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摘要：本文通过解决采购部门提出的安全级防爆型电加热器无法采购到的问题，查找设计源头，通过对比论证，总结浓硼管道和氢气阀门站布置设计经验，为后续项目设计提供参考。
关键词：核电厂；浓硼管道；氢气阀门站；布置设计
1.引言
核电厂配置有浓硼系统，硼酸溶液的浓度大约为4%（7000mg/kg），用于控制反应堆的反应性。硼酸溶液的溶解的随温度变化很大，温度降低，其溶解度迅速降低。4%浓度的硼酸溶液，将在温度低于20℃时产生结晶。因此，传输硼酸溶液的浓硼管道，常采用电伴热或者保证房间温度的方式，来防止硼酸结晶。
此外，核电厂也配置有氢气系统，主要功能是为一回路加氢，以维持一回路的水化学特性。而氢气是易燃易爆的活性气体，在设计时需考虑防爆要求。
针对浓硼管道和氢气管道各自的设计特点，在核电厂这两个系统的管道布置在相同区域，则会导致很多问题。以某三代核电站为例，采购部门就反馈，氢气管道所布置区域的防爆型电加热器是具有安全功能等级，具有安全功能等级的防爆型电加热器，无成熟供应商供货的问题，市面上也无相应标准技术。
因此，针对于采购部门提出的问题，设计专业追根溯源，和CPR1000和EPR参考项目对比分析，查找出了设计问题，并进行设计经验总结。
2.布置设计分析
2.1 设计问题
《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB 50019-2015）中6.9.15节明确，直接布置在爆炸危险性区域内的供暖、通风与空调设备均应采用防爆型设备。[1]氢气阀门间存在氢气泄露的风险，属于爆炸危险性区域，布置在此区域的供暖、通风与空调设备（包括电加热器）需采用防爆型设备。
对于浓硼管道防止硼结晶的方式，主要采用电伴热和暖通保障房间室温（电加热器）两种方式。而电伴热无安全等级的设备，只能是非安全级，电加热器可具有安全等级属性。
根据硼酸系统的设计说明，硼酸系统需具备核安全功能，属于安全2级的功能等级。根据《核电厂设计总的安全原则》HAD 102/01要求，安全2级的硼酸系统管道，也应采用相应安全功能等级的支持系统。[2]因此，安全2级功能等级的浓硼管道，只能采用安全2级的电加热，来防止浓硼在管道内结晶。
分析浓硼管道和氢气阀门间的布置情况，某三代核电站，是将浓硼管道和氢气阀门站布置在同一个区域房间，由于浓硼管道需采用暖通保障房间室温（安全级电加热器）来防止硼结晶，因此，安全级电加热器，也布置在此区域房间。另外，氢气阀门间属于爆炸危险性区域，因此安全级电加热器布置在此区域，需设置成防爆型，进而导致采购部门提出的采购问题。
2.2布置设计对比分析
针对于采购部门提出的采购问题，设计专业进行溯源分析与比对，结果如下：
1)与CPR1000项目对比，CPR1000项目也在同一房间，同时布置了氢气阀门间和浓硼管道。但是此项目的浓硼管道采用的是电伴热方式来防止硼结晶，而非电加热器，且电伴热为非安全等级。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆另外，氢气阀门是通过通风防护罩罩住，以使泄露的氢气及时排除，避免泄露至房间内，降低了氢气爆炸风险。
2)针对于CPR1000项目浓硼管道防止硼结晶，采用的是非安全级电伴热，而非采用暖通保证房间室温的方式。分析结果表明，CPR1000安全分级原则是依据RCC-P制定，基于确定论方法，RCC-P直接给出了安全相关的系统或设备，不属于这些范围内的都属非安全等级，严格按照安全分级原则，电伴热并不在所列出的系统，因此为非安全等级。
3)与EPR项目对比，EPR项目的浓硼管道与氢气阀门间未布置在同一区域房间，且EPR在浓硼管道所经过的房间，基本均采用电加热器保证房间温度。但是局部横穿走廊和房间拐角的浓硼管道，未采用电加热器来防止硼结晶，也无电伴热。由于EPR项目的安全分级原则，是基于功能对实现安全目标的重要程度来进行分级的，因此防止RBS浓硼管道硼结晶的方式，也与本文所论述的某三代核电站的设计一致，均是采用安全级电加热器来保证房间温度，防止硼结晶。经过上述分析和比对，针对于采购部门提出的问题，设计专业提出以下修改方案：
修改浓硼管道布置走向，使浓硼管道避开氢气阀门布置在同一房间，因此，其防止硼结晶的电加热器即可采用非防爆型安全级电加热器，且使浓硼管道从氢气阀门房间穿过，穿过距离很短（约1m），然后穿出。局部穿过氢气阀门间的浓硼管道，参考EPR项目不设置电伴热和电加热器，可采用保温岩棉包裹此局部管道，以防止硼结晶。
3.经验总结
针对于此设计问题，安全级电加热器修改为非防爆型的，解决了采购部门提出的问题；此外浓硼管道穿越的房间数也减少了一个，从而减少了2台电加热器及其配套设备，节省了工程成本。
通过此处问题的解决，为后续项目提供了以下设计经验：
1.氢气阀门间存在氢气泄露的风险，属于爆炸危险性区域，布置在此区域的电气设备一般均需要采用防爆型设备。在初期布置方案设计时，应尽可能的避免电气设备布置在此区域。
2.浓硼管道，属于安全2级具有安全功能的管道，仅能通过安全级电加热器来保证房间温度，避免硼结晶。在初期浓硼管道布置方案设计时，应尽可能的使管道短直简洁，使管道穿越房间尽可能的少，从而可以减少电加热器设备的设置，节省成本。
3.浓硼管道，应避免与氢气阀门间布置在同一房间，否则，会导致防爆型电加热器具有安全等级，市面上不具备相应标准技术，采购不到。
4.改进建议
1)加强专业间联系，加强与总体技术和暖通专业的沟通与交流。了解防爆型暖通设备和氢气阀门间的设计特点，融合贯通各专业的限制和要求，形成最优方案。
2)加大提高专业技术人员综合知识的掌控能力，专业与专业之间，要多做融合交流，相互了解，不能单纯机械化的做设计，要统合各专业内容，形成设计最优化。
3)加强板块间沟通，主动了解采购部门所具备的采购知识和经验，并进行经验交流，以使设计、采购最优，节省工程成本。
4)本文所论述的浓硼管道和氢气阀门站布置设计经验，可推广至其他各个项目参考，避免此类问题重复发生。
参考文献：
[1]GB 50019-2015《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》
[2] HAD 102/01《核电厂设计总的安全原则》
论文作者:刘长永
论文发表刊物:《河南电力》2018年9期
论文发表时间:2018/10/22
标签：氢气论文; 管道论文; 阀门论文; 电加热器论文; 房间论文; 结晶论文; 硼酸论文; 《河南电力》2018年9期论文;