启，但是，最终的结果是顾此失彼，造成了设备严重受损的后果。

3 优化方案及效果分析

根据对本案例发生的原因分析，提出针对性的优化方案。优化方案主要由两部分组成，第一部分完善电加热器的控制逻辑，在电加热器的上游增加一个流量开关，用于检测电加热器空气流量，当空气流量低于流量开关的阈值时，触发电加热器停运信号，保护电加热器停运，这里需要强调的是，参与电加热器控制逻辑的空气流量开关应该设置于电加热器上游合适位置，不应设置于电加热器的下游；第二部分，对电加热器所在通风回路的通风小室运行管理进行优化，主要体现在两方面：第一方面，通风小室上锁，在密闭门醒目位置张贴通风小室密闭门的开启流程及风险告知牌；第二方面，通风小室的密闭门采取特殊的物项编码，具体编码形式为门编码+系统阀门编码，既把通风小室的密闭门作为建筑物的门也把其视为系统阀门来进行物项管理。在设备管理系统中，上述编码作为通风小室密闭门的唯一编码，无论是搜索密闭门的位号还是通风系统阀门位号，显示的都是该编码。打开密闭门进入通风小室工作等同于开启系统边界，进入系统内部工作，应该按照相应的流程办理工作许可证，同时，应该备注特殊的风险提示：如不停运设备进入工作，有负压伤害风险和设备损坏风险。

优化后的核辅助厂房通风系统碘回路工艺流程简图详见图3所示，优化后的电加热器的控制逻辑图详见图4所示。优化后增加物项清单详见表2所示。

表2 优化后碘回路增加的设备清单

图3 优化后核辅助厂房通风系统碘回路工艺流程简图

图4 优化后电加热器控制逻辑图

4 结论

本文通过对核辅助通风系统碘回路电加热器运行过程中一起真实案例的剖析，给出了核电厂通风系统电加热器控制逻辑和运行管理优化方案，该方案主要内容如下：

(1)与电加热器对应的风机的运行状态，不宜作为空气是否断流的唯一判断依据，应在电加热器上游，特别强调是电加热器的上游，增加空气流量开关，通过空气流量开关和风机运行状态来共同判断空气是否断流，参与电加热器的逻辑控制。

(2)通风小室是土建风道，是通风系统的组成部分，通风小室的密闭门是通风系统的边界，通风小室和其密闭门应该作为通风系统的物项而不是单纯的土建物项来进行管理。通风小室的密闭门其编码宜采用特殊的门编码+通风系统阀门编码的特殊方式进行编码，而且该编码应该作为通风小室密闭门的唯一编码。打开通风小室的密闭门，进入通风小 室内部工作应该持有相应的工作许可证。日常运行时，通风小室应上锁并增加开票流程和风险告知。

该方案实施后，经过长时间连续运行验证，核辅助厂房通风系统运行正常，碘回路电加热器运行正常。