核電站主控室的噪聲及控制分析

章 莉，李 奇

（1.上海核工程研究設(shè)計(jì)院，上海200233；2.上海海基盛元信息科技有限公司，上海200235）

核電站主控室的噪聲及控制分析

章 莉1，李 奇2

（1.上海核工程研究設(shè)計(jì)院，上海200233；2.上海?；⒃畔⒖萍加邢薰?，上海200235）

介紹某核電站主控室綜合體(包括主控室、汽輪機(jī)廠房、凝升泵和空調(diào)機(jī)房)的工作狀況，闡明各機(jī)構(gòu)產(chǎn)生噪聲的機(jī)理，通過測試主控室綜合體各工況下的噪聲及振動聲壓級，針對主控室中噪聲監(jiān)測采取相應(yīng)措施，預(yù)防或降低噪聲的危害。研究結(jié)果對同類型大型電站控制室噪聲預(yù)防和控制有一定的指導(dǎo)意義。

聲學(xué)；主控室；機(jī)理；噪聲試驗(yàn)

核電站主控室中的噪聲過大會降低操縱員的工作效能，分散操縱員注意力，容易引起人因事故。主控室舒適的聲環(huán)境可以大大降低電站操縱員的疲勞和不舒適感。在主控室聲學(xué)設(shè)計(jì)中，應(yīng)確保操縱人員口頭溝通不會受影響；報(bào)警、廣播等聽覺信號很容易被識別，使聽覺疲勞最小化[1]。

國內(nèi)目前對控制室減振降噪的研究主要采用有限元法、邊界元法、統(tǒng)計(jì)能量法及試驗(yàn)，并從吸聲技術(shù)、隔聲技術(shù)、減振技術(shù)三種噪聲控制技術(shù)的原理來降低艙室或控制室的噪聲及振動[2—5]。對核電站特別是核電站的主控室的減振降噪研究還不足，需要具體分析。

本文通過對核電站主控室噪聲來源進(jìn)行深入分析，測試主控室綜合體各工況下的噪聲及振動聲壓級，為滿足國內(nèi)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的要求、改善核電站主控室聲環(huán)境、提高核電站運(yùn)行安全性提供數(shù)據(jù)支持。

1 主控室噪聲研究背景與初步分析

1.1 核電站布局介紹

核電廠核心區(qū)主要由核島和常規(guī)島組成。核島包括反應(yīng)堆廠房、一回路輔助系統(tǒng)廠房、燃料貯存廠房、主控制樓、應(yīng)急柴油機(jī)廠房，常規(guī)島主要包括汽輪發(fā)電機(jī)廠房等，汽輪機(jī)廠房布置在核島區(qū)以東，而汽輪機(jī)軸與核島區(qū)呈丁字交接。

主控制樓由主控室、電氣設(shè)備用房、開關(guān)設(shè)備房、蓄電池房和計(jì)算機(jī)房組成，地下室還設(shè)有進(jìn)風(fēng)中心和輔助給水泵房。主控室一般布置在主控制樓的中間樓層，與空調(diào)機(jī)房以及汽輪發(fā)電機(jī)廠房相鄰。圖1為某核電站主控室所在樓層的平面圖。

圖1 主控制樓平面圖

汽輪發(fā)電機(jī)廠房設(shè)置有汽輪發(fā)電機(jī)組、冷凝器、凝結(jié)水泵、除氧器、給水泵、汽水分離器、主蒸汽管道及有關(guān)的輔助設(shè)備。

汽輪機(jī)為單軸、三缸、四排汽、帶汽水分離再熱器的飽和蒸汽、凝汽式、反動式汽輪機(jī)，有一只雙流高壓缸和兩只雙流低壓缸沿軸線串聯(lián)布置。兩只布置在汽輪機(jī)軸線兩側(cè)的汽水分離再熱器用以分離高壓缸排汽的水份，并將排汽再熱到過熱狀態(tài)后進(jìn)入低壓缸繼續(xù)作功。

空調(diào)機(jī)房內(nèi)設(shè)有8套空氣處理機(jī)組，其中K 1-1是為反應(yīng)堆廠房服務(wù)的，額定風(fēng)量80 000 m3/h；K 2-1 A/1 B/1 C是為一回路輔助廠房服務(wù)的，二用一備，單臺機(jī)組額定風(fēng)量100 000 m3/h；K 3-1 A/1 B是為燃料貯存廠房服務(wù)的，一用一備，單臺機(jī)組額定風(fēng)量40 000 m3/h；K5-1A/1B是為主控制樓服務(wù)的，一用一備，單臺機(jī)組額定風(fēng)量50 000 m3/h。空調(diào)機(jī)房內(nèi)還設(shè)有2臺機(jī)組K 5-2 A/2 B，是主控室事故工況下的空氣處理機(jī)組。

1.2 噪聲試驗(yàn)研究背景

核電站主控室的噪聲污染因素較多，如空調(diào)系統(tǒng)的噪聲、電氣設(shè)備運(yùn)行的輻射噪聲和散熱用風(fēng)扇的氣流噪聲、相鄰廠房噪聲聲以及室內(nèi)混響聲場的疊加噪聲。

主控室是核電站的控制中樞，主控室內(nèi)的各種噪聲不可避免地會對工作人員產(chǎn)生影響。為確保在所有工況下安全有效的運(yùn)行，必須為主控室工作人員提供一個(gè)有利于其執(zhí)行任務(wù)的工作環(huán)境。

與主控室噪聲控制相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)定主要有：

1)GBJ87-85《工業(yè)企業(yè)噪聲控制設(shè)計(jì)規(guī)范》

GB12348-2008《工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標(biāo)準(zhǔn)》

2)GBZ1-2002《工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》

3)GB50019-2003《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》

4)ISO 11690-1：1996《聲學(xué) 安裝機(jī)器的低噪聲工作場所推薦設(shè)計(jì)方法 第1部分：噪聲控制規(guī)劃》

5)EJ722-1992《核電站生產(chǎn)廠房噪聲控制標(biāo)準(zhǔn)》

根據(jù)以上規(guī)范，一般對核電站主控室設(shè)計(jì)時(shí)，取噪聲限制值為55 dB（A）。在新型核電站主控室設(shè)計(jì)初期，為了解現(xiàn)有運(yùn)行中核電站主控室的噪聲水平以及外部噪聲源現(xiàn)狀，有必要首先進(jìn)行試驗(yàn)研究。

1.3 核電站主控室外部噪聲源初步分析

核電站主控室的噪聲主要來自廠房群（包括反應(yīng)堆廠房、輔助廠房、附屬廠房、廢物廠房等），汽輪機(jī)廠房中的運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備，有高速流體流動的設(shè)備和大型電磁設(shè)備，部分車間和廠房也能產(chǎn)生較高的噪音。

核島廠房噪聲主要來源于以下四個(gè)方面：

1)不停高速運(yùn)轉(zhuǎn)的高溫、高壓水泵及配套電動機(jī)；

2)不停運(yùn)轉(zhuǎn)的大型電動鼓風(fēng)機(jī)組；

3)安全閥，管道及箱罐等設(shè)備在執(zhí)行排放或泄壓功能時(shí)產(chǎn)生的噪聲；

4)發(fā)電機(jī)組、開式變壓器和逆變器等電氣系統(tǒng)的部分設(shè)備產(chǎn)生的噪聲。

汽輪機(jī)廠房和BOP廠房產(chǎn)生的噪聲主要來自以下三個(gè)方面：

1)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的汽輪發(fā)電機(jī)組、主給水泵、增壓泵和凝結(jié)水泵等，在甩負(fù)荷時(shí)，蒸汽排入冷凝器前經(jīng)過減溫、減壓器將會產(chǎn)生較強(qiáng)的噪聲；

2)設(shè)備運(yùn)行中，安全閥或排汽閥事故排汽時(shí)，尤其是主蒸汽管道內(nèi)的蒸汽通過安全閥和卸壓閥向大氣排放時(shí)，將會產(chǎn)生極強(qiáng)的噪聲；

3)除此之外，水泵房、壓縮空氣站、輔助鍋爐房、除鹽水系統(tǒng)等亦存在噪聲源。

另外臨近主控室的空調(diào)機(jī)房也是主要的噪聲源：

1）空調(diào)機(jī)組噪聲透過墻體傳遞進(jìn)入主控制內(nèi)部；

2）空調(diào)機(jī)組噪聲在風(fēng)管中的傳播；

3）空調(diào)風(fēng)管氣流再生噪聲。

2 主控室噪聲測試規(guī)劃

2.1 測試項(xiàng)目

為掌握核電站主控室內(nèi)部噪聲水平以及外部噪聲源，對該核電站若干位置進(jìn)行噪聲和振動測量。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際條件，本次測量內(nèi)容見表1。

表1 噪聲與振動測量內(nèi)容及條件

2.2 測試儀器準(zhǔn)備

噪聲測試儀器為：NI便攜式多通道實(shí)時(shí)分析儀、Gras 46AE ICP話筒、Nor 1251聲級校準(zhǔn)器。振動測試儀器為：NI便攜式多通道實(shí)時(shí)分析儀、CAYD-186加速度計(jì)、Lance加速度計(jì)、YE 5501振動校準(zhǔn)器。

2.3 測試對象說明

由表1可知，測試對象主要為主控室、汽輪機(jī)廠房和空調(diào)機(jī)房噪聲。

汽輪機(jī)廠房設(shè)備包括汽水分離再熱器、汽輪發(fā)電機(jī)組等，發(fā)電機(jī)的噪聲是由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時(shí)產(chǎn)生的空氣動力噪聲與電磁噪聲組成。發(fā)電機(jī)冷卻通風(fēng)系統(tǒng)也會產(chǎn)生空氣動力噪聲，空氣被轉(zhuǎn)子軸向吸入，流經(jīng)轉(zhuǎn)子磁極(有些轉(zhuǎn)子還帶有專用通風(fēng)葉片)和定子鐵芯后，排向排風(fēng)道。這種通風(fēng)裝置，不管是密閉循環(huán)通風(fēng)還是川流式通風(fēng)，都不可能設(shè)計(jì)成理想的半滑氣流通道，因此形成氣流脈動、渦流，氣流阻力損失增大，產(chǎn)生很大的空氣動力噪聲。

空調(diào)機(jī)房系統(tǒng)形式為全空氣系統(tǒng)，空調(diào)機(jī)組本身功率大、風(fēng)量大、風(fēng)壓高，主要的噪聲來源于空調(diào)系統(tǒng)的輻射噪聲和空調(diào)機(jī)組及管道的固體傳聲。

3 測試結(jié)果與分析

本文主要介紹噪聲測試結(jié)果以及主控室內(nèi)部的噪聲水平。

3.1 汽輪機(jī)機(jī)組的噪聲

根據(jù)對應(yīng)各1/3 Oct頻段的噪聲級以及線性與A計(jì)權(quán)聲壓級。圖2分別給出了汽輪機(jī)機(jī)組各測點(diǎn)的噪聲頻譜圖。

圖2 汽輪機(jī)機(jī)組噪聲頻譜圖

汽輪機(jī)機(jī)組噪聲級為90～93 dB(A)，在50 Hz、100 Hz有100 dB(A)左右的顯著峰值。在某些核電站設(shè)計(jì)方案中，汽輪機(jī)廠房緊靠主控室，因此需要考慮汽輪機(jī)噪聲的影響。

3.2 凝升泵

凝升泵噪聲頻譜圖見圖3。凝升泵噪聲級很高，達(dá)102 dB(A)，為寬頻帶噪聲，同時(shí)在50、100、200 Hz等頻率出現(xiàn)與凝升泵工作頻率相關(guān)的噪聲峰值。

圖2 凝升泵頻譜

3.3 空調(diào)機(jī)組的噪聲

空調(diào)系統(tǒng)對主控室噪聲污染的貢獻(xiàn)主要包括兩部分:空調(diào)系統(tǒng)輻射噪聲和空調(diào)機(jī)組及管道的固體傳聲[6]。圖3、圖4分別為空調(diào)機(jī)組K2-1A(風(fēng)量100 000 m3/h)和K5-1A(風(fēng)量50 000 m3/h)噪聲頻譜圖。結(jié)果表明：（1）風(fēng)量大的空調(diào)機(jī)組噪聲顯著提高，K2-1A比K5-1A的噪聲級高6～7 dB(A)；

（2）送風(fēng)口處噪聲級在100 Hz有峰值；

（3）機(jī)組輻射噪聲以200 Hz以下的低頻噪聲為主，由于受現(xiàn)場條件限制，無法測量風(fēng)機(jī)本身的噪聲。

圖4 100 000 m3的空調(diào)機(jī)組的噪聲

圖5 50 000 m3的空調(diào)機(jī)組的噪聲

3.4 空調(diào)機(jī)房門的隔聲

圖6給出了空調(diào)機(jī)房門的隔聲性能頻譜圖。門的實(shí)際隔聲量為15 dB(A)，高、低頻（100 Hz和2 000 Hz處）隔聲性能較差。

圖6 空調(diào)機(jī)房門的隔聲性能

3.5 主控室噪聲

分別測量核電站主控室風(fēng)口噪聲和在正常工作狀態(tài)下語言交談、工作鈴聲的噪聲。如圖7所示，結(jié)果表明：

（1）主控室風(fēng)機(jī)噪聲影響為57～58 dB(A)，以500 Hz以內(nèi)的低頻噪聲為主。現(xiàn)場可主觀感覺到風(fēng)口噪聲；

（2）技術(shù)支持中心風(fēng)口噪聲影響約為49 dB (A)，現(xiàn)場風(fēng)口噪聲的主觀感受不甚明顯；

（3）主控室在正常工作狀態(tài)下操作位置處的噪聲等效聲級為65 dB(A)左右，其頻譜曲線較為平坦，與NR（54.4）噪聲評價(jià)曲線比較可以看出，1 250 Hz和1 600 Hz兩個(gè)倍頻程呈現(xiàn)明顯峰值并超過了NR曲線限值，表明主控制噪聲在高頻段呈現(xiàn)出明顯的單頻成分，這對于主控室語言清晰度等主觀感受的影響值得進(jìn)一步研究；

（4）目前研究中的主控室設(shè)計(jì)方案中，噪聲指標(biāo)值控制在55 dB(A)，比正常工作狀態(tài)下的噪聲級低10 dB(A)，該指標(biāo)設(shè)置是合理的。在該指標(biāo)下，操作人員將不會明顯感受到主控室背景噪聲(風(fēng)口噪聲、其它房間噪聲的傳遞，不包括主控室本身電氣設(shè)備噪聲)的影響。

圖7 主控室噪聲

4 結(jié)語

本文介紹某核電站主控室綜合體(包括：主控室、汽輪機(jī)廠房、凝升泵和空調(diào)機(jī)房)的工作狀況，闡明各機(jī)構(gòu)產(chǎn)生噪聲的機(jī)理，通過測試主控室綜合體各工況下的聲壓級，提出需要針對環(huán)境中噪聲的監(jiān)測采取相應(yīng)的措施，來預(yù)防或降低噪聲的危害。

國內(nèi)關(guān)于核電站主控室噪聲控制研究剛起步。在滿足噪聲控制目標(biāo)后，未來可以考慮增加“混響時(shí)間”或“語言清晰度”的聲學(xué)要求，研究主控室是否存在明顯的室內(nèi)聲場缺陷。

希望本論文的一些研究成果能對同類型大型電站控制室噪聲預(yù)防和控制有一定的指導(dǎo)意義。

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Noise ControlAnalysis of the Principal Control Unit of a Nuclear Power Station

ZHANGLI1，LiQi2

（1.Shanghai Nuclear Engineering Research&Design Institute,Shanghai 200233,China; 2.Shanghai Hikey-Sheenray Information Technology Co.Ltd.,Shanghai 200235,China）

Working condition of the principal control unit,including main control room,steam turbine plant,condensate booster pumps and air conditioning room of a nuclear power station is introduced.The mechanism of noise sources from different components of the principal control unit is analyzed.The noise and vibration level of the principal control unit under each working condition is tested.Appropriate measures to prevent and reduce the noise effects according to the monitoring of main control room are presented.The results may have some guiding significance for noise prevention and control of the same type large-scale power plants.

acoustics;main control room;mechanism;noise experiment

1006-1355(2014)03-0132-05

X121；X82

A

10.3969/j.issn.1006-1335.2014.03.028

2013-09-20

章 莉（1973-），女，江蘇靖江人，大學(xué)本科，目前主要從事暖通設(shè)計(jì)工作。

E-mail:zhangli@snerdi.com.cn