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)試過程中遇到的問題，分析了產(chǎn)生的原因。

關(guān)鍵詞：核電廠；核島；通風(fēng)；自動控制；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，附屬廠房包括附屬廠房內(nèi)的非放射性人員工作和設(shè)備區(qū)、核島中壓開關(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)（以下簡稱VXS系統(tǒng)）專門設(shè)計(jì)為以上兩個廠房相應(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，采取了按功能需求，分區(qū)域布置方式，分為了六個子系統(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)用于附屬廠房內(nèi)的人員工作區(qū)域，維持溫度23-26℃，最低35%的相對濕度。該系統(tǒng)包括兩個50%容量的送風(fēng)處理機(jī)組（每個機(jī)組流量為6726m3/h）。

1.2 開關(guān)室HVAC子系統(tǒng)

開關(guān)室HVAC子系統(tǒng)服務(wù)于核島中壓開關(guān)室，該房間內(nèi)布置有核島內(nèi)所有10.5kV，400V的設(shè)備交流電源開關(guān)柜。該系統(tǒng)包括2個100%容量的空氣處理機(jī)組（每個機(jī)組流量為43980m3/h）實(shí)現(xiàn)冗余，以保證對關(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級蓄電池室及充電器室，停堆斷路器室和非1E級貫穿件間，安全區(qū)辦公室和報警中心等。系統(tǒng)包括2個100%容量空氣處理機(jī)組（每個機(jī)組流量為52680m3/h）。非1E級蓄電池室裝有獨(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 主蒸汽隔離閥閥門間HVAC子系統(tǒng)

主蒸汽隔離閥閥門間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50%容量的空氣處理機(jī)組（每個機(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/管道貫穿件間HVAC子系統(tǒng)

該系統(tǒng)包括兩個100%容量疊放布置的空氣處理機(jī)組（每個機(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/管道貫穿件房間。

2 空氣處理機(jī)組的運(yùn)行方式及自動控制特點(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)為例來做如下論述：

每臺空氣處理機(jī)組包含3個電動風(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，風(fēng)閥D035和D037同步開啟或者關(guān)閉，使通過這兩個風(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，這些風(fēng)閥可以接收PLS的室外溫度信號和風(fēng)機(jī)出口溫度信號用于調(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，風(fēng)閥D035、D037會根據(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，表明新風(fēng)調(diào)節(jié)風(fēng)閥D037全開仍無法維持風(fēng)機(jī)正常出口溫度，冷凍水供水閥會自動開啟，根據(jù)出口溫度線性調(diào)節(jié)開度大小；當(dāng)出口溫度高于18.3℃，主控室收到高溫報警提醒操縱員設(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會維持2%開度，混風(fēng)風(fēng)閥D036維持98%開度；繼續(xù)降低至8.9℃時，主控室收到低溫報警，并在低于6.1℃ 120秒后自動停運(yùn)空氣處理機(jī)組。（2）當(dāng)室外溫度高于15.6℃，此時靠新風(fēng)不僅無法有效降低出風(fēng)溫度，而且會增加提供冷凍水的制冷機(jī)能耗。因此PLS遠(yuǎn)控信號會強(qiáng)制D035、D037維持2%開度以提供必要的最小新風(fēng)流量，D036維持98%開度，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)管安裝有煙感探測器，當(dāng)檢測到煙塵水平高時，PLS會自動停運(yùn)相應(yīng)風(fēng)機(jī)并閉鎖備用空氣處理機(jī)組的自動啟動。當(dāng)發(fā)生失去正常交流電源（LOOP），此時冷凍水不可用，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)需要手動開啟“一次通過”模式，強(qiáng)制D035、D037維持2%開度，D036維持98%開度為用戶房間通風(fēng)換氣。

3 調(diào)試發(fā)現(xiàn)的常見問題

在VXS系統(tǒng)的移交以及調(diào)試過程中，遇到了一些典型問題，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：此階段會發(fā)現(xiàn)各類安裝類、設(shè)計(jì)類、設(shè)備缺陷類問題。下面以故障現(xiàn)象分類，分析可能的原因。a.風(fēng)機(jī)振動超標(biāo)：風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子動平衡不好；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)潤滑油管松動；風(fēng)機(jī)與電機(jī)的軸對中性不好。b.電機(jī)運(yùn)行溫度超標(biāo)：此類問題較為常見，一般驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)為相對環(huán)境溫升小于40℃。可能原因：從設(shè)備安裝至移交調(diào)試，因受工程進(jìn)度制約，往往間隔較長甚至是幾年時間，設(shè)備出廠時所帶的潤滑油脂極可能已過期變質(zhì)，須及時更換；潤滑油脂加注過多，須清除多余部分；可能是設(shè)備處于磨合期，在確認(rèn)無其他異常情況下可以繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，溫度會漸漸回落至穩(wěn)定。c.出現(xiàn)噪音：由振動高引起；風(fēng)機(jī)葉片或管道有異物；軸承安裝、潤滑不良；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)閥在線錯誤，如防火擋板未打開；如風(fēng)機(jī)出口有重力逆止風(fēng)閥，則可能該閥門葉片沒有全開，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)功率選型過小；流量計(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)問題：空氣處理單元中高效和低效過濾器合并安裝在一起，壓差計(jì)測量值為高低效過濾器的壓差之和，當(dāng)壓差過高時無法準(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)行部門移交時的文件審查。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。冬季時如沒有電伴熱等防凍保護(hù)，一定要擰開銅管下方的絲堵進(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

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)對其他通風(fēng)系統(tǒng)的調(diào)試也會更有益處。

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.