淺析核電站附屬/輔助廠房非放射性通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行、調(diào)試

摘 要：介紹了三代核電廠的附屬輔助廠房非放射性通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)備布置與功能，總結(jié)了該系統(tǒng)的常規(guī)和應(yīng)急響應(yīng)的運(yùn)行方式，以及調(diào)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題，分析了產(chǎn)生的原因。

關(guān)鍵詞：核電廠；核島；通風(fēng)；自動(dòng)控制；調(diào)試

在采用第三代壓水堆核電技術(shù)的AP1000核電站中，輔助廠房主要功能是為安全殼廠房外抗震I類的機(jī)械和電氣設(shè)備提供保護(hù)和分隔，附屬?gòu)S房包括附屬?gòu)S房?jī)?nèi)的非放射性人員工作和設(shè)備區(qū)、核島中壓開(kāi)關(guān)間、除鹽水脫氧室以及輔助柴油機(jī)間等。附屬/輔助廠房非放射性通風(fēng)系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱VXS系統(tǒng)）專門(mén)設(shè)計(jì)為以上兩個(gè)廠房相應(yīng)區(qū)域提供通風(fēng)、制冷、供熱功能以維持適于人員進(jìn)入、設(shè)備存放及設(shè)備正常運(yùn)行的環(huán)境條件。

1 系統(tǒng)組成及設(shè)備布置

VXS系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，采取了按功能需求，分區(qū)域布置方式，分為了六個(gè)子系統(tǒng)以滿足不同區(qū)域的設(shè)計(jì)要求：

1.1 公共區(qū)域HVAC子系統(tǒng)

公共區(qū)域HVAC子系統(tǒng)用于附屬?gòu)S房?jī)?nèi)的人員工作區(qū)域，維持溫度23-26℃，最低35%的相對(duì)濕度。該系統(tǒng)包括兩個(gè)50%容量的送風(fēng)處理機(jī)組（每個(gè)機(jī)組流量為6726m3/h）。

1.2 開(kāi)關(guān)室HVAC子系統(tǒng)

開(kāi)關(guān)室HVAC子系統(tǒng)服務(wù)于核島中壓開(kāi)關(guān)室，該房間內(nèi)布置有核島內(nèi)所有10.5kV，400V的設(shè)備交流電源開(kāi)關(guān)柜。該系統(tǒng)包括2個(gè)100%容量的空氣處理機(jī)組（每個(gè)機(jī)組流量為43980m3/h）實(shí)現(xiàn)冗余，以保證對(duì)關(guān)鍵負(fù)荷的連續(xù)正常通風(fēng)。

1.3 設(shè)備間HVAC子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)用戶包括非1E級(jí)蓄電池室及充電器室，停堆斷路器室和非1E級(jí)貫穿件間，安全區(qū)辦公室和報(bào)警中心等。系統(tǒng)包括2個(gè)100%容量空氣處理機(jī)組（每個(gè)機(jī)組流量為52680m3/h）。非1E級(jí)蓄電池室裝有獨(dú)立的排風(fēng)系統(tǒng)，防止室內(nèi)氫氣聚集，保證氫氣體積濃度在2%以下。

1.4 主蒸汽隔離閥閥門(mén)間HVAC子系統(tǒng)

主蒸汽隔離閥閥門(mén)間HVAC子系統(tǒng)服務(wù)的房間包括位于安全殼和汽機(jī)廠房之間的主蒸汽和主給水管道。該子系統(tǒng)包括兩套100%容量空氣處理機(jī)組，每個(gè)機(jī)組流量為10782m3/h。

1.5 機(jī)械設(shè)備區(qū)域HVAC子系統(tǒng)

機(jī)械設(shè)備區(qū)域HVAC子系統(tǒng)服務(wù)于輔助柴油發(fā)電機(jī)室、除鹽水除氧間、硼酸制備間、南側(cè)空氣處理設(shè)備間。該子系統(tǒng)包括兩個(gè)50%容量的空氣處理機(jī)組（每個(gè)機(jī)組流量為8328m3/h）。輔助發(fā)電機(jī)室和硼酸制備間由于會(huì)產(chǎn)生易燃、腐蝕氣體，由獨(dú)立排風(fēng)機(jī)將空氣排出。

1.6 閥門(mén)/管道貫穿件間HVAC子系統(tǒng)

該系統(tǒng)包括兩個(gè)100%容量疊放布置的空氣處理機(jī)組（每個(gè)機(jī)組流量為3390m3/h），服務(wù)于輔助廠房的100英尺標(biāo)高的閥門(mén)/管道貫穿件房間。

2 空氣處理機(jī)組的運(yùn)行方式及自動(dòng)控制特點(diǎn)

VXS系統(tǒng)的空氣處理機(jī)組數(shù)量龐大，但其自動(dòng)控制邏輯基本一致，現(xiàn)以其中較為復(fù)雜的設(shè)備間HVAC子系統(tǒng)為例來(lái)做如下論述：

每臺(tái)空氣處理機(jī)組包含3個(gè)電動(dòng)風(fēng)閥，排風(fēng)調(diào)節(jié)風(fēng)閥D035，用于調(diào)節(jié)排到室外環(huán)境的風(fēng)量；混風(fēng)調(diào)節(jié)風(fēng)閥D036控制流經(jīng)AHU的室外空氣與循環(huán)空氣的混合比例；室外新風(fēng)調(diào)節(jié)風(fēng)閥D037用于調(diào)節(jié)新風(fēng)風(fēng)量。聯(lián)合調(diào)節(jié)時(shí)，風(fēng)閥D035和D037同步開(kāi)啟或者關(guān)閉，使通過(guò)這兩個(gè)風(fēng)閥的空氣流量大約相同，而D036則與以上兩風(fēng)閥反向調(diào)節(jié)。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，這些風(fēng)閥可以接收PLS的室外溫度信號(hào)和風(fēng)機(jī)出口溫度信號(hào)用于調(diào)節(jié)風(fēng)閥的位置，以保證AHU的出口溫度維持在要求范圍內(nèi)。其控制邏輯如下：

（1）當(dāng)室外溫度小于15.6℃，風(fēng)機(jī)出口溫度在11.1～13.8℃時(shí)，風(fēng)閥D035、D037會(huì)根據(jù)遠(yuǎn)控PLS指令在0～100%范圍內(nèi)線性調(diào)節(jié)，D036則反向線性調(diào)節(jié)，以維持風(fēng)機(jī)出口溫度穩(wěn)定，此時(shí)冷凍水供水閥關(guān)閉，靠外部新風(fēng)進(jìn)行冷卻；當(dāng)出口溫度繼續(xù)升高大于13.8℃時(shí)，表明新風(fēng)調(diào)節(jié)風(fēng)閥D037全開(kāi)仍無(wú)法維持風(fēng)機(jī)正常出口溫度，冷凍水供水閥會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟，根據(jù)出口溫度線性調(diào)節(jié)開(kāi)度大小；當(dāng)出口溫度高于18.3℃，主控室收到高溫報(bào)警提醒操縱員設(shè)備故障。而當(dāng)出口溫度低于11.1℃，排風(fēng)風(fēng)閥D035、新風(fēng)風(fēng)閥D037會(huì)維持2%開(kāi)度，混風(fēng)風(fēng)閥D036維持98%開(kāi)度；繼續(xù)降低至8.9℃時(shí)，主控室收到低溫報(bào)警，并在低于6.1℃ 120秒后自動(dòng)停運(yùn)空氣處理機(jī)組。（2）當(dāng)室外溫度高于15.6℃，此時(shí)靠新風(fēng)不僅無(wú)法有效降低出風(fēng)溫度，而且會(huì)增加提供冷凍水的制冷機(jī)能耗。因此PLS遠(yuǎn)控信號(hào)會(huì)強(qiáng)制D035、D037維持2%開(kāi)度以提供必要的最小新風(fēng)流量，D036維持98%開(kāi)度，出口溫度由冷凍水供水閥調(diào)節(jié)。（3）應(yīng)急響應(yīng)：VXS系統(tǒng)送風(fēng)風(fēng)管安裝有煙感探測(cè)器，當(dāng)檢測(cè)到煙塵水平高時(shí)，PLS會(huì)自動(dòng)停運(yùn)相應(yīng)風(fēng)機(jī)并閉鎖備用空氣處理機(jī)組的自動(dòng)啟動(dòng)。當(dāng)發(fā)生失去正常交流電源（LOOP），此時(shí)冷凍水不可用，為盡量維持環(huán)境溫度，備用電源帶載VXS系統(tǒng)后，操縱員可根據(jù)需要手動(dòng)開(kāi)啟“一次通過(guò)”模式，強(qiáng)制D035、D037維持2%開(kāi)度，D036維持98%開(kāi)度為用戶房間通風(fēng)換氣。

3 調(diào)試發(fā)現(xiàn)的常見(jiàn)問(wèn)題

在VXS系統(tǒng)的移交以及調(diào)試過(guò)程中，遇到了一些典型問(wèn)題，總結(jié)如下：（1）建安向調(diào)試移交階段：該階段因設(shè)備未上電無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)，大部分情況進(jìn)行的是常規(guī)的目視檢查，以驗(yàn)證設(shè)備完整性為主。（2）系統(tǒng)與設(shè)備調(diào)試期：此階段會(huì)發(fā)現(xiàn)各類安裝類、設(shè)計(jì)類、設(shè)備缺陷類問(wèn)題。下面以故障現(xiàn)象分類，分析可能的原因。a.風(fēng)機(jī)振動(dòng)超標(biāo)：風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡不好；風(fēng)機(jī)底座未找平；與風(fēng)機(jī)相連的部件松脫，如地腳固定螺栓未上緊，風(fēng)機(jī)潤(rùn)滑油管松動(dòng)；風(fēng)機(jī)與電機(jī)的軸對(duì)中性不好。b.電機(jī)運(yùn)行溫度超標(biāo)：此類問(wèn)題較為常見(jiàn)，一般驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)為相對(duì)環(huán)境溫升小于40℃?？赡茉颍簭脑O(shè)備安裝至移交調(diào)試，因受工程進(jìn)度制約，往往間隔較長(zhǎng)甚至是幾年時(shí)間，設(shè)備出廠時(shí)所帶的潤(rùn)滑油脂極可能已過(guò)期變質(zhì)，須及時(shí)更換；潤(rùn)滑油脂加注過(guò)多，須清除多余部分；可能是設(shè)備處于磨合期，在確認(rèn)無(wú)其他異常情況下可以繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，溫度會(huì)漸漸回落至穩(wěn)定。c.出現(xiàn)噪音：由振動(dòng)高引起；風(fēng)機(jī)葉片或管道有異物；軸承安裝、潤(rùn)滑不良；風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸彎曲；連接電機(jī)與風(fēng)機(jī)的皮帶張緊力不足；風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)向與設(shè)計(jì)相反，須為動(dòng)力電纜換相。d.風(fēng)機(jī)出口風(fēng)量不足：通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)閥在線錯(cuò)誤，如防火擋板未打開(kāi)；如風(fēng)機(jī)出口有重力逆止風(fēng)閥，則可能該閥門(mén)葉片沒(méi)有全開(kāi)，須調(diào)整風(fēng)閥配重；管網(wǎng)阻力大于設(shè)計(jì)值，或電機(jī)功率選型過(guò)?。涣髁坑?jì)出現(xiàn)故障，建議可以配合風(fēng)機(jī)電流讀數(shù)是否正常進(jìn)行定性判斷。e.設(shè)計(jì)問(wèn)題：空氣處理單元中高效和低效過(guò)濾器合并安裝在一起，壓差計(jì)測(cè)量值為高低效過(guò)濾器的壓差之和，當(dāng)壓差過(guò)高時(shí)無(wú)法準(zhǔn)確判斷是單獨(dú)更換還是全部更換；部分風(fēng)閥和檢查窗可達(dá)性很差，為后期維修帶來(lái)困難；部分機(jī)組的供熱負(fù)荷計(jì)算余量不足（或取消了風(fēng)機(jī)供熱盤(pán)管），導(dǎo)致極寒冬季出現(xiàn)房間至冰點(diǎn)的情況。f.關(guān)于設(shè)備在調(diào)試期的維護(hù)：根據(jù)廠家手冊(cè)的建議保養(yǎng)條目和周期嚴(yán)格進(jìn)行，并留下紙質(zhì)維護(hù)記錄，既防止遺漏下次的維護(hù)也便于向生產(chǎn)運(yùn)行部門(mén)移交時(shí)的文件審查。除了風(fēng)機(jī)電機(jī)的油脂定期更換，處理機(jī)組內(nèi)的換熱銅管因?yàn)閱蝺r(jià)高昂，硬度較低易變性，需要格外留心。銅管入口在首次進(jìn)水前建議加裝濾網(wǎng)，以免管道雜物堵塞。冬季時(shí)如沒(méi)有電伴熱等防凍保護(hù)，一定要擰開(kāi)銅管下方的絲堵進(jìn)行徹底放水，以免因?yàn)榈蜏貎鼋Y(jié)將銅管脹裂。

4 結(jié)束語(yǔ)

全面了解分析系統(tǒng)的設(shè)備布置及功能運(yùn)行特點(diǎn)，有助于及早發(fā)現(xiàn)、解決系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)備施工安裝問(wèn)題，利于提前制定調(diào)試計(jì)劃與方法；由于通風(fēng)系統(tǒng)的共通性，歸納總結(jié)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)對(duì)其他通風(fēng)系統(tǒng)的調(diào)試也會(huì)更有益處。

參考文獻(xiàn)

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