某核電廠熱檢修廠房暖通系統(tǒng)調(diào)試研究與分析

劉世昊，羅偉濤

（上海核工程研究設(shè)計院，上海200233）

某核電廠熱檢修廠房暖通系統(tǒng)調(diào)試研究與分析

劉世昊，羅偉濤

（上海核工程研究設(shè)計院，上海200233）

介紹了某核電廠熱檢修廠房的空調(diào)與通風(fēng)系統(tǒng)及其控制方案；通過對該廠房空調(diào)與通風(fēng)系統(tǒng)的調(diào)試，發(fā)現(xiàn)部分房間排風(fēng)量不足，冬季室溫達不到設(shè)計溫度等問題，并對引起這些問題的原因進行了分析；根據(jù)分析，總結(jié)了熱檢修廠房空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計、調(diào)試、運行維護等需要注意的問題，強調(diào)了系統(tǒng)調(diào)試對保證熱檢修廠空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)正常運行的重要性。

熱檢修廠房；空調(diào)通風(fēng)；調(diào)試

0 引言

通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)調(diào)試是工程施工重要組成部分，是對系統(tǒng)設(shè)計以及施工質(zhì)量進行復(fù)查的過程。但有許多工程不太重視調(diào)試過程，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)未進行調(diào)試就投入運行。通過某核電廠熱檢修車間通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)調(diào)試，研究分析調(diào)試問題發(fā)生的原因，總結(jié)調(diào)試經(jīng)驗，加強設(shè)計人員的技術(shù)儲備。

1 項目簡介

1.1 工程概況

熱檢修廠房的功能是對經(jīng)過清洗去污后的設(shè)備、部件進行維修和檢修，對一些特殊檢修設(shè)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(qū)（辦公室等）和放射性工作區(qū)（檢修區(qū)）。通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)除保證廠房溫度要求外，還保證廠房內(nèi)放射性工作區(qū)相對于無放射性工作區(qū)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(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量根據(jù)各功能區(qū)和房間負荷計算的總風(fēng)量和換氣次數(shù)計算的風(fēng)量，兩者取大值來決定。送風(fēng)量約為排風(fēng)量80%。

1.2 空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)

廠房通風(fēng)系統(tǒng)按樓層劃分，為了保證廠房內(nèi)不被重復(fù)污染，采用全直流通風(fēng)形式。

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

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

辦公區(qū)域和配電間設(shè)置獨立的分體空調(diào)，滿足各季節(jié)房間溫度要求。另外辦公區(qū)域設(shè)置獨立新風(fēng)機組，滿足辦公室人員舒適度要求。

1.3 空調(diào)冷熱源

熱檢修廠房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的總冷負荷為: 1272kW；通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的總熱負荷為:1170kW。冷熱源均來自風(fēng)冷式熱泵機組。選擇2臺50%容量的風(fēng)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(tǒng)設(shè)計為帶開式膨脹水箱的閉式系統(tǒng)，選擇3臺定流量循環(huán)水泵，2用1備，滿足冷凍機流量和系統(tǒng)壓降，并設(shè)置壓差控制閥，適應(yīng)用戶需求變化以維持水系統(tǒng)的流量控制。

2 設(shè)備單機試運轉(zhuǎn)及調(diào)試

空調(diào)系統(tǒng)的主要設(shè)備和附屬設(shè)備必須進行各設(shè)備單機試運轉(zhuǎn)，并應(yīng)達到施工驗收規(guī)范[1]的規(guī)定或產(chǎn)品的技術(shù)標準。所有設(shè)備在調(diào)試前應(yīng)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(fēng)機單體調(diào)試

通風(fēng)機單體調(diào)試過程中需確認葉輪旋轉(zhuǎn)方向是否正確；葉輪旋轉(zhuǎn)是否平穩(wěn)；風(fēng)機振動和噪聲是否滿足相關(guān)規(guī)范[2][3]的要求；電機運行功率應(yīng)符合設(shè)備技術(shù)文件的規(guī)定；在額定轉(zhuǎn)速下連續(xù)運轉(zhuǎn)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(diào)試

確認水泵葉輪旋轉(zhuǎn)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(shè)備技術(shù)文件的規(guī)定。水泵連續(xù)運轉(zhuǎn)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(diào)試

根據(jù)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(tài)，各連接部件不得有過松或過緊現(xiàn)象；空氣處理機組噪聲應(yīng)滿足G B 14294-2008的要求；機組振動速度應(yīng)不大于4m m/s，且垂直方向的振幅不應(yīng)大于15。

2.4 空氣過濾機組單體調(diào)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(tǒng)穩(wěn)定性要求很高，考慮現(xiàn)場調(diào)試的條件，通常采用壓力降試驗方法。

將機組進出風(fēng)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(nèi)，加壓至5000Pa，維持機組內(nèi)溫度變化在±0.25℃范圍內(nèi)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(yīng)超過額定風(fēng)量的0.05%。

式中Pf—試驗邊界內(nèi)的最終壓力，Pa；

Pi—試驗邊界內(nèi)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(jié)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(nèi)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(tǒng)風(fēng)機，觀察系統(tǒng)總管流量儀表的示數(shù)，調(diào)節(jié)總管風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，使流量儀表示數(shù)穩(wěn)定在設(shè)計值±10%內(nèi)。穩(wěn)定運行后，在H EPA過濾器迎風(fēng)面，用熱球風(fēng)速計逐點測量每個過濾器中心位置的斷面風(fēng)速。測點距離每個過濾器表面約15cm。計算過濾器斷面平均風(fēng)速。當所有測點風(fēng)速與平均風(fēng)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(tǒng)風(fēng)機，觀察系統(tǒng)總管流量儀表的示數(shù)，調(diào)節(jié)總管風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，使流量儀表示數(shù)穩(wěn)定在設(shè)計值±10%內(nèi)。穩(wěn)定運行后，在H EPA過濾器迎風(fēng)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(yù)過濾器前的預(yù)留試驗孔，通過氣溶膠發(fā)生裝置注入試驗用氣溶膠。5m in后，讀取各測點的讀數(shù)，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(tǒng)風(fēng)機，觀察系統(tǒng)總管流量儀表的示數(shù)，調(diào)節(jié)總管風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，使流量儀表示數(shù)穩(wěn)定在設(shè)計值±10%內(nèi)。穩(wěn)定運行后，在H EPA過濾器段迎風(fēng)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(fēng)管上布置下游氣溶膠濃度取樣點。通過經(jīng)混合均勻性驗證的氣溶膠注入孔，注入試驗用氣溶膠，經(jīng)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(shù)，共讀取5組數(shù)據(jù)，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(fēng)系統(tǒng)調(diào)試

3.1 風(fēng)量測定

總風(fēng)量測定的測點應(yīng)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(fēng)管長邊尺寸（圓形風(fēng)管直徑）及局部阻力之前大于或等于2倍矩形風(fēng)管長邊尺寸（圓形風(fēng)管直徑）直管段上。當測量截面的氣流不均勻時，應(yīng)增加測量截面上的測點數(shù)量。用畢托管測量每一測點的風(fēng)速，取平均值后計算出總風(fēng)量。

系統(tǒng)總風(fēng)量調(diào)試結(jié)果與設(shè)計風(fēng)量的偏差不應(yīng)大于10%[4]。

3.2 風(fēng)量平衡試驗

根據(jù)管網(wǎng)系統(tǒng)的運行特性，一般以公式2表示:

式中ΔP—管路系統(tǒng)的壓力，Pa；

K—管路的阻力特性系數(shù)，Pa·s2/m6；

L—管道內(nèi)流量，m3/s。

由于系統(tǒng)的總流量是恒定的，這就會造成遠離主管路的支管或者風(fēng)口的流量減小，需要對每一支路的閥門進行調(diào)節(jié)，到達各風(fēng)口風(fēng)量的設(shè)計要求。

按工程實際情況，繪制系統(tǒng)單線透視圖（圖2為地下層送風(fēng)系統(tǒng)單線圖），應(yīng)標明風(fēng)管尺寸，測點截面位置，風(fēng)口位置，設(shè)計風(fēng)量，截面面積等。

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

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

風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量調(diào)整好以后，應(yīng)將所有風(fēng)閥固定并在調(diào)節(jié)閥手柄上用油漆作出標記[5]。

通風(fēng)系統(tǒng)經(jīng)過平衡調(diào)整，各風(fēng)口的風(fēng)量與設(shè)計風(fēng)量的允許偏差不應(yīng)大于15%[4]。

3.3 負壓測定

圖2 地下層送風(fēng)系統(tǒng)單線圖

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

各房間壓力測定要求在所有門窗關(guān)閉的情況下進行，測管口設(shè)在室內(nèi)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(tǒng)調(diào)試

4.1 風(fēng)冷熱泵、水泵與電動兩通閥聯(lián)動試驗

為了確保風(fēng)冷熱泵機組正常運行，空調(diào)水系統(tǒng)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(guān)閉順序為:熱泵機組關(guān)閉時，關(guān)閉水泵，然后再關(guān)閉電動兩通閥。

4.2 壓差旁通閥控制整定值設(shè)定

根據(jù)壓差旁通壓差調(diào)節(jié)閥全開和全關(guān)狀態(tài)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(diào)試問題分析

5.1 排風(fēng)量不足問題

（1）問題描述:在廠房地上層排風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量平衡調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)廠房1-7軸區(qū)域檢修二區(qū)大廳以及同一排風(fēng)支路上閥門維修檢驗房間的排風(fēng)量沒有達到設(shè)計流量。

（2）原因分析:地上層排風(fēng)管分兩個支路經(jīng)匯合后進入豎井向下進入地下層的排風(fēng)機房。其中一個排風(fēng)支路負責(zé)1-7軸檢修二區(qū)大廳以及閥門維修檢驗房間；另一排風(fēng)支路負責(zé)8-12軸檢修一區(qū)大廳。由于8-12軸排風(fēng)管長度及風(fēng)速都小于1-7軸排風(fēng)管，根據(jù)風(fēng)管內(nèi)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(fēng)管壓力損失與風(fēng)管內(nèi)風(fēng)速的二次方成正比，所以8-12軸風(fēng)管總阻力大于1-7軸風(fēng)管總阻力。

式中Rm—單位長度摩擦壓力損失，Pa/m；

v—風(fēng)管內(nèi)空氣的平均流速，m/s；

ρ—空氣密度，kg/m3；

λ—摩擦阻力系數(shù)；

Rs—風(fēng)管水力半徑，m。

式中Z—局部壓力損失，Pa/m；

ξ—風(fēng)管部件局部阻力系數(shù)。另一方面，7-8軸為廠房變形縫，變形縫處由于廠房兩側(cè)標高不一致使得風(fēng)管長寬比過大，導(dǎo)致1-7軸風(fēng)管總阻力產(chǎn)生不利影響，且經(jīng)現(xiàn)場勘察發(fā)現(xiàn)變形縫中軟連接長度過長排風(fēng)負壓引起軟接收縮堵塞排風(fēng)主管截面，如圖3所示。

調(diào)試過程中調(diào)小8-12軸支路風(fēng)量調(diào)節(jié)閥并沒有達到增大1-7軸風(fēng)管排風(fēng)量的效果，并且會出現(xiàn)一臺排風(fēng)機喘振現(xiàn)象，說明排風(fēng)機吸風(fēng)不足。

圖3 7-8軸廠房變形縫處風(fēng)管布置

（3）問題解決:現(xiàn)場切短變形縫處過長的軟連接；經(jīng)核算排風(fēng)系統(tǒng)最不利環(huán)路為閥門維修檢驗房間支路，為了減小系統(tǒng)阻力增大閥門維修檢驗房間的排風(fēng)管支管截面積，并取消了該支路上的風(fēng)量調(diào)節(jié)閥。經(jīng)過上述改造后，系統(tǒng)排風(fēng)量達到了設(shè)計值。

5.2 冬季室溫不滿足設(shè)計要求

（1）問題描述:冬季調(diào)試過程中，檢修大廳的溫度不滿足設(shè)計要求。

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

基于上述兩個原因?qū)е聼嶝摵稍黾右约按罅康睦滹L(fēng)侵入，現(xiàn)場實測檢修大廳溫度為15℃達不到18℃的設(shè)計要求。

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

5.3 部分送風(fēng)口風(fēng)量難以調(diào)節(jié)

（1）問題描述:地上層儀表控制間送風(fēng)口實測風(fēng)量比設(shè)計風(fēng)量大一倍，且難以調(diào)小。

（2）原因分析:圖4為儀表控制間管路布置設(shè)計圖紙，送風(fēng)總管分兩個支路，一個支路為儀表控制間的送風(fēng)管尺寸為250×200，另一支路為閥門維修檢驗房間的送風(fēng)管尺寸為500×200。送風(fēng)總管（三通上游）和閥門維修檢驗房間送風(fēng)總管設(shè)有風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，而儀表控制間送風(fēng)管未設(shè)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥。儀表控制間送風(fēng)管阻力明顯小于另一支路，導(dǎo)致送風(fēng)都流向儀表控制間，而該房間送風(fēng)支路未設(shè)有風(fēng)量調(diào)節(jié)閥無法調(diào)小送風(fēng)量，導(dǎo)致風(fēng)量平衡調(diào)試困難。

圖4 儀表控制間風(fēng)管布置圖（修改前）

（3）問題解決:在儀表控制間送風(fēng)支管上增設(shè)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，如圖5所示，修改后可以調(diào)小儀表控制間送風(fēng)量，各支路風(fēng)量達到設(shè)計要求。

圖5 儀表控制間風(fēng)管布置圖（修改后）

6 結(jié)語

核電廠熱檢修廠房通風(fēng)系統(tǒng)不同于一般舒適性空調(diào)系統(tǒng)，鑒于廠房與室外負壓要求，送、排風(fēng)的風(fēng)量平衡調(diào)試需嚴格把控保證負壓要求；廠房排風(fēng)經(jīng)過濾后排放，相比一般舒適性空調(diào)系統(tǒng)調(diào)試增加了過濾機組的現(xiàn)場試驗。調(diào)試中存在的問題也需要在設(shè)計階段注意，施工設(shè)計必須詳細計算系統(tǒng)管路阻力；非最不利環(huán)路末端需設(shè)置風(fēng)量調(diào)節(jié)閥。設(shè)計人員在系統(tǒng)調(diào)試過程中的所積累的經(jīng)驗有利于提高設(shè)計水平，預(yù)防設(shè)計問題影響系統(tǒng)正常運行。一個設(shè)計及安裝優(yōu)良的系統(tǒng)如果有沒經(jīng)過調(diào)試也是無法達到設(shè)計與使用要求的。

[1]GB50243-2002，通風(fēng)與空調(diào)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S].

[2]JB/T8698-1998，通風(fēng)機振動檢測及其限制[S].

[3]GB/T2888-2008，風(fēng)機和羅茨風(fēng)機噪聲測量方法[S].

[4]GB50243-2002，通風(fēng)與空調(diào)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S].

[5]肖健松，弓經(jīng)遠，林先凡.通風(fēng)與空調(diào)工程系統(tǒng)調(diào)試技術(shù)要點[J].暖通空調(diào)，2006，36（4）：113-115.

[6]陸耀慶.實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)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(tǒng)設(shè)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(tǒng)設(shè)計工作。

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