“華龍一號”主控制室空調(diào)系統(tǒng)問題分析與改進(jìn)

張彪　張婧

摘要：“華龍一號”核電機(jī)組主控制室空調(diào)系統(tǒng)（VCL）主要為主控室可居留區(qū)服務(wù)，維持其可居留性。事故工況下，應(yīng)急新風(fēng)與回風(fēng)混合經(jīng)應(yīng)急過濾回路與空調(diào)機(jī)組處理后送至主控室可居留區(qū)。為了保證在事故工況下，通過高放射性信號可以第一時間切換VCL系統(tǒng)至事故工況運(yùn)行，且系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)良好，相關(guān)文件規(guī)定了應(yīng)急快速切換設(shè)備的驗(yàn)證及應(yīng)急管路過濾設(shè)備可靠性的驗(yàn)證。但在調(diào)試準(zhǔn)備階段發(fā)現(xiàn)：第一， VCL系統(tǒng)空調(diào)機(jī)房送回風(fēng)應(yīng)急隔離閥沒有設(shè)計與相關(guān)信號連鎖自動關(guān)閉，導(dǎo)致VCL系統(tǒng)在事故工況時不能第一時間全面切換至事故模式運(yùn)行；第二， VCL系統(tǒng)應(yīng)急過濾設(shè)備定期試驗(yàn)管路管徑偏小，導(dǎo)致無法滿足應(yīng)急過濾設(shè)備現(xiàn)場試驗(yàn)所需的風(fēng)量。根據(jù)相關(guān)規(guī)范及系統(tǒng)設(shè)計功能要求，修改VCL系統(tǒng)空調(diào)機(jī)房送回風(fēng)應(yīng)急隔離閥供電方式、連鎖信號關(guān)閉邏輯；修改VCL系統(tǒng)應(yīng)急設(shè)備定期試驗(yàn)管路管徑。從而滿足VCL系統(tǒng)事故狀態(tài)下的快速響應(yīng)功能及運(yùn)行可靠性。

關(guān)鍵詞：可居留區(qū)? 隔離閥? 快速響應(yīng)? 試驗(yàn)回路

中圖分類號：TU831;TM623??? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Analysis and Improvement of the Problem of the Air-Conditioning System in the Main Control Room of "Hualong One"

ZHANG Biao ?ZHANGjing

（Eastern China Branch， China Nuclear Power Engineering Co.， Ltd.， Jiaxing，

Zhejiang Province， 314000 China）

Abstract： The air conditioning system （VCL） of the main control room of the Hualong One nuclear power unit mainly serves the habitable area of the main control room to maintain its habitability. Under accident conditions， the mixture of emergency fresh air and return air is processed by the emergency filtration loop and the air conditioning unit and then sent to the habitable area of the main control room. In order to ensure that the VCL system can be switched to the accident condition at the first time through highly-radioactive signals under accident conditions， and that the system is in good running condition， relevant documents stipulate the verification of emergency quick switching equipment and the verification of the reliability of emergency pipeline filtration equipment. However， in the stage of debugging preparation， it is found that the emergency isolation valve of air supply and return air in the air-conditioning room of the VCL system is not designed to automatically close with related signal chains， which leads to the failure of the VCL system to fully switch to the accident mode at the first time under the accident condition， and that the pipe diameter of the periodic test pipeline of the emergency filtration equipment of the VCL system is too small， which can not meet the air volume required by the field test of emergency filtration equipment. According to relevant specifications and the requirements of system design functions， this paper modifies the power supply mode and chain signal closing logic of the emergency isolation valve of air supply and return air in the air-conditioning room of the VCL system， and modifies the pipe diameter of the periodic test pipeline of the emergency equipment of the VCL system， in order to meet the rapid response function and operation reliability of the VCL system under accident conditions.

Key Words： Habitable zone; Isolation valve；Rapid response; Test loop

通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)在核電站中有著重要的作用，各個系統(tǒng)的設(shè)計都有著共同的目的，即為人員的進(jìn)入及工作提供舒適的環(huán)境；為設(shè)備的正常運(yùn)行創(chuàng)造安全的環(huán)境條件；控制和限制污染空氣或氣體的排放。其主要手段是通過對空氣溫度、濕度、放射性、潔凈度以及換氣頻率等參數(shù)的調(diào)節(jié)、控制來達(dá)到所要求的環(huán)境條件。

“華龍一號”核電機(jī)組主控制室空調(diào)系統(tǒng)（VCL）^[1]主要為主控室可居留區(qū)服務(wù)，維持其可居留性。正常工況下（無放射性泄漏），新風(fēng)與回風(fēng)混合^[2]經(jīng)過空調(diào)機(jī)組處理后送至空調(diào)機(jī)房和主控室可居留區(qū)各個房間。事故工況下（放射性泄漏），應(yīng)急新風(fēng)與回風(fēng)混合后經(jīng)過應(yīng)急過濾回路與空調(diào)機(jī)組處理再送至主控室可居留區(qū)各個房間，受放射性污染的空氣經(jīng)過高效過濾器及碘吸附器吸附處理后，可以降低空氣的放射性水平^[3]，保障送風(fēng)房間的可居留性。

為了保證在事故工況下，通過高放射性信號可以將VCL系統(tǒng)第一時間切換至事故工況運(yùn)行，且系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)良好，定期試驗(yàn)對應(yīng)急快速切換設(shè)備的驗(yàn)證及應(yīng)急回路過濾設(shè)備可靠性的驗(yàn)證就顯的尤為重要。

1? 主控制室空調(diào)系統(tǒng)簡介

主控制室空調(diào)系統(tǒng)（VCL）是主控室可居留區(qū)（主控室、技術(shù)支持中心及計算機(jī)室等）相關(guān)房間通風(fēng)系統(tǒng)，主要執(zhí)行下列功能：

保持房間內(nèi)的溫度和濕度在所規(guī)定的限值內(nèi)以滿足設(shè)備運(yùn)行和人員長期停留的要求^[4]；維持主控室可居留區(qū)內(nèi)壓力略高于出入口區(qū)域的壓力；當(dāng)發(fā)生事故從而導(dǎo)致大量放射性污染物釋放時，系統(tǒng)迅速切換至應(yīng)急過濾回路，新風(fēng)和回風(fēng)經(jīng)過凈化后送入主控室、技術(shù)支持中心及相關(guān)房間來維持可居留性。

在廠區(qū)污染情況下本系統(tǒng)必須保證操作人員的安全衛(wèi)生條件。本系統(tǒng)也必須保持核安全有關(guān)的設(shè)備處于溫度和濕度的允許限值內(nèi)。

VCL系統(tǒng)主要由主送風(fēng)回路和應(yīng)急過濾回路構(gòu)成，具體情況如圖1所示：

兩列主送風(fēng)管路（一用一備），主要包括：兩套并聯(lián)100％容量組合式空調(diào)機(jī)組；兩臺并聯(lián)100％容量的排風(fēng)機(jī)；16臺電動隔離閥（用于廠區(qū)污染情況下，確保正常通風(fēng)管路向過濾管路的迅速切換）。

兩列應(yīng)急過濾管路（一用一備），主要包括：兩臺并聯(lián)100％容量送風(fēng)機(jī)；兩臺碘吸附器；四臺高效過濾器；兩臺電加熱器。

2? VCL系統(tǒng)問題描述及分析

2.1? VCL系統(tǒng)應(yīng)急設(shè)備定期試驗(yàn)管路管徑偏小問題

根據(jù)通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)試大綱及定期試驗(yàn)技術(shù)要求，VCL系統(tǒng)需進(jìn)行高效過濾器性能試驗(yàn)和碘吸附器性能試驗(yàn)。因VCL系統(tǒng)設(shè)置的四臺高效過濾器及兩臺碘吸附器在應(yīng)急送風(fēng)管路上，為避免在進(jìn)行高效過濾器和碘吸附器現(xiàn)場設(shè)備性能試驗(yàn)時系統(tǒng)所注入的化學(xué)及放射性試劑進(jìn)入主控制室可居留區(qū)域內(nèi)，特別為此兩類設(shè)備的現(xiàn)場性能試驗(yàn)設(shè)計了專用的定期試驗(yàn)管路（如圖1所示），此試驗(yàn)回路可直接將試驗(yàn)時所注入的化學(xué)及放射性試劑排至室外，避免了對室內(nèi)人員造成傷害。

在進(jìn)行某“華龍一號”核電機(jī)組VCL系統(tǒng)調(diào)試前期準(zhǔn)備時發(fā)現(xiàn)，設(shè)計用于現(xiàn)場高效過濾器和碘吸附器性能試驗(yàn)的定期試驗(yàn)管路管徑與應(yīng)急送風(fēng)管路的管徑相差甚遠(yuǎn)（定期試驗(yàn)管路管徑為200mm×200mm；應(yīng)急送風(fēng)管徑為：500mm×500mm），如圖1所示。根據(jù)高效過濾器現(xiàn)場試驗(yàn)導(dǎo)則、碘吸附器效率現(xiàn)場試驗(yàn)導(dǎo)則及相關(guān)文獻(xiàn)^[5]的要求：試驗(yàn)期間通過高效過濾器、碘吸附器的風(fēng)量需調(diào)整至額定值（偏差小于1O%）。通過查閱高效過濾器、碘吸附器運(yùn)維手冊及主控制室系統(tǒng)手冊得知，此兩類設(shè)備的額定風(fēng)量均為6800m?/h。結(jié)合現(xiàn)場管徑數(shù)據(jù)經(jīng)理論計算得出若從定期試驗(yàn)管路內(nèi)通過6800m?/h流量的空氣，其風(fēng)速達(dá)到47.2m/s，完全不符合工業(yè)建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范要求的6～14m/s要求^[6]。通過現(xiàn)場測試，在定期試驗(yàn)管路風(fēng)閥全開狀態(tài)下實(shí)際測量時，流量僅為3800m?/h左右，流速為26m/s左右。完全不滿足高效過濾器、碘吸附器現(xiàn)場試驗(yàn)所需的風(fēng)量要求。若按照低于額定風(fēng)量的系統(tǒng)運(yùn)行工況進(jìn)行泄漏率試驗(yàn)，將導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果偏大^[7]。

所以，VCL系統(tǒng)應(yīng)急設(shè)備定期試驗(yàn)管路管徑設(shè)置是不合理的。

2.2? VCL系統(tǒng)空調(diào)機(jī)房送回風(fēng)隔離閥快速響應(yīng)問題

在某“華龍一號”核電機(jī)組VCL系統(tǒng)設(shè)計中，增加了循環(huán)回風(fēng)應(yīng)急過濾系統(tǒng)，以降低在事故工況下由于主控室可居留區(qū)域邊界門開啟以及可居留區(qū)邊界滲入主控室內(nèi)的非過濾放射性物質(zhì)對主控室可居留區(qū)域人員造成的劑量照射。即將系統(tǒng)的回風(fēng)（主控室可居留區(qū)域內(nèi)的空氣）與室外新風(fēng)先混合后再經(jīng)過應(yīng)急過濾回路循環(huán)過濾，通過空調(diào)機(jī)組送入主控室可居留區(qū)，這樣就可以持續(xù)降低主控室可居留區(qū)域內(nèi)碘和氣溶膠的濃度，以維持主控室區(qū)域可居留性。

為了控制VCL系統(tǒng)從正常通風(fēng)狀態(tài)向事故通風(fēng)狀態(tài)的快速切換，根據(jù)主控室空調(diào)系統(tǒng)手冊，在廠區(qū)污染情況下，VCL應(yīng)急過濾回路由高放射性信號自動啟動。此時，VCL系統(tǒng)正常新風(fēng)電動隔離閥自動關(guān)閉、正常排風(fēng)風(fēng)機(jī)自動停運(yùn)、正常排風(fēng)電動隔離閥自動關(guān)閉、正?；仫L(fēng)回路電動隔離閥自動關(guān)閉、事故回風(fēng)回路電動隔離閥自動打開、事故新風(fēng)電動閥自動打開、應(yīng)急過濾回路風(fēng)機(jī)自動啟動、空調(diào)機(jī)房送回風(fēng)電動隔離閥手動關(guān)閉。

在進(jìn)行某“華龍一號”核電機(jī)組VCL系統(tǒng)調(diào)試前期系統(tǒng)設(shè)計文件梳理過程中發(fā)現(xiàn)空調(diào)機(jī)房的送回風(fēng)是直接從送回風(fēng)總混凝土小室接出（如圖1所示），事故工況下設(shè)置在空調(diào)機(jī)房送回風(fēng)管路上的電動隔離閥控制方式是就地手動關(guān)閉，沒有與應(yīng)急風(fēng)機(jī)啟動信號、高放射性信號連鎖自動關(guān)閉，導(dǎo)致VCL系統(tǒng)在事故工況時不能第一時間全面切換至事故模式運(yùn)行。而在通過運(yùn)行值班人員響應(yīng)至就地關(guān)閉空調(diào)機(jī)房送回風(fēng)管路上的電動隔離閥這段時間，將導(dǎo)致主控室可居留區(qū)人員的受照射的劑量相對增加。具體原因如下：

（1）值班運(yùn)行人員打開主控室可居留區(qū)域隔離邊界門去就地關(guān)閉空調(diào)機(jī)房送回風(fēng)管路上的電動隔離閥時，將導(dǎo)致未經(jīng)過濾的空氣滲入主控室可居留區(qū)域內(nèi)，使人員受照射的劑量增加^[8]。

（2）人比機(jī)器的響應(yīng)更慢且可靠性更低，而在通過運(yùn)行值班人員響應(yīng)至就地關(guān)閉空調(diào)機(jī)房送回風(fēng)管路上的電動隔離閥這段時間，空調(diào)機(jī)房的送回風(fēng)沒有經(jīng)過應(yīng)急過濾管路處理，而直接送至主控室可居留區(qū)域，導(dǎo)致主控室可居留區(qū)域內(nèi)人員受照射的劑量增加。

所以，VCL系統(tǒng)空調(diào)機(jī)房送回風(fēng)電動隔離閥設(shè)置為事故工況下手動操作關(guān)閉的控制方式是不合理的。

3? 改進(jìn)方案

3.1? 定期試驗(yàn)管路改進(jìn)

（1）將VCL系統(tǒng)應(yīng)急設(shè)備定期試驗(yàn)管路管徑進(jìn)行修改，管徑修改為與應(yīng)急送風(fēng)管路管徑相同的尺寸（500mm×500mm），經(jīng)理論計算若從應(yīng)急送風(fēng)管路內(nèi)通過6800m?/h流量的空氣，其風(fēng)速為7.6m/s，符合工業(yè)建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范要求的6～14m/s要求。通過現(xiàn)場現(xiàn)場測試，調(diào)整風(fēng)閥開度在應(yīng)急送風(fēng)管路中通過空氣流量6800m?/h左右時：空氣流速為9m/s左右。完全符合規(guī)范要求。

（2）將VCL系統(tǒng)應(yīng)急設(shè)備試驗(yàn)專用回路4臺閥門（2臺防火閥、1臺隔離閥、1臺止回閥）選型尺寸進(jìn)行修改，以匹配管徑尺寸。

3.2? 空調(diào)機(jī)房送回風(fēng)電動隔離閥改進(jìn)

（1）修改空調(diào)機(jī)房送回風(fēng)電動隔離閥供電方式為低壓開關(guān)柜直接供電，保證可在低壓開關(guān)柜通過試驗(yàn)盒進(jìn)行閥門開關(guān)操作的功能，集成供電與操作功能與一體。去除就地核級動力控制箱，可節(jié)省工程造價及空調(diào)機(jī)房空間。

（2）增加空調(diào)機(jī)房送回風(fēng)電動隔離閥遠(yuǎn)程連鎖控制邏輯，主控室人機(jī)畫面可手動控制閥門開啟、關(guān)閉，自動關(guān)閉由應(yīng)急風(fēng)機(jī)啟動信號、高放射性信號連鎖關(guān)閉，可保證VCL系統(tǒng)在事故工況時第一時間全面切換至事故模式運(yùn)行。

4? 結(jié)論

（1）通過將VCL系統(tǒng)定期試驗(yàn)管路管徑修改為與應(yīng)急送風(fēng)管路管徑相同的尺寸可以滿足高效過濾器、碘吸附器現(xiàn)場試驗(yàn)要求。

（2）通過修改空調(diào)機(jī)房送回風(fēng)電動隔離閥供電方式為低壓盤柜直接供電及控制方式為連鎖控制，可實(shí)現(xiàn)VCL系統(tǒng)在事故工況時第一時間全面切換至事故模式運(yùn)行，其方案更合理。

綜上所述，此改進(jìn)方案即可滿足VCL系統(tǒng)在事故狀態(tài)下的快速響應(yīng)功能及應(yīng)急過濾設(shè)備運(yùn)行可靠性的驗(yàn)證?？梢詾楹罄m(xù)核電機(jī)組主控室空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計提供參考。

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