核電廠SEC泵房高溫報警問題的分析與改進

黃耀，張繼東

（中廣核研究院有限公司，廣東深圳518124）

1 問題描述

2017.8.22日某核電廠1號機組與3號機組主控室相繼出現1DWS012KA（B列SEC泵房溫度高）和3DWS011KA（A列SEC泵房溫度高）報警，現場檢查SEC（重要廠用水系統）泵房內溫度已接近或超過40℃，達到了報警設定值從而引發報警。為保證SEC泵的安全可用，主控室操縱員啟動了同列中備用的另一臺SEC泵，停運了產生報警的SEC泵。隨著SEC泵的切換運行與室外高溫條件的逐漸緩解，SEC泵房高溫報警的問題得以解決。

2 原因分析

DWS（重要廠用水泵站通風系統）是一種“機械進風＋自然排風”的直流式通風系統，每臺機組由A、B兩列組成，每列均為兩個實體隔離的SEC泵房進行通風，以保證房間內運行設備和維修人員在夏季有合適的溫度條件[1]。由于SEC系統是一個安全有關系統，而DWS系統是SEC系統正常運行所必需的，因此DWS也是一個安全有關系統[2]。

經查詢KNS（核電廠實時信息監控系統），1DWS012KA和3DWS011KA觸發時，相應的SEC泵運轉正常，電機軸承、繞組、泵軸承等各處溫度均滿足運行技術規范要求，無異常發熱情況，室內熱負荷也維持在正常水平，并無明顯改變。DWS風機、閥門、過濾器等各項參數均正常，運行穩定，可初步排除DWS通風換熱故障。DWS溫度探頭經校驗后也無問題，動作偏差在允許范圍內。

SEC泵房高溫報警產生時現場實測DWS入口溫度為36.6℃，而查詢DWS系統設計手冊，入口溫度設計基準值為33.5℃，該基準溫度來源于《廠址有關設計數據》。其選取的是最近10年3個最熱月中等于或超過1%時間的干球溫度（即平常所說的氣溫）。根據設備維修手冊，SEC泵及電機熱負荷為40kW，CFI泵的熱負荷為6kW，總熱負荷是46kW，室外溫度取36.6℃，室內溫度取40℃，計算所需風量為[3-5]：

式中，Q——室內熱負荷；

ρ——空氣密度,在標準大氣壓下，溫度為35℃時，；

c——空氣定壓比熱容，一般可取℃；

tn——室內溫度，也即DWS入口溫度；

tw——室外溫度；

即在室外溫度36.6℃時，要保證室內溫度不高于40℃，需要風量為42289，

而實際測量的DWS最大風量為38512，實際風量偏小。

對比同緯度地區的其他電廠，DWS系統的設計基本相似，采用的風機等主要設備也都一致。分析各電廠SEC泵數據（表1）發現，L/K及D電廠采用的電機功率較小，其熱負荷也相應較小。L/K電廠從未出現過SEC泵房高溫報警，D電廠曾出現過報警，但通過調大風閥開度后，沒有再出現報警的情況。而Y/N/F采用的電機功率較大，其熱負荷也相應較大，這些電廠均發生過SEC泵房高溫報警的事件，且有重發的情況。通過分析同期歷史氣象資料發現，Y/N/F電廠的報警全部發生在當地極端高溫天氣出現之時，在此條件下，DWS通風設計余量難以滿足SEC泵房降溫的需求，因此產生高溫報警。

表1 各電廠SEC泵數據

3 應對與解決措施

根據上述分析，SEC泵房高溫報警產生的主要原因是極端高溫天氣超出了DWS通風系統的設計基準和余量，SEC泵房內的熱負荷難以及時排出，室內溫度上升到傳感器設定值而產生報警。因此，應對與解決措施主要考慮從控制熱源、改善通風、修改報警等三方面著手。

①控制熱源方面，作為臨時措施，可考慮切換運行的SEC泵。由于每個SEC泵是安裝在不同的房間，相互之間是實體隔離的，因此，切換運行的SEC泵可使存在報警的房間不再有熱負荷產生，房間內的溫度能夠逐步得到冷卻、恢復正常。

②改善通風方面,可調大DWS風閥開度，以減少風阻增加通風風量。

如圖1所示，假設風機在正常情況下工作在A點（此時風機并不一定滿載運行）。當調大風閥開度時，靜壓會減小，風機工作點將由A點移動至B點，此時風量將會增加。但某電廠在出現SEC泵房高溫報警時，現場風閥開度已調至最大，無法再通過調節風閥來增大風量。

在DWS室外進風口處增加間接蒸發式降溫設備，利用水吸熱的原理在高溫天氣下可獲得溫度略低的冷空氣，使其達到目前通風設計室外參考溫度，此類型設備在廣東工廠車間應用廣泛，其降溫效果經過驗證可以滿足工藝要求。

臨時打開DWS過濾間的門，或將其改成格柵狀永久固化，從PX泵站大廳獲取比室外溫度低的空氣作為一路進風，與原室外進風混合后送入SEC泵房。按并聯風管的阻力平衡法，可知兩路風的比例約為4：10，這樣泵房送風溫度將比全部從室外吸取低2℃左右。N電廠曾采取此臨時措施，經驗證的確能夠有效降低房間溫度，消除報警。

在SEC泵房增加工業風扇對房間輔助循環，加強對流。F電廠采用后效果尚可，報警消失。增加DWS在泵房底部位置出風口面積，也可改善SEC泵的周圍空氣流動性差的問題，使房間溫度分布更均勻。

增加風量為5000的臨時風機，確保極端氣候條件下SEC泵房溫度不超出運行技術規范要求。

DWS新風入口設計基準溫度為33.5℃，但根據近幾年的實際情況，夏季環境溫度較容易超出設計基準值，且《廠址有關設計數據》中的極端最高氣溫為38.3℃。根據 NB/T 20095-2012《壓水堆核電廠安全殼外供暖、通風、空調系統設計準則》第5.5.1節廠址環境設計依據，第一，應選擇最惡劣的觀測值作為每一主導氣象參數或氣象參數組合；第二，如果能夠證明，短時期內超過不如設計基準條件惡劣的氣象條件所導致的后果是可以接受的，則可以采用這樣的氣象條件[6]。故此應重新評估校核現有DWS系統容量是否能夠滿足極端氣候條件下通風降溫的需求，考慮對DWS系統進行整體改造。

圖1 風量－靜壓特性曲線

③修改報警方面，通過分析原始設計依據、設備運行條件從而考慮將報警設定值提高，也可以解決報警問題。SEC泵廠家澄清泵及電機可在5～45℃環境條件下長期穩定運行。后續可從工藝角度分析修改定值的影響，但這要評估更高溫度環境對其他設備的影響，同時還需關注維修人員在此作業的職業安全等問題。

此外，還有一種意見認為可以將DWS溫度探頭進行優化布置來解決DWS高溫報警問題。但筆者認為此方案并未從根本上直面高溫產生報警的原因，雖然優化布置（比如將溫度探頭移到房間內溫度較低的地方）后可能不再出現報警，但這其實只是掩耳盜鈴。移位后新的安裝位置并不一定能夠代表SEC泵房的真實環境溫度，其對SEC泵的運行的影響也難以評估。基于保守設計考慮，現在的探頭布置在SEC泵房-5m左右的樓梯轉角平臺處，與SEC泵電機大體在同一高度，距離1～2m，能夠較真實地測量SEC泵電機周圍環境溫度，其產生報警也可以提醒操縱員注意SEC泵電機是否存在異常情況，為設備安全運行提供多一重保障。