秦山二期擴建工程ETY風機的研制與國產化

李俊校 ，周淑娟（中國核電工程有限公司，北京 100840）

秦山二期擴建工程ETY風機的研制與國產化

李俊校 ，周淑娟
（中國核電工程有限公司，北京 100840）

通過對秦山二期擴建工程安全殼大氣監測系統(ETY)核級風機的研制及國產化的介紹，反映我國近年來在核電站風機研制方面所取得的最新成就。

壓水堆；核電站；ETY風機；國產化

1 概述

壓水堆核電站安全殼大氣監測系統（ETY）所用風機，技術要求高，制造難度大，此前設備全部依賴進口。秦山二期擴建工程經過慎重研究，科學決策，大膽探索，精心研制，走出了一條打破國外壟斷、實現ETY核級風機國產化之路。此前，國內所有的核電站包括秦山二期1、2號機組的ETY風機一直都是從國外進口，不僅采購費用昂貴，而且備件和現場服務受到諸多限制。秦山二期擴建工程3、4號機組決定以ETY風機為突破口，打破國外核級風機的壟斷，由國內鼓風機行業具有較強實力的公司承制，以提高我國核電設備的國產化水平。

2 設備的主要功能及運行參數[1]

2.1 ETY風機設備功能

ETY風機的主要功能如下：

（1）用來降低安全殼內裂變惰性氣體的放射性并達到限定水平，確保工作人員可進入安全殼內。

（2）為避免空氣外漏，維持安全殼內微小的負壓。

（3）在失水事故后用來凈化安全殼內的空氣，使安全殼內大氣的放射性水平降低到允許的范圍內，并進行排放。

（4）保證對安全殼內大氣取樣、混合和復合。對安全殼內空氣進行再循環，防止氫氣積累，保持安全殼內氫氣的濃度在允許的范圍內。

2.2 ETY風機的運行參數

風量：1 500 m3/h

風壓：550 daPa(全壓，在ρ=1.21 kg/m3)

最低效率：66 %

吸入溫度：80 ℃

3 ETY風機的技術要求和運行條件

3.1 風機的技術要求

1）風機的型式：離心式，直接連接，單吸入口，左90°，風機的運行特性曲線應平穩。

2）安全等級：風機安全等級為LS級，規范等級NA，抗震類別1A類，質保等級Q2級。

3）設計使用壽命：風機設計壽命40年。

4）潤滑：機械部件及軸承在運行時應保證潤滑。選用耐輻照的潤滑油脂。

5）軸承與密封：應采用球或滾子軸承，軸承座應易拆卸，軸承的壽命應連續運行10萬小時。風機要有良好的密封性，風機的泄漏率控制在0.1升／時?臺（壓力0.15 MPa絕對）。軸承用“O”形環軸封。

6）材料：應抗硼酸、NaOH和耐輻照。風機葉輪用不銹鋼制造。外殼為鑄鋼制造。密封墊或密封圈應采用耐輻照的EPDM。

7）防爆：風機和電機的設計應為防爆型，避免出現火花，風機和電機在一個對外氣密的鋼外殼內。

8）噪音要求：風機的聲壓級限制在93 dB(A)以內。

9）抗震要求：風機和電機應抗地震，在SL-2荷載作用下，在事故時仍能完成其功能，即仍能運轉。風機地腳螺栓、零部件之間的連接件等的應力強度需進行抗震力學計算。

3.2 風機的運行條件

3.2.1 正常運行

輸送介質為空氣，間斷運行。在正常大氣壓下和20～50 ℃溫度及相對濕度為70%的空氣下，每年工作180 h，平均運行超過6 a，劑量率25 μGy/h。

3.2.2 失水事故條件運行

一天24小時連續工作，6個月。輸送介質為含放射性的空氣。

空氣最高溫度：80 ℃

空氣最高壓力：0.15 MPa

空氣中包含：

最大氫氣濃度：4.1%

硼酸：3.6 g/m3

NaOH：0.71 g/m3

pH值：9.25

相對濕度：10%～100%

氣體最大密度：1.48 kg/m3

γ累積劑量：1.0 ×104Gy。

4 ETY風機設計、制造遵循的標準、規范

—RCC—E 壓水堆核電站核島電氣設備設計和建造規則(1993版)

—HAF003 核電廠質量保證安全規定

—NF C23—514 潛在爆炸性氣體環境用電氣設備

—NF C23—518 防爆電氣設備、防爆外殼“D”

—NF A36—209 鋼鐵制品：鍋爐和壓力容器用的不銹鋼

—NF A32—051 鑄造制品：通用鑄鋼；鋼號的定義和驗收

—NF X10—200 工業風扇：使用標準氣道進行性能試驗

—NF S31—006 聲學、測量旋轉式電動機械發出的天線噪音的試驗規程

—NF E90—300 機器的機械振動、評定標準制定的基準

—IEEE 323 核電站1E級電氣設備鑒定標準

—JB/T 6445 通風機葉輪的超速試驗

—GB 1236—2000 通風機空氣動力性能試驗方法

—0401T403 核島機械設備包裝、貯存和運輸技術條件

—0401T105 核島機械設備涂裝通用技術條件

—0401T502 1E級電氣設備抗震鑒定試驗技術條件

—0401T504 380 V異步電動機技術條件

5 ETY風機的結構特點及研制難點

ETY風機的結構形式為離心式。主要由機殼、葉輪、防爆電機、接線盒和底座組成。葉輪與防爆電機直接相連后密閉在機殼內，防爆電機通過接線盒與動力電源相連接，底座通過地腳螺栓與地基固定。除進風口、出風口（與管道相連接）外，機殼形成了一個與外界隔絕的獨立的封閉殼體。

機殼的材質選用球墨鑄鐵或鑄鋼。葉輪采用不銹鋼（00Cr19Ni10）薄板焊接而成。電機要求防爆，安全等級為1E級，抗震類別為1類，質保等級為Q2級，鑒定類別為K3，絕緣等級為F級，耐輻照，防護等級為IP55—EExeⅡT3。密封材料采用耐輻照的EPDM橡膠。

ETY風機研制的難點：

（1）薄板焊接葉輪的研制。由于葉輪采用不銹鋼（00Cr19Ni10）薄板（壁厚1.5～3 mm）焊接，如不采取必要措施，焊接變形就不可避免。為此，在多次、反復試驗的基礎上，編制了焊接工藝規程和焊接工藝評定報告，用以指導焊接操作工作。即便如此，第一批三個葉輪因變形嚴重而報廢。而后，又設計制作了簡易的防變形工裝。

（2）防靜電、防火花結構設計。為了滿足技術規格書有關防靜電、防火花的要求，采用了一些新的結構設計，以防止葉輪在高速旋轉時產生靜電或火花。

（3）壓力偏差必須控制在0～+10%的范圍內。按照技術規格書和性能試驗大綱的要求，風機整機裝配后須做性能試驗。根據性能試驗的結果測算壓力的偏差，偏差過大或過小均不符合要求。經過改進葉輪角度設計、反復試驗，壓力偏差為+3%，符合0～+10%的范圍要求。

（4）1E級防爆電機的選擇及抗震試驗。此前，該類電機國內有1E級的，也有防爆的，但既防爆又是1E級的電機卻沒有。為此，我們選擇了具備一定實力的防爆電機廠家進行了專項攻關。進行了抗震試驗，又按照IEEE 323—《核電站1E級電氣設備鑒定標準》進行了1E級專家鑒定。

（5）風機整機的抗震試驗。按照技術規格書的要求，風機的抗震類別為1A類。為此，風機除進行力學分析外，必須進行整機的抗震試驗。

6 ETY風機的檢驗和試驗[2]

按照技術規格書的要求，ETY風機需要做一系列的檢驗和試驗。檢驗和試驗過程簡述如下：

（1）動平衡試驗：風機葉輪動平衡試驗在硬支承平衡機（HY30UB）上進行。采用增減平衡重量的方法，反復多次，最終不平衡量由行業標準的G2.5變為企業內控標準的G1.6。

（2）超轉速試驗：風機葉輪超速試驗在真空超速臺位（B-15U）上進行。轉速：額定轉速的1.15倍,即2 930×1.15=3 370 r/min；持續時間:一般風機為2 min,本風機為10 min。

（3）空氣動力性能試驗：風機組裝完成后，對整機進行空氣動力性能試驗。將被測風機緊固在堅實的試車臺基座上，實現剛性支承，在穩定的額定轉速和額定工況下運行，測量風機的各項性能參數。在額定流量下，允許壓力偏差為0～+10%。

試驗的目的：通過抗震前和抗震后的兩次試驗，檢查、確認ETY風機的設計、制造是否達到相關標準、技術協議及訂貨合同規定的風量、風壓要求，以及抗震前和抗震后的性能是否有差異。

試驗的依據：GB 1236—2000《通風機空氣動力性能試驗方法》。

試驗數據及結論：根據試驗記錄，進行換算，計算機繪制的性能（靜壓、全壓、效率、功率）曲線如圖1。

根據圖1所示曲線，在設計進口參數條件下，當流量為1 500 m3/h，風機全壓為5 520 Pa，風機靜壓為5 480 Pa，功率為3.49 kW，效率為67%，而且抗震前和抗震后的性能基本沒有差異，符合技術要求，性能判定為合格。

（4）泄漏試驗：將ETY風機進口、出口用盲法蘭堵死，用動力源（0.6 MPa）將風機內部壓力加壓到0.15 MPa(絕對壓力),對風機機殼與電機外保護殼連接處所有法蘭包括焊縫部位涂刷肥皂液,檢查有無氣體泄漏。在此壓力下持續45 min,觀察有無肥皂泡形成。

（5）噪聲試驗：風機的噪聲測試方法是，被測風機在穩定的額定轉速和額定工況下運行，測點位置在風機主軸水平面內、經過葉輪幾何中心的直線上，距離殼體1 m處，測量機殼輻射的噪聲。測算的結果是≤93 dB(A), 符合要求。

（6）機械運轉及振動試驗：風機振動試驗時將被測風機直接緊固在堅實的試車臺基座上，實現剛性支承，在穩定的額定轉速和額定工況下運行。測量電動機支承軸承處的電動機外保護殼相應部位垂直和水平兩個方向的振動值及溫度值。

圖1 風機性能曲線Fig.1 Fan performance curve

在額定轉速，電動機軸承溫度穩定30 min后，在規定的測量方向和測量點上，測得的振動速度均方根值及溫度值。整個運轉及試驗過程中風機無不正常響聲。抗震試驗后對風機進行解體檢驗，又經過72 h連續運轉試驗，所有零件無磨損和機械缺陷的痕跡。

（7）抗震試驗[3]：在核安全局、核工業第二研究設計院、核電秦山聯營有限公司、陜西鼓風機集團公司有關人員的現場見證下，本試驗在中國核動力研究設計院6 m×6 m大型高性能地震模擬試驗臺上進行。先后進行了動態特性探查試驗、SL1地震試驗（5次）、SL2地震試驗（1次）。試驗后對ETY風機工程樣機的外觀進行檢查，并再次對ETY風機進行運行性能檢查。

試驗結果表明：a) 結構無破壞，緊固件無松動；b) 結構部件無永久變形；c) 地震試驗過程中ETY風機運行無中斷現象；d) 地震試驗過程中ETY風機能夠正常啟動和停止；e) 地震試驗后ETY風機運行平穩，無異常狀況，滿足“ETY風機采購技術規格書”的要求。

7 結論

借鑒國外經驗、組織技術攻關，經過多次反復實驗，終于獲得成功。經過一系列的檢驗和試驗證明，ETY風機設計合理、結構新穎、性能參數高，是一種高性能、高參數、高科技含量、高附加值產品。產品的研制是成功的，填補了國內空白，達到了國際先進水平，可替代進口產品。

ETY風機的國產化，為核承壓設備的國產化進行了有益的探索，積累了經驗，作出了貢獻，具有顯著的經濟和社會效益。徹底打破了國外核級風機的壟斷，實現了通風系統核級設備的完全國產化，具有十分重要的意義[4]。

[1] 核工業第二研究設計院. ETY風機采購技術規格書[R].

[2] 陜西鼓風機集團公司. ETY風機空氣動力性能試驗大綱[R].

[3] 中國核動力研究設計院. 核級ETY風機工程樣機抗震鑒定試驗大綱[R].

[4] 核電秦山聯營有限公司. 秦山核電二期擴建工程設備采購管理及國產化[R].

Development and localization of fans used in the examination system of atmosphere in nuclear island (ETY) for Qinshan NPP Phase Ⅱ extension project

LI Jun-xiao，ZHOU Shu-juan
(China Nuclear Power Engineering Co.， Ltd.，Beijing 100840，China)

This article briefly introduces the development and localization of fans used in the examining system of atmosphere in nuclear island (ETY) for Qinshan NPP phase Ⅱ extension project, so as to describe the new achievement of fans used for ventilation system of nuclear power plant in recent years in China.

PWR；nuclear power plant；fans used for ETY；localization

TL364

A

1674-1617(2009)01-0016-05

2008-06-07

李俊校（1964－），男，河北石家莊人，本科，現工作于中國核電工程有限公司。