AP1000安全殼空氣過濾系統設計分析及改進

劉紅陽

摘 要：安全殼空氣過濾系統是保證操作人員和環境安全的重要系統，文章通過調試安全殼空氣過濾系統得出的經驗，對其設計進行了分析并提出了改進方案，對后續同類型核電的設計和調試有重要的指導意義。

關鍵詞：AP1000；安全殼過濾系統；設計

引言

AP1000全球首堆正在中國建設中，并且已經進入了調試的關鍵時期。在中國的AP1000電站發電之前，AP1000只是存在于理論的設計中，設計上會存在不完善的地方。因此安全殼空氣過濾系統在冷試期間安排很多的試驗項目，這些項目都是有針對性的驗證這個系統的設計功能，從而發現其中的設計缺陷，保證機組的安全運行。

1 系統簡介

安全殼空氣過濾系統由兩個100%容量的送風和排風子系統組成。送風子系統兩臺風機并列運行，向安全殼提供外部空氣。排風子系統兩臺風機并列運行，將安全殼、燃料操作區與輔助和附屬廠房放射性控制區的空氣排到環境中。安全殼空氣過濾系統在電站正常運行期間間斷地提供外部空氣，來凈化和過濾安全殼大氣中的氣載放射性物質；在電廠熱停堆或冷停堆工況期間連續運行，以降低氣載放射性水平，供人員進入。VFS系統的間歇運行為了維持安全殼壓力在技術規格書限值以內，為安全殼壓力容器提供真空泄壓。

2 系統設計功能及問題分析

2.1 安全殼空氣過濾系統設計功能

2.1.1 安全相關設計功能：安全殼隔離

（1）在設計基準事件期間，安全殼空氣過濾系統通過隔離貫穿安全殼的送、排風管線和為安全殼壓力容器提供真空釋壓來維持安全殼壓力邊界的完整性。

（2）在發生設計基準事件后，安全殼空氣過濾系統通過關閉相關閥門，防止了放射性物質的顯著釋放。安全殼大氣與安全殼空氣過濾系統送、排風管線的安全殼隔離閥之間配備有碎片濾網，可保證閥門關閉嚴密。

2.1.2 非安全相關設計功能

（1）為安全殼提供間歇通風，維持安全殼大氣壓力在設計壓力范圍內。

（2）調節安全殼送風濕度，降低安全殼冷卻盤管上的冷凝。

（3）當監測到燃料操作區域和輔助/附屬廠房輻射控制區（不包含保健物理和熱機加工車間）正常排氣放射性高時，處理以上區域的排氣，并維持這些區域相對于鄰近清潔區域的微負壓。

（4）當燃料操作區域和輔助/附屬廠房輻射控制區由于氣體放射性高或廠房壓差高被隔離時，維持這些區域的微負壓。

2.2 安全殼空氣過濾系統設計問題分析

通過一系列的調試試驗發現以下的設計問題：

（1）送風及排風管道上的4個核級安全殼隔離閥的可靠性差，通過調試期間的閥門單體試驗，發現設計上要求幾秒鐘之內開關的這幾個閥門，基本上很難滿足要求。

（2）送風風機選型與管道阻力不匹配，當啟動一列送風風機時，管道阻力過小，發現風機入口導葉開度很小，不到10%，風機流量卻已經達到了設計流量。根據風機的特性曲線判斷，這樣的工況點偏離了風機的最佳運行工況點。而兩列送風風機運行時，管道阻力過大，導葉開度很大，幾乎達到全開。

（3）兩列送風風機在現場的布置太近，相互之間影響很大。當一列送風風機在運行時，這時啟動另一列風機，就會對運行的風機產生很大影響，甚至直接使正在運行的風機低流量跳機。

（4）排風風機入口差壓始終達不到設計值，排風機入口負壓不夠大。因為排風機入口設計了兩個并聯的閥門，一個調節型氣動閥和一個開關型氣動閥。設計的意圖是：排風風機啟動的一瞬間，先自動聯鎖打開調節型氣動閥，當調節型氣動閥達到100%開度時，開關型氣動閥才會打開，實際的情況是調節型氣動閥完全不起調節作用，導致每次風機啟動開關型氣動閥都會打開，導致排風機入口負壓不滿足要求。

（5）兩列送風風機和排風風機同時運行時，無法維持安全殼大氣壓力在設計壓力范圍內。安全殼壓力會持續升高，最終導致送風風機阻力越來越大，最后低流量跳機。

3 系統設計改進方案

（1）為了使閥門的開關時間滿足要求，可以在啟動執行機構上增加氣動放大器，加快閥門開啟速度，同時更改電磁閥類型加快排氣速度。

（2）針對送風風機選型與管道阻力不匹配的問題，可以考慮在每臺送風風機的出口至兩臺風機的公共母管之前的這段管線上增加一個手動擋板。這樣通過增加的閥門來調節各自風機的阻力，不會相互影響，可以將單列運行時的導葉開度調大到30%-40%，這樣風機就能運行在最佳性能點附近。

（3）AP1000廠房空間的設計比較緊湊，兩列送風風機所在的廠房布置管道的空間有限，但是可以考慮使兩列風機出口管線交匯的點盡量遠離風機出口，這樣可以減小相互之間的影響。

（4）排風機入口負壓不夠大主要是風機入口管道設計不合理。調節型氣動閥的管道截面太窄，當啟動排風風機時，調節型氣動閥開始慢慢打開，此時排風機入口負壓非常大，達到了10倍的設計值，但是直到調節型氣動閥全開，入口負壓也高于設計值，所以開關型氣動閥會打開，然后入口負壓就低于設計值。所以只要適當增大調節型氣動閥這一路的管徑，就可以在調節型氣動閥打開而開關型氣動閥不打開的情況下滿足排風機入口負壓的設定值。

（5）送風風機與排風風機的設計流量是相等的，理論上應該達到風量平衡的狀態，安全殼的壓力應該不會波動。送風風機與排風風機的流量調節全靠風機入口導葉，而導葉又受風機出口的矩陣式流量計控制，如果流量計不準確很難保證風量平衡，所以需要更換流量計類型，選用更加精確的流量計。

4 結束語

作為一名調試工作者，在調試試驗中驗證系統設計，發現設計中的問題，并提出解決方案，這才是調試的目的所在。在發現問題和解決問題的過程中，既提高了調試能力，又保證了核電站的安全。文章的問題探討和經驗總結，對后續核電的建設和調試將會起到指導和借鑒意義。

參考文獻

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