核電站正常余熱排出泵間的通風系統(tǒng)設計特點

[摘要]本文介紹AP1000核電站正常余熱排出泵間的通風系統(tǒng)的設計特點與布置原則，介紹相應的冷卻機組的選擇計算方法，通過對比分析，說明AP1000堆型與二代壓水堆核電站通風系統(tǒng)設計的異同。

[關鍵詞]AP1000；余熱排出系統(tǒng)；通風系統(tǒng)

引 言

目前，我國在役以及在建的核電站主要是以AP1000或EPR機型為代表的三代壓水堆核電站以及以M310機型為代表的二代改進型壓水堆核電站。在新一代核電技術發(fā)展中，隨著人們對核安全文化和人因環(huán)境的重視，通風系統(tǒng)的設計越來越被人們所關注，核島通風空調系統(tǒng)對保證核安全、限制放射性物質釋放和環(huán)境保護都起著非常重要的作用，是反應堆重要的輔助屏障系統(tǒng)，也是核電站的縱深防御措施之一。

AP1000正常余熱排出系統(tǒng)（RNS）是保證核電站安全運行的重要保證，正常余熱排出系統(tǒng)包括兩列余熱排出設備，每列包括布置在核輔助廠房的一臺RNS泵及一臺熱交換器。兩列設備共用一根來自反應堆冷卻劑系統(tǒng)的吸入母管和一根排放母管，排放母管在安全殼內分成兩根管線各自通過非能動堆芯冷卻系統(tǒng)的直接注入管線返回反應堆冷卻劑系統(tǒng)；系統(tǒng)設置兩臺單極、立式、同軸、底部吸入的離心泵，為保證泵的安全穩(wěn)定運行，就要求有合適的工作環(huán)境與之相適應。核電站放射性控制區(qū)通風系統(tǒng)（VAS）服務于輔助廠房的所有放射性控制區(qū)，設計目標是保證室內溫度、限制排風的放射性、保持廠房的負壓以及為廠房提供過濾的空氣。VAS系統(tǒng)根據(jù)RNS泵功能進行設計，達到水泵運行的溫度要求及運行維護所需要環(huán)境條件。

1.RNS泵間的通風系統(tǒng)設計與布置特點

1.1RNS泵間通風系統(tǒng)設計特點

三代壓水堆型AP1000中，余熱排出系統(tǒng)包括非能動余熱排出系統(tǒng)與正常余熱排出系統(tǒng)兩部分，正常余熱排出系統(tǒng)是核電站正常工作運行時實現(xiàn)系統(tǒng)四大功能。RNS泵主要布置在安全殼外，在停堆時，余熱排出泵啟動運行，VAS系統(tǒng)保證余熱排出泵房間的設計溫度，以保證設備正常運行，是非安全相關系統(tǒng)縱深防御的一部分?；谝陨系墓δ芤螅琕AS系統(tǒng)為RNS泵房設置就地空氣冷卻機組。空氣冷卻機組實現(xiàn)室內循環(huán)，不需要室外新風，保證泵房的設計溫度在10～54.4℃范圍。同時RNS系統(tǒng)泵房的冷卻器設計為100%容余，滿足單一故障準則，保證泵房的環(huán)境溫度，滿足設備運行和人員檢修要求，提供縱深防御的功能。

在RNS泵啟動時或者探測到室內溫度高于設定值時，就地冷卻機組啟動，保證室內的環(huán)境溫度。通過溫度信號執(zhí)行控制和報警功能，當房間溫度超過32.2℃時，啟動循環(huán)冷卻機組的風機，直到房間溫度低于18.3℃。當房間溫度超過57.2℃時向主控室發(fā)出報警信號。

VAS系統(tǒng)在有縱深防御功能設備的房間內設置了冷卻機組，以便在閥門故障或廠房隔離情況下失去正常通風系統(tǒng)后仍然能夠提供可靠的冷源保證設備的運行。在RNS泵房布置了冷卻機組，根據(jù)泵的運行狀態(tài)或者室內高溫信號控制冷卻機組的運行狀態(tài)。雖然AP1000的縱深防御系統(tǒng)在安全停堆狀態(tài)下不使用，但這種適用于縱深防御房間的設計思想與INPO設計思想類似，防止由于故障導致失去正常通風系統(tǒng)，并影響設備的可靠運行。

1.2空氣冷卻機組設備及布置特點

VAS就地冷卻機組主要包括送風機、冷卻盤管和過濾器三部分。

泵間的布置同樣要考慮人員與運行的安全性。RNS泵房內的冷卻機組要布置在遠離放射源的區(qū)域，以保證人員能夠進入維護，減少對運行人員的危害，冷卻機組應對應著相應的設備，機組的安裝應留有維護空間。根據(jù)AP600可維護性設計和人員操作分析的要求，為RNS泵房冷卻機組預留維修空間，使暴露在放射性環(huán)境中的工人最少。

2.RNS泵房就地冷卻機組的計算方法

由RNS泵房通風系統(tǒng)的獨立性，選擇空調機組主要是選擇機組內的冷卻器與風機。根據(jù)上述空調機組RNS泵房通風系統(tǒng)布置與系統(tǒng)功能的要求，其計算方法略有不同。冷卻器的作用是帶走主設備運行時產(chǎn)生的顯熱與潛熱，冷卻機組的外形尺寸受房間載荷與布置要求限制，冷卻盤管的尺寸要在滿足設計條件的基礎上盡可能的小。先選擇冷卻器的尺寸，然后根據(jù)初選估算其是否滿足設計要求。迎風面積根據(jù)估算的盤管大小與重量估算?？諝饬髁坑捎L面積與最大迎面風速確定。根據(jù)空氣流量和設計冷負荷確定通過盤管前后的空氣溫差。電機釋放熱量進入空氣，出口溫度應為回風溫度加上帶走電機熱量所造成的溫升。通過空調機組的總的壓力損失為通過冷卻箱，送風格柵，回風格柵，過濾器，冷卻盤管，風機進出口的壓力損失之和。機組靜壓是指冷卻機組克服自身阻力損失后剩下的壓力。

由上面的描述可以看出，風機的風量主要與根據(jù)通過冷卻器的迎面風速及冷卻盤管的外形尺寸有關。同時，風機壓頭也與冷卻器的壓力損失有直接關系。在確定房間負荷和荷載的情況下，冷卻器的尺寸基本可以確定，其兩側流體的溫度參數(shù)根據(jù)系統(tǒng)工藝要求實際上已經(jīng)確定，選擇冷卻器的計算實際是對已知通過冷卻盤管的空氣量，初狀態(tài)參數(shù)及冷卻器型號臺數(shù)，排數(shù)，冷凍水量，驗證空氣初參數(shù)的校核計算。

3.與二代改進型核電機組的差異分析

三代壓水堆型AP1000中，RNS泵間設置在安全殼外，通風系統(tǒng)設置就地冷卻機組，執(zhí)行非安全相關的縱深防御功能，維持設備運行和人員檢修要求。RNS泵間形成獨立的空氣循環(huán)。在二代改進堆型中，RNS泵間設置在安全殼內，考慮其重要的安全功能，通風系統(tǒng)設置安全殼換氣通風系統(tǒng)與安全殼連續(xù)通風系統(tǒng)聯(lián)合運行，保證其安全殼內的溫度要求及停堆期間設備的正常運行。RNS泵間通風是安全殼通風系統(tǒng)大循環(huán)的一部分，同樣要考慮工藝運行的可靠性與安全性。

冷卻機組的計算方法是根據(jù)房間載荷與工藝要求確定冷卻器型號的校核計算，與常規(guī)的由空氣初、終狀態(tài)通過失算確定的冷卻機組型號的計算方法相比較，能更加直觀表達出設備的性能要求，減少繁瑣的計算過程。

4.結論

目前在役及在建核電站通風系統(tǒng)的設計，需要在滿足工藝設計要求的同時，充分考慮安全性要求。根據(jù)AP1000核電站正常余熱排出系統(tǒng)工藝設計與布置要求，通風系統(tǒng)在滿足設備運行環(huán)境要求的同時，執(zhí)行相應的縱深防御功能，系統(tǒng)自成小循環(huán)，并且在選擇與計算中采用直接有效的方法，使其在滿足功能要求的同時達到結構緊湊的效果。

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