某核電廠熱檢修廠房暖通系統調試研究與分析

劉世昊，羅偉濤

（上海核工程研究設計院，上海200233）

某核電廠熱檢修廠房暖通系統調試研究與分析

劉世昊，羅偉濤

（上海核工程研究設計院，上海200233）

介紹了某核電廠熱檢修廠房的空調與通風系統及其控制方案；通過對該廠房空調與通風系統的調試，發現部分房間排風量不足，冬季室溫達不到設計溫度等問題，并對引起這些問題的原因進行了分析；根據分析，總結了熱檢修廠房空調通風系統設計、調試、運行維護等需要注意的問題，強調了系統調試對保證熱檢修廠空調通風系統正常運行的重要性。

熱檢修廠房；空調通風；調試

0 引言

通風空調系統調試是工程施工重要組成部分，是對系統設計以及施工質量進行復查的過程。但有許多工程不太重視調試過程，通風空調系統未進行調試就投入運行。通過某核電廠熱檢修車間通風空調系統調試，研究分析調試問題發生的原因，總結調試經驗，加強設計人員的技術儲備。

1 項目簡介

1.1 工程概況

熱檢修廠房的功能是對經過清洗去污后的設備、部件進行維修和檢修，對一些特殊檢修設備進行操作模擬等。熱檢修廠房為地下，地上各一層建筑，分無放射性工作區（辦公室等）和放射性工作區（檢修區）。通風空調系統除保證廠房溫度要求外，還保證廠房內放射性工作區相對于無放射性工作區為負壓，且整個廠房相對于室外大氣為輕微負壓。熱檢修廠房空調通風系統的風量根據各功能區和房間負荷計算的總風量和換氣次數計算的風量，兩者取大值來決定。送風量約為排風量80%。

1.2 空調通風系統

廠房通風系統按樓層劃分，為了保證廠房內不被重復污染，采用全直流通風形式。

送風系統采用三臺送風空氣處理機組。其中一臺為地下層服務，容量為1×100%，系統風量為32300m3/h；另外兩臺為地上層服務，容量為2×50%，每臺機組的系統風量為27200m3/h。

廠房排風先經過排風過濾機組過濾后，再經排風機排至廠房煙囪。排風過濾機組包括預過濾器和高效粒子空氣過濾器。選用三套排風過濾機組和排風機，其中一套為地下層服務，容量為1×100%，系統風量為40500m3/h；另外兩套為地上層服務，容量為2×50%，每臺機組的系統風量為34000m3/h。

辦公區域和配電間設置獨立的分體空調，滿足各季節房間溫度要求。另外辦公區域設置獨立新風機組，滿足辦公室人員舒適度要求。

1.3 空調冷熱源

熱檢修廠房通風空調系統的總冷負荷為: 1272kW；通風空調系統的總熱負荷為:1170kW。冷熱源均來自風冷式熱泵機組。選擇2臺50%容量的風冷熱泵機組，安裝在0.00m室外，夏季提供7℃的冷凍水；冬季提供45℃的熱水。冷凍水系統設計為帶開式膨脹水箱的閉式系統，選擇3臺定流量循環水泵，2用1備，滿足冷凍機流量和系統壓降，并設置壓差控制閥，適應用戶需求變化以維持水系統的流量控制。

2 設備單機試運轉及調試

空調系統的主要設備和附屬設備必須進行各設備單機試運轉，并應達到施工驗收規范[1]的規定或產品的技術標準。所有設備在調試前應確保接入與機組銘牌匹配的電源（包括電壓、相位、頻率等）。

2.1 通風機單體調試

通風機單體調試過程中需確認葉輪旋轉方向是否正確；葉輪旋轉是否平穩；風機振動和噪聲是否滿足相關規范[2][3]的要求；電機運行功率應符合設備技術文件的規定；在額定轉速下連續運轉2h后，滑動軸承外殼最高溫度不得超過70℃，滾動軸承不得超過75℃。

2.2 水泵單體調試

確認水泵葉輪旋轉方向正確，無異常振動和聲響，緊固連接部位無松動，其電機運行功率值符合設備技術文件的規定。水泵連續運轉2h后，滑動軸承外殼最高溫度不得超過70℃；滾動軸承不得超過75℃。

2.3 空氣處理機組單體調試

根據總裝配圖檢查各功能段是否符合裝配圖安裝要求，檢查緊固件鎖緊狀態，各連接部件不得有過松或過緊現象；空氣處理機組噪聲應滿足G B 14294-2008的要求；機組振動速度應不大于4m m/s，且垂直方向的振幅不應大于15。

2.4 空氣過濾機組單體調試

2.4.1 氣密性試驗

機組氣密性試驗有壓力恒定和壓力降兩種試驗方法。壓力恒定法對壓縮空氣系統穩定性要求很高，考慮現場調試的條件，通常采用壓力降試驗方法。

將機組進出風口用配對盲板法蘭封堵，其他所有外部接口全部密封。按照圖1試驗示意圖，完成壓縮空氣試驗管路與機組的連接。將壓縮空氣注入機組箱體內，加壓至5000Pa，維持機組內溫度變化在±0.25℃范圍內至少10m in。停止加壓，記錄初始大氣壓值，觀察5分鐘后，記錄終止壓力值、終止溫度和終止大氣壓。按公式1計算平均泄漏率Qave，不應超過額定風量的0.05%。

式中Pf—試驗邊界內的最終壓力，Pa；

Pi—試驗邊界內的初始壓力，Pa；

Qavg—平均泄漏率，L/s（空氣密度為1.201kg/m3）；

R—0.286kJ/kg·K；

Tf—試驗結束時的絕對溫度，K；

Ti—試驗開始時的絕對溫度，K；

V—試驗邊界內的體積，m3；

Δt—時間差，m in。

2.4.2 氣流分布均勻性試驗

啟動過濾機組配套的系統風機，觀察系統總管流量儀表的示數，調節總管風量調節閥，使流量儀表示數穩定在設計值±10%內。穩定運行后，在H EPA過濾器迎風面，用熱球風速計逐點測量每個過濾器中心位置的斷面風速。測點距離每個過濾器表面約15cm。計算過濾器斷面平均風速。當所有測點風速與平均風速的偏差不大于±20%時，證明H EPA過濾器斷面氣流分布是均勻的。

2.4.3 氣溶膠混合均勻性試驗

氣流分布均勻性試驗完成后，才能進行氣溶膠混合均勻性試驗。

啟動過濾機組配套的系統風機，觀察系統總管流量儀表的示數，調節總管風量調節閥，使流量儀表示數穩定在設計值±10%內。穩定運行后，在H EPA過濾器迎風面對準每個過濾器中心位置，布置一個氣溶膠濃度測點，測點距離過濾器表面15cm。在機組預過濾器前的預留試驗孔，通過氣溶膠發生裝置注入試驗用氣溶膠。5m in后，讀取各測點的讀數，計算平均濃度。當各測點濃度與平均濃度的偏差小于±20%時，證明采用該注入孔進行H EPA過濾器段效率試驗是可接受的。

2.4.4 HEPA過濾器段效率試驗

氣溶膠混合均勻性試驗完成后，才能進行H EPA過濾器段效率試驗。

啟動過濾機組配套的系統風機，觀察系統總管流量儀表的示數，調節總管風量調節閥，使流量儀表示數穩定在設計值±10%內。穩定運行后，在H EPA過濾器段迎風面中心位置布置上游氣溶膠濃度取樣點，取樣點距離過濾器表面15cm。在H EPA過濾器下游風管上布置下游氣溶膠濃度取樣點。通過經混合均勻性驗證的氣溶膠注入孔，注入試驗用氣溶膠，經過5m in后，每隔1m in同時讀取一次上游取樣點和下游取樣點的濃度讀數，共讀取5組數據，計算上游濃度平均值和下游濃度平均值。下游和上游氣溶膠濃度的比率代表H EPA過濾器段的就地泄漏率。

3 風系統調試

3.1 風量測定

總風量測定的測點應選擇在氣流均勻的直管段上，按氣流方向，宜在局部阻力之后大于或等于5倍矩形風管長邊尺寸（圓形風管直徑）及局部阻力之前大于或等于2倍矩形風管長邊尺寸（圓形風管直徑）直管段上。當測量截面的氣流不均勻時，應增加測量截面上的測點數量。用畢托管測量每一測點的風速，取平均值后計算出總風量。

系統總風量調試結果與設計風量的偏差不應大于10%[4]。

3.2 風量平衡試驗

根據管網系統的運行特性，一般以公式2表示:

式中ΔP—管路系統的壓力，Pa；

K—管路的阻力特性系數，Pa·s2/m6；

L—管道內流量，m3/s。

由于系統的總流量是恒定的，這就會造成遠離主管路的支管或者風口的流量減小，需要對每一支路的閥門進行調節，到達各風口風量的設計要求。

按工程實際情況，繪制系統單線透視圖（圖2為地下層送風系統單線圖），應標明風管尺寸，測點截面位置，風口位置，設計風量，截面面積等。

各送排風系統風口風量的測定采用通風罩進行測量，通風罩可直接讀取風口的風量。由于排風口空氣流動規律與送風口完全不同，送風射流以一定的角度向外擴散，而排風氣流則從四面八方流向回風口。所以在使用通風罩進行排風口風量測定時，需將通風罩帆布包住整個排風口外框，以避免測量值小于風口實際風量。

采用基準風口調整法對送、排風口進行平衡調整；先用通風罩將全部風口的風量初測一遍，并將各個風口實測風量與設計風量的比值記錄下來，找出各支管中比值最小的風口作為各自的基準風口；對各支管的風口進行調整，使各比值近似相等；調節各支管的風量調節閥，使相鄰支管的基準風口的實測風量與設計風量比值近似相等；最后調整總送風量達到設計值，再實測一遍風口風量，即為風口實際風量。

風系統的風量調整好以后，應將所有風閥固定并在調節閥手柄上用油漆作出標記[5]。

通風系統經過平衡調整，各風口的風量與設計風量的允許偏差不應大于15%[4]。

3.3 負壓測定

圖2 地下層送風系統單線圖

有別于其他工業廠房，熱檢修廠房功能是定期維修核電廠帶放射性設備，為了防止放射性外漏，需要將廠房設計成相對于室外微負壓，而廠房內還需保證放射性區域相對于無放射性區域保持負壓。

各房間壓力測定要求在所有門窗關閉的情況下進行，測管口設在室內沒有氣流影響的任何地方均可，使用微差壓計測量各房間之間以及廠房與室外的壓差。

4 水系統調試

4.1 風冷熱泵、水泵與電動兩通閥聯動試驗

為了確保風冷熱泵機組正常運行，空調水系統的正確開機順序為:電動兩通閥打開，啟動水泵，然后再啟動熱泵機組。關閉順序為:熱泵機組關閉時，關閉水泵，然后再關閉電動兩通閥。

4.2 壓差旁通閥控制整定值設定

根據壓差旁通壓差調節閥全開和全關狀態下供、回水壓差值，取中間值（0.13M Pa）作為壓差控制整定值。

5 調試問題分析

5.1 排風量不足問題

（1）問題描述:在廠房地上層排風系統風量平衡調試過程中，發現廠房1-7軸區域檢修二區大廳以及同一排風支路上閥門維修檢驗房間的排風量沒有達到設計流量。

（2）原因分析:地上層排風管分兩個支路經匯合后進入豎井向下進入地下層的排風機房。其中一個排風支路負責1-7軸檢修二區大廳以及閥門維修檢驗房間；另一排風支路負責8-12軸檢修一區大廳。由于8-12軸排風管長度及風速都小于1-7軸排風管，根據風管內沿程阻力損失和局部阻力損失計算公式（式3和式4）[6]可知，風管壓力損失與風管內風速的二次方成正比，所以8-12軸風管總阻力大于1-7軸風管總阻力。

式中Rm—單位長度摩擦壓力損失，Pa/m；

v—風管內空氣的平均流速，m/s；

ρ—空氣密度，kg/m3；

λ—摩擦阻力系數；

Rs—風管水力半徑，m。

式中Z—局部壓力損失，Pa/m；

ξ—風管部件局部阻力系數。另一方面，7-8軸為廠房變形縫，變形縫處由于廠房兩側標高不一致使得風管長寬比過大，導致1-7軸風管總阻力產生不利影響，且經現場勘察發現變形縫中軟連接長度過長排風負壓引起軟接收縮堵塞排風主管截面，如圖3所示。

調試過程中調小8-12軸支路風量調節閥并沒有達到增大1-7軸風管排風量的效果，并且會出現一臺排風機喘振現象，說明排風機吸風不足。

圖3 7-8軸廠房變形縫處風管布置

（3）問題解決:現場切短變形縫處過長的軟連接；經核算排風系統最不利環路為閥門維修檢驗房間支路，為了減小系統阻力增大閥門維修檢驗房間的排風管支管截面積，并取消了該支路上的風量調節閥。經過上述改造后，系統排風量達到了設計值。

5.2 冬季室溫不滿足設計要求

（1）問題描述:冬季調試過程中，檢修大廳的溫度不滿足設計要求。

（2）原因分析:1）由于調試期間正值一年中最寒冷季節，室外極端最低溫接近-10℃，而冬季空調室外計算干球溫度為-8℃；2）廠房氣密門與維護結構之間縫隙較大，而氣密門還未正式投入運行，由于廠房設計為相對于室外微負壓，室外未經處理的空氣會通過縫隙滲入廠房內。

基于上述兩個原因導致熱負荷增加以及大量的冷風侵入，現場實測檢修大廳溫度為15℃達不到18℃的設計要求。

（3）問題解決:采用保溫材料對氣密門與圍護結構縫隙進行臨時封堵，減少室外冷風滲入，在空調系統運行一段時間后房間溫度達到設計要求。

5.3 部分送風口風量難以調節

（1）問題描述:地上層儀表控制間送風口實測風量比設計風量大一倍，且難以調小。

（2）原因分析:圖4為儀表控制間管路布置設計圖紙，送風總管分兩個支路，一個支路為儀表控制間的送風管尺寸為250×200，另一支路為閥門維修檢驗房間的送風管尺寸為500×200。送風總管（三通上游）和閥門維修檢驗房間送風總管設有風量調節閥，而儀表控制間送風管未設風量調節閥。儀表控制間送風管阻力明顯小于另一支路，導致送風都流向儀表控制間，而該房間送風支路未設有風量調節閥無法調小送風量，導致風量平衡調試困難。

圖4 儀表控制間風管布置圖（修改前）

（3）問題解決:在儀表控制間送風支管上增設風量調節閥，如圖5所示，修改后可以調小儀表控制間送風量，各支路風量達到設計要求。

圖5 儀表控制間風管布置圖（修改后）

6 結語

核電廠熱檢修廠房通風系統不同于一般舒適性空調系統，鑒于廠房與室外負壓要求，送、排風的風量平衡調試需嚴格把控保證負壓要求；廠房排風經過濾后排放，相比一般舒適性空調系統調試增加了過濾機組的現場試驗。調試中存在的問題也需要在設計階段注意，施工設計必須詳細計算系統管路阻力；非最不利環路末端需設置風量調節閥。設計人員在系統調試過程中的所積累的經驗有利于提高設計水平，預防設計問題影響系統正常運行。一個設計及安裝優良的系統如果有沒經過調試也是無法達到設計與使用要求的。

[1]GB50243-2002，通風與空調工程施工質量驗收規范[S].

[2]JB/T8698-1998，通風機振動檢測及其限制[S].

[3]GB/T2888-2008，風機和羅茨風機噪聲測量方法[S].

[4]GB50243-2002，通風與空調工程施工質量驗收規范[S].

[5]肖健松，弓經遠，林先凡.通風與空調工程系統調試技術要點[J].暖通空調，2006，36（4）：113-115.

[6]陸耀慶.實用供熱空調設計手冊[M].北京:中國建筑工業出版社，2008.

Research and Analysis of HVAC System Commissioning in Maintenance Hot Workshop

LIU Shi-hao，LUO Wei-tao
（Shanghai Nuclear Engineering Research and Design Institute，Shanghai 200233，China）

Presents the H V AC system and its controllogic used in the M aintenance H ot W orkshop.Com m ission the H VA C system，findsthatthe exhaustairflow rate in som e room sisinsufficient，the tem perature inside cannotm eetthe design requirem ent.Analyse the causes.A ccording to the analysis,sum m arizes the factorsw hich should m ainly be considered when design,com m issioning，operating,m aintaining the system.Em phasize the im portance ofsystem com m issioning on the norm al operation ofH V A C system in M aintenance H otW orkshop.

m aintenance hot workshop；air conditioning and ventilation；com m issioning

TU 831,TM 623.8

B

2095-3429（2017）02-0050-05

2017-02-23

修回日期:2017-03-22

劉世昊（1986-），男，上海人，碩士，工程師，從事核電廠暖通動力系統設計工作；

羅偉濤（1982-），男，上海人，碩士，工程師，從事核電廠暖通動力系統設計工作。

D O I:10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.02.012