AP1000和M310機(jī)組主控室濕度控制對(duì)比分析

萬孝剛

摘 要：通風(fēng)系統(tǒng)為主控室提供合適溫濕度的送風(fēng)，在濕度較高的沿海環(huán)境下，目前在運(yùn)營(yíng)的海陽AP1000項(xiàng)目存在主控室濕度高于設(shè)計(jì)限值的問題。針對(duì)該問題對(duì)AP1000和M310機(jī)型的主控室通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)AP1000在主控室通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)上存在除濕能力不足的問題，由此引發(fā)通風(fēng)系統(tǒng)可靠性差易發(fā)生跳閘的現(xiàn)象，進(jìn)而增加安全相關(guān)系統(tǒng)（主控室應(yīng)急可居留系統(tǒng)）動(dòng)作的概率，降低電廠安全裕度。本文通過分析提出了相應(yīng)的解決方案，作為參考。

關(guān)鍵詞：AP1000核電站;主控室;通風(fēng)系統(tǒng);濕度

受我國(guó)核電站建設(shè)廠址選擇的影響，目前投入運(yùn)營(yíng)的核電站均位于沿海，空氣濕度較大，故主控室濕度控制成為一個(gè)需要關(guān)注的問題。而以投運(yùn)不久的海陽AP1000來看，目前AP1000的主控室濕度控制效果并不理想，故通過與二代機(jī)型M310進(jìn)行對(duì)比，通過兩者通風(fēng)系統(tǒng)的差異尋找AP1000主控室濕度高的原因，并探究可能的解決方案。

1 AP1000主控室通風(fēng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)備和部件的容量設(shè)計(jì)應(yīng)將啟動(dòng)主控室應(yīng)急可居留系統(tǒng)（VES）和依賴于非能動(dòng)冷卻熱阱的可能性最小化。受以上設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的要求，主控制室區(qū)域的設(shè)計(jì)溫度在19-24℃范圍內(nèi)，相對(duì)濕度在35-60%范圍內(nèi)。

主控室通風(fēng)系統(tǒng)的流程直接從大氣中取入的新風(fēng)與一部分主控室回風(fēng)進(jìn)行混合，經(jīng)過濾器吸附處理，加熱盤管、加濕器和冷卻盤管處理后送入主控室內(nèi)。其中加熱盤管僅在冬季投入，通過熱水系統(tǒng)提供的高溫水對(duì)空氣進(jìn)行加熱;加濕器在濕度較低時(shí)自動(dòng)投入運(yùn)行，以保證回風(fēng)濕度在45%，當(dāng)空氣濕度高于45%時(shí)停止運(yùn)行;冷卻盤管通入冷凍水，自動(dòng)控制冷凍水流量以保證回風(fēng)溫度在操縱員設(shè)定值（19-24℃）。

由以上系統(tǒng)運(yùn)行流程可知，在溫濕度均較高的夏季，例如2019年7月22日正午時(shí)海陽的氣溫為32℃，相對(duì)濕度68%（摘自中央氣象臺(tái)），對(duì)應(yīng)飽和蒸氣壓為4753.5Pa，則此時(shí)新風(fēng)的蒸氣壓為：

4753.5Pa×68%=3232.4Pa

回風(fēng)濕度由于加濕器和主控室濕度限值的要求，維持在45%-60%之間，假設(shè)此時(shí)處在最低濕度45%，溫度為22℃，對(duì)應(yīng)飽和蒸氣壓力為2643.3Pa，則此時(shí)回風(fēng)的蒸氣壓為：

2643.3Pa×45%=1189.5Pa

回風(fēng)流量和新風(fēng)流量的比例約為9：1，則兩者混合后的蒸氣壓為：

→3232.4Pa+1189.5Pa×9←10←=1393.8Pa

假設(shè)混合后空氣經(jīng)冷卻盤管冷卻至20℃，送至主控室后溫升為2℃，則主控室濕度為：

→1393.8Pa←2643.3Pa←=53%

由上可知，經(jīng)過一次混合后主控室濕度即由45%上升至53%，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，送風(fēng)會(huì)達(dá)到冷卻盤管出口20℃下的飽和蒸氣壓，即100%濕度，升溫2℃后進(jìn)入主控室的濕度為：

→2338.1Pa←2643.3Pa←=88%

再做一次極端的假設(shè)，即冷卻盤管出口溫度為主控室下限溫度19℃，進(jìn)入主控室后升至上限溫度24℃，此時(shí)主控室的濕度為：

→2196.8Pa←2983.3Pa←=73%

由上可知，AP1000的主控室通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)未考慮濕度高的問題，難以實(shí)現(xiàn)主控室濕度控制在60%以下的設(shè)計(jì)要求，實(shí)際海陽AP1000項(xiàng)目也一直存在主控室濕度高的問題。

2 M310主控室通風(fēng)設(shè)計(jì)

正常運(yùn)行期間，主控室的設(shè)計(jì)溫度在18-25℃之間，相對(duì)濕度在45%-65%之間，與AP1000的設(shè)計(jì)參數(shù)差別不大。

新風(fēng)和回風(fēng)混合后經(jīng)過濾器處理后通過冷卻器冷卻，冷卻器中冷卻水流量通過調(diào)節(jié)閥自動(dòng)控制，保證新風(fēng)和回風(fēng)混合后的溫度在目標(biāo)值，當(dāng)進(jìn)風(fēng)濕度較高時(shí)，將在此處降溫冷凝，然后經(jīng)過電加熱器加熱升溫，該加熱器正常情況下持續(xù)運(yùn)行，以將進(jìn)風(fēng)加熱至主控室適宜的溫度，并有效降低送風(fēng)濕度，最后通過加濕器后經(jīng)送風(fēng)機(jī)送入主控室。

3 對(duì)比和分析

經(jīng)過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，AP1000和M310的主控室通風(fēng)系統(tǒng)存在些微的差別，具體有以下幾點(diǎn)：

（1）AP1000和M310的冷卻器、加濕器和送風(fēng)機(jī)布置順序不一致，AP1000的冷卻器布置在通風(fēng)系統(tǒng)的末端，僅僅考慮了送風(fēng)濕度低時(shí)的加濕功能，而在濕度高時(shí)由于冷卻器布置在末端，并不能有效降低主控室相對(duì)濕度，而M310則優(yōu)先考慮了送風(fēng)濕度高的問題，將冷卻器布置在通風(fēng)系統(tǒng)的前端，使其具備了既能冷卻又能除濕的功能;

（2）與M310相比，AP1000增加了一個(gè)持續(xù)運(yùn)行的加熱器，用于加熱從冷卻器出來經(jīng)過冷卻和除濕后的送風(fēng)，該加熱器的設(shè)置使得冷卻器可以將送風(fēng)冷卻至低于主控室的設(shè)計(jì)溫度，使更多空氣中的水分凝結(jié)，達(dá)到更好的除濕效果，然后通過電加熱器升溫至主控室要求的溫度，由于較大的溫升而降低有效濕度，達(dá)到主控室的設(shè)計(jì)送風(fēng)需求，而AP1000并未配備該設(shè)備，導(dǎo)致送風(fēng)冷卻不足，含水量依然較大，且無法有效升溫以降低相對(duì)濕度，導(dǎo)致主控室濕度無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語

綜上所述，AP1000的主控室通風(fēng)設(shè)計(jì)中僅考慮了送風(fēng)濕度低的問題，這與美國(guó)核電站多為內(nèi)陸核電站，空氣較為干燥有一定關(guān)聯(lián)。而針對(duì)我國(guó)核電站均分布于濕度較高的沿海地帶這一氣候條件，當(dāng)前的AP1000主控室通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)顯然是不滿足要求的。與之對(duì)應(yīng)，M310則是考慮了環(huán)境空氣濕度低和濕度高兩方面的可能，通風(fēng)系統(tǒng)既有加濕器增加濕度，又有冷卻器降溫和電加熱器升溫相結(jié)合降低濕度。對(duì)于主控室溫度和濕度要求更高的AP1000機(jī)組來說，M310的通風(fēng)設(shè)計(jì)是值得參考學(xué)習(xí)的。

參考文獻(xiàn)：

[1][英國(guó)]Colin Fuller，[英國(guó)]Ray Fryett，劉鵬飛.核電站通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì).國(guó)外核動(dòng)力，2005，026（003）.

[2]李作周.制冷與空調(diào)設(shè)備原理及維修.