核電廠汽輪機房通風系統的精細化設計

黃德華

摘 要：隨著我國經濟發展建設，社會化大生產不斷壯大，對電能的需求日益增加，核電能源需求量也越來越多，這也就對核電工業提出了更高的發展要求。為了確保核電廠運行的安全穩定，則需要在各個環節上進行突破。汽輪機房是核電工業中不可缺少的重要組成部分，對核電運行的好壞直接起到影響與制約，其通風系統濕度和溫度非常關鍵，只有全面保證通風系統科學，才能推動核電工業發展。為了保證核電環境，需要對其運行狀態進行系統分析和評價，做好精細化CFD設計。文章主要通過對核電工業通風系統的描述，進一步提出CFD設計方法，確保核電風機廠房各個點溫度達到通風要求，確保核電廠高效穩定運行。

關鍵詞：核電廠；汽輪機房；通風系統；精細化設計

中圖分類號：TM623.9 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）30-0118-02

我國經濟發展過程中，出現了各地不均的問題，而核電廠的發展，也呈現了不規則的區點分布，一般南部沿海經濟發達地區的核電廠居多，對當地經濟發展建設起到推動的作用，在核電廠發電的運行過程中，安全是第一準則，而影響運行安全穩定的因素則是廠房溫度，溫度如果不符合運行標準，則會對發電安全產生巨大的影響與威脅，輕則出現設備的損壞，嚴重的還會導致人員傷亡。通常情況下，建設核電廠的時候，均會對通風環境進行充分考慮，通風設置主要是采取機械通風和自然通風兩種方式的結合，以此保證室內溫度和濕度達到設備運行需要，核電廠房通風系統設計的好壞，直接決定了通風效果與設備運行安全，只有全面做好精細化設計，才能建設出現代核電廠，保證穩定安全的發電需求。

1 核電廠通風系統概況

核電廠的運行非常復雜，應用設備量大，只有全面保證運行過程安全，才能實現全面生產，保證穩定供電。為了全面實現安全生產，則需要在安全系數上提高標準要求，使核電廠能夠安全運行，核電運行安全系統至關重要，在所有的安全設計中，通風空調系統則起到重要的作用，能夠充分保證核電安全系統得到良好控制。隨著科技的發展與進步，核電通風系統已經突破了傳統意義上的機械和自然通風概念，通過核電通風空調系統的安裝與使用，提高了安全運行系數，保證了運行的安全有效。空調系統具有強大的作用與功能，在全面實現室內通風的情況下，還能夠提供周邊環境的熱能分析，實現智能化控制。通風系統安全分析非常關鍵，主要由設計依據和系統運行規律兩部分構成。核電空調系統的良好運行，能夠全面保證核電廠廠房大環境，為核電穩定運行提供良好空間，進一步改善室內空氣污染條件，因為核電在運行過程中，存在較嚴重的放射，核電通風空調系統的使用，大大改變了惡劣生產環境，保證了各項參數的優良，實現濕度、溫度健康指標，避免空氣中放射性物質含量濃度的增加，保證了人員操作安全。

1.1 設計方案介紹

我國的核電廠多數集中在南方，根據當地氣候溫度特點，多是通過機械通風和自然通風相配合的方式，實現核電通風控制，兩種方式的有機結合，確保了核電運行安全與穩定。通常情況下，機械通風是輔助通風方式，能夠起到良好的作用，特別是針對南方的高溫溫熱特點，核電廠運行中多是采取了機械通風方法。根據核電工廠實際運行情況，我們發現工廠采取的是自然通風方式，自然通風為豎井，工程地下1層和2層設有開放部分，機械通風以屋頂風機和地下一層為主，輸送風量為350000m3/h。為了保證通風效果，中間層同樣設有通風系統，這樣，就能保證了全面通風效果。核電工廠運行的時候，室內整體溫度非常高，面臨夏季時節，平均最高溫度高達35℃以上，雨量大、晴天少，空氣濕度大，為了保證排風溫度，整體設置保持在40℃以下。

1.2 機組發熱量

核電廠是一個復雜的運行系統，汽輪機是最為重要的設備之一，通常情況下，汽輪機安裝在固定的汽輪機房里面，保證了各設備間的良好協調，汽輪機組是一個綜合性的系統，一般是由汽輪主機、輔助設備和通風管構成。當前，核電廠通風機組總發熱量高于2274.15kW，基本能夠滿足通風需求。核電廠通風施工，一定的嚴格進行計算，保證通風系統進風量滿足整體需要，確保設備良好運行。整體通風量的把握，不能代表局部溫度變化情況，所以說，在充分反映廠房內整體溫度和濕度的前提下，還需要對局部空間溫度合理控制，避免出現局部高溫現象。以往通風設計方案不能正確的傳達出局部溫度變化情況，只有全面進行通風系統設計優化，才能保證通風科學有效。CFD法是目前核電廠普遍使用的設計方法，這種方法操作簡便，能夠在模擬環境下，體現出室內環境情況，測試出室內整體和局部溫度變動情況，使廠房溫度判斷更加合理科學，保證了核電廠運行的穩定與安全。

2 模擬計算工況和結果

為了保證通風效果，需要通過多種設計方案進行優化，保證核電廠室內通風評價科學嚴謹，設定一個標準的溫度值，以標準值為參數，形成如下結果。

2.1 自然通風模擬

針對核電廠自身運行的狀況，可以采取自然通風的方式，這種方式對核電運行有較大影響，通常具有自然通風條件的廠房首選是自然通風設計。為了保證科學性，提取部分數據，可以在進行設計過程中，沿廠房方向全部敞開子空間進行通風，整體通風效果非常明顯，特別是與半封閉空間相對比，室內空氣條件和濕度得到了大大的改善，充分滿足了核電運行需要。這種情況下，對地下空間并沒有改善，主要是地下2層空間具有更高的密閉性、設備熱量過大，如果設計優良，還是可以進行自然通風的，也就是說，通過本次模擬試驗，設計時要盡量選擇自然通風的方法，更加科學有效，節省了投入，保證了效果。

2.2 模擬設計方法

針對本次設計，主要是采用了多種方案，從中優選與對比，提取到了科學的數據。第一種工況形式取得了良好的效果，整體把排風溫度控制到≤35℃，充分實現了給水泵、冷卻水泵等相關設備的降溫處置，保證了通風量與速度，在模擬過程中，通過一定時段的循環風量控制，使整體室內溫度有了把握，室內濕度保持合理范圍，經測算，室內核輻射物質出現了下降，總體空氣內含量較低，對人體沒有大的影響，基本保持平衡狀態，使危害降到最低限度。另外一種情況也按照標準進行設計，工況明顯不如第一種好，雖然在設計過程中，充分考慮到溫度環境要求，滿足了基本設計要求，控制好了排風溫度，但是室內設備溫度則較難掌控，因為長時間運行，使設備局部出現了溫度過高的情況。通過綜合評價和優化，認為第一種方法非常符合實際需要，根據工況設計思路，對相鄰廠房之間的排柱進行了重新設計，打開排柱后，使整體廠房形成了自然通風，事實上，通過模擬試驗，我們能夠實現標準要求，但這種標準只是停留在一定條件下的，在現實中有一些工況無法滿足自然通風，特別是受到惡劣環境影響大的，自然通風效果并不理想，為了保證通風需要，大多數采取機械通風的方式，以此輔助進行通風，確保設計合理的情況下，保證出風量具備針對性，幫助核電廠節省成本投入，增加經濟效益。endprint

3 模擬結果分析與優化

根據模擬試驗的結果，我們對各種數據進行了對比與分析，形成了不同的設計方案。

3.1 初步方案模擬結果

設計的方案不同，獲取的結果也存在差異，在實際操作中，一事實上要注重對各種方案的優化，只有利用CFD設計方法合理優化結果，才能保證最佳的通風設計效果，實現良好的效果。第一種情況下，主要存在的問題是地下2層局部設備溫度過高，為了解決這個問題，我們進行設計的時候，就需要在核電廠汽輪機房地下2層合適的地方，沿外風道向室內進行送風，使風量大于6000m3/h。可以增加4臺風機，保證每臺風機送風量20000m3/h。要想達到最好的效果，還可以根據現場情況，在地下1層和地下2層增設新風管，出風口距離地面高度保持在1.5m，全面解決好地下2層封閉和通風差的問題，通過輔助送風的方式，進一步優化設計理念。通過有效的優化設計，地下2層溫度得到解決，超標的溫度也控制到合理范圍，減少了局部高溫，科學有效的保證了室內通風環境的良好，控制了溫度及濕度。

3.2 優化效果分析

CFD模擬不需要過于復雜的環境，更不需要設計場景，所有的過程與程序都在廠內完成，通過CFD設計，保證核電廠室內通風效果更加合理化。核電廠施工建設，必不可少的存在部分地下施工，由于通風不好，導致事故的出現較廣泛，所以只有全面設計好通風環境，才能減少工程事故，保證施工安全，針對地下廠房汽輪機通風系統室內精細化設計是必要的環節。CFD軟件模擬計算室內通風方案完全可行，在所有設計方案中具有良好的成長性，通過設計優化，全面保證了汽輪機房通風優化方案大范圍減少溫度在40℃以上保證溫度得到合理控制，有效改善核電廠施工室內參數。為了保證設計的合理性，還能夠不斷根據實際情況進行修復，使原設計方案更加合理、精細，保證了效果。供貨商通過對管道發熱數據的提取，可以建立CFD數據模型，實時監測，達到減小能耗的目標。

4 結束語

核電廠建設和使用全面推動了經濟建設與發展，而進行設計的時候，通風空調系統是關鍵。可以說，核電施工過程較為危險，控制不力則會出現大量泄漏，威脅施工人員安全。施工通風則能全方位控制溫度、濕度，保證放射性污染物在安全范圍內。只有全面精細化設計好通風系統，做好科學系統評估，明顯提高室內溫濕條件，才能減少安全事故，保證供電任務順利完成。

參考文獻：

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