中國先進研究堆通風系統調試及技術改造

楊帆

摘 要：中國先進研究堆（以下簡稱CARR）是一座稍加壓輕水冷卻和慢化、重水反射反中子阱型池內桶式結構的多用途研究性反應堆，于2010年5月13日首次達到臨界，2012年3月1日實現滿功率運行。CARR采用鋁合金包殼、235U富集度為19.75wt%的U3Si2-Al彌散型燃料芯體板狀組件。CARR最大運行核功率60 MW，相應中央位置最大未擾熱中子注量率1.0×1015 n/cm2·s。反應堆廠房通風系統安全等級為非安全級（NC）、抗震分類為非核抗震類（NA），質保等級為質保3級（QA3）。但與安全有關的密封廠房邊界貫穿件和邊界兩側的密閉隔離閥安全等級（SC）、抗震分類Ⅰ類，質保等級為質保2級（QA2）。該文主要介紹反應堆廠房通風系統調試，并對調試過程中發現的問題進行原因分析及改造。

關鍵詞：CARR堆廠房通風 平均風速 漏風 負壓

中圖分類號：TL3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）03（c）-0059-03

中國先進研究堆（CARR）通風空調系統包括反應堆廠房通風空調、中子導管大廳通風空調、運行樓通風空調、輔助設施廠房通風空調、通風中心等設施的通風空調。

1 通風空調系統的功能及運行工況

（1）在反應堆正常工況下，從建筑物中排除放射性氣體和放射性氣溶膠。

（2）在事故工況下，CARR堆密封廠房內的正常送排風系統立即停止，然后根據密封大廳內壓力和放射性活度情況，手動啟動應急排風系統，應急排風系統用于維持廠房內壓力不超過設計限制，減少放射性物質向周圍環境泄漏。

（3）正常情況下，對凡屬有放射性和有潛在放射性場所的排風進行過濾，以排除放射性氣溶膠粒子；事故工況下或有131I存在的情況下，用碘吸附器除碘，再通過煙囪高空排放，以減少對周圍環境的污染。

（4）排出機械、電氣設備及管道散發的熱量。

2 反應堆廠房通風空調系統及系統分級

反應堆廠房通風空調系統包括反應堆廠房地下室通風和空氣凈化系統（RBV）、物理實驗大廳通風和空氣凈化系統（PHV）、主回路工藝間通風和空氣凈化系統（PCV）、操作大廳通風系統和空氣凈化系統（RHV）、以及操作大廳應急通風系統（EVS）五部分。

反應堆廠房通風系統安全等級為非安全級（NC）、抗震分類為非核抗震類（NA），質保等級為質保3級（QA3）。但與安全有關的密封廠房邊界貫穿件和邊界兩側的密閉隔離閥安全等級（SC）、抗震分類Ⅰ類，質保等級為質保2級（QA2）。

3 反應堆廠房通風系統調試

3.1 風機啟動及風量調節試驗

3.1.1 試驗依據

根據各房間的換氣次數（表1）和計算風量（表2）對各工藝房間進行風量調節試驗。

3.1.2 試驗工具及方法

（1）試驗工具。

葉輪式風速儀、人字梯、鋼板尺、鉗形電流表、數字萬用表、電工工具、現場校驗儀、標準電阻箱。

（2）試驗方法及步驟。

啟動排風機和送風機，對各房間風口風速進行多點式測量，得出平均風速。根據公式L=3 600·S面積V平（m3/h）時，得出風口風量并記錄。

將初測風量與設計風量相比較，通過調節手動調節閥的開度和各風口百葉窗的開度對各房間風口進行風量調整。重新測定各風口的風量作為實測風量（表3），要求誤差不超過設計風量的±15%。

停止排風機和送風機，用紅色記號筆在各手動閥門的把柄處和百葉窗處做標記，并將手動閥門位置固定住。

（3）結論。

風機能夠實現機旁和主控室DCS的兩地控制；各送、排風口風量的誤差不超過設計風量的±15%，有負壓要求房間保持10～50 Pa負壓。

3.2 通風系統控制與監測調試

3.2.1送風系統控制與監測調試

送風系統的初效過濾器變送器壓差報警值為100 Pa，中效過濾器變送器壓差報警值為200 Pa。當超過報警值時，應更換過濾裝置。調試時，在初、中效過濾器接線端輸入4～20 mA模擬信號，當模擬壓差值大于報警值時，DCS系統應報警。

檢測送、排風系統溫度，根據排風溫度調節電動二通閥的開度，使排風的溫度控制在設定的范圍內。在溫度變送器接線端輸入4～20 mA模擬信號，調節電動二通閥的開度。

檢測送、排風系統濕度，根據排風濕度調節蒸汽加濕管道上電動閥的開度，使排風的濕度控制在設定的范圍內。調試時，在濕度變送器接線端輸入4～20 mA模擬信號，調節電動二通閥的開度。

檢測加熱盤管后溫度，當溫度<5 ℃時，停止送風機，并聯鎖關閉新風閥。調試時，短接新風盤管防凍開關接線端子（模擬加熱盤管后溫度<5 ℃時新風盤管防凍開關動作信號），送風機停止運行，新風閥自動關閉。

根據走廊與前室間壓差，自動或手動調節送風變頻器頻率，以保持反應堆廠房負壓。

3.2.2排風系統控制與監測調試

檢測排風機軸承溫度，超過80 ℃時報警，并自動切換到備用排風系統。調試時，在軸承前后溫度傳感器接線端輸入電阻模擬信號，當模擬信號≥80 ℃時，DCS系統應報警。

排風機互為備用，并具有手動/自動切換功能，正常運行工況下，每臺排風機運行24 h切換一次，故障時自動投入。

檢測排風系統預過濾器和高效粒子過濾器前后壓差，當預過濾器>250 Pa，高效過濾器壓差>850Pa時報警，自動切換到備用排風系統，并更換過濾裝置。調試時，在預、高效過濾器接線端輸入4～20 mA模擬信號，當模擬壓差值大于報警值時，DCS系統應報警。

4 通風空調系統調試過程中發現的問題及解決方案

4.1 主控室DCS顯示的風量與現場風口風量之和數值不一致

CARR堆在每個通風系統的送排風總管上安裝有ESF-35-2型空氣流速變送器，用來監測風量的變化，將空氣流速轉換為4～20 mA信號傳送到主控室DCS上，但是在調試中發現主控室顯示的總流量與通過風速儀測出的風量之和不一致。以01子項操作大廳的送排風為例，當風機啟動并且穩定時，主控室顯示的排風風量為25 630 m3/h，送風風量為25 440 m3/h。通過風速儀測量的排風總風量19 212.6 m3/h，送風總風量18 106.2 m3/h。兩個數據結果相差約20%，誤差較大。經分析，發現原因如下。

（1）查閱相關的資料，空氣流速變送器必須安裝在風管距彎管至少大于2 m直管段，氣流穩定無渦流處。現場查看發現空氣流速變送器的安裝位置存在一定的問題，如，反應堆應急排風機的空氣流速變送器安裝在彎管變徑的位置，對數據的準確采集產生一定的影響。

（2）空氣流速變送器和風速儀的原理不一樣。空氣流速變送器是隨著流速增加，空氣冷卻速度加快，基于這一熱力學原理，空氣流速變送器轉換器可測量流速空氣冷卻情況被轉變成4～20 mA信號，對應0～8 m/s或0～16 m/s的空氣流速。

風速儀的探測器是葉輪式的風扇，單位是m/s，直接將風扇放到被測風口，風扇平面垂直對準風向進行測量，讀取風速。對風口進行多點測量，求得平均風速，根據公式L=3600·S面積V平（m3/h），得出風口風量，對系統內所有風口風量進行相加，得出總風量。

改造方案如下。

（1）檢查各個系統空氣流速變送器的安裝位置，對空氣流速變送器的安裝位置進行變更。按照要求，必須安裝在風管距彎管至少大于2 m直管段，氣流穩定無渦流處。

（2）空氣流速變速器安裝位置變更后，對系統內風口風量進行重新測量，數據與主控室顯示的風量相比較，誤差要求在±15%范圍內。

4.2 排風機漏風問題

CARR堆排風機房設置在05子項5301、5401、5402房間。在正常工況下連續運行，排風設備100%備用，風機由雙回路供電電源供電。

在巡視的過程中發現，排風機在運行過程中電機和轉動軸之間存在漏風的問題。如不能及時解決，反應堆運行工況下，可能會出現放射性氣體泄漏，造成輔助系統工藝間放射性水平居高不下，影響工作人員和環境的輻射安全。

經核查，排風機漏風所涉及的系統包括，01子項地下室排風機A（B）、01子項實驗大廳排風機A（B）、01子項主回路設備間排風機A（B）、01子項操作大廳排風機A（B）、05子項HVS熱室排風機A（B）、05子項轉運間排風機A（B）、05子項乏燃料貯存間排風機A（B）、反應堆應急排風機A（B）等。分析發現原因如下。

（1）CARR堆排風系統的所有排風機共用一個排風總管。排風系統和可能產生放射性氣溶膠的監督區排風系統，排風經預過濾器、高效過濾器、碘吸附器集中式凈化處理后排入煙囪，高空排放。在可能產生放射性物質的排風管道上，設置惰性氣體劑量監測裝置，當監測系統報警時，將排風切換到另一套備用的排風機過濾機組或將排風系統全部關閉。在風機運行過程中發現，任何一臺排風機運行，其他備用風機的電機和軸之間的縫隙都有泄漏。

（2）止回閥的密封不嚴。排風機止回閥是由重錘自重控制的。當風機啟動時，止回閥自動打開；當風機關閉時，閥門自動關閉。由于重錘自重和密封圈密封不嚴，可能在風機停止，止回閥關閉的情況下出現閥門關閉不到位。

改造方案如下。

更換風機的止回閥，把止回閥由機械控制改為電動控制。通過與核四院設計的溝通，電控止回閥可以解決由于閥門關閉不到位，出現的氣體泄露的問題。

優點：變更較少，操作簡單，成本低廉。

4.3 工藝房間的負壓無法建立

通風空調系統使高污染區、污染區和潛在污染區總處于負壓狀態，而在反應堆運行工況下，使氣流由非污染區到潛在污染區，再到污染區，即由低污染區到高污染區，并盡量減少房間內的氣流渦流區，為防止交叉污染，必須合理安排不同分區相鄰房間之間的壓差關系，本著非放射性區域壓力高于放射性區域，低污染區壓力高于污染區的原則確定各區之間壓差，各區之間壓差不小于25 Pa。

因此，在通風調試的過程中，在滿足各系統房間風量的情況下，所有工藝系統的房間必須滿足負壓要求，但是在通風系統長期運行過程中，排風機與送風機的過濾器可能失效，導致風量降低，負壓產生變化。

在反應堆運行過程中，工藝房間負壓過大或者正壓情況下，都會對工作人員的人身安全造成一定的危害。原設計通風系統在遠程和就地操作時，排風機和送風機都可以實現單獨的啟動和停止。一旦發生風機事故停機，工藝房間的壓差值會發生較大變化。通過與控制系統設計人員討論，對通風系統的遠程控制方式進行改進。實現排風機與送風機的聯鎖，只能先啟動排風機，再啟動送風機。一旦送風機停止，排風機也停止。01子項操作大廳壓差值規定在30～50 Pa范圍內，控制室DCS系統設定操作大廳壓差變送器PDIA1409報警值上限20 Pa，下限-70 Pa。當操作大廳內壓差超過這一限值，送排風將自動停止。

5 結語

中國先進研究堆2012年3月1日實現滿功率運行，通風空調系統作為輔助系統，運行周期長，可靠性要求高。按照通風系統調試程序，完成了15個系統的調試工作，為CARR的穩定運行提供了有力的保障。

參考文獻

[1] 吳萱.供暖通風與空調調節[M].北京：清華大學出版社，北京交通大學出版社，2006.

[2] 研究型反應堆建筑物采暖、通風與空氣凈化系統設計規范，EJ514-90[S].

[3] 核電廠質量安全規定，HAF003[S].