中國先進研究堆通風系統(tǒng)調(diào)試及技術(shù)改造

楊帆

摘 要：中國先進研究堆（以下簡稱CARR）是一座稍加壓輕水冷卻和慢化、重水反射反中子阱型池內(nèi)桶式結(jié)構(gòu)的多用途研究性反應(yīng)堆，于2010年5月13日首次達到臨界，2012年3月1日實現(xiàn)滿功率運行。CARR采用鋁合金包殼、235U富集度為19.75wt%的U3Si2-Al彌散型燃料芯體板狀組件。CARR最大運行核功率60 MW，相應(yīng)中央位置最大未擾熱中子注量率1.0×1015 n/cm2·s。反應(yīng)堆廠房通風系統(tǒng)安全等級為非安全級（NC）、抗震分類為非核抗震類（NA），質(zhì)保等級為質(zhì)保3級（QA3）。但與安全有關(guān)的密封廠房邊界貫穿件和邊界兩側(cè)的密閉隔離閥安全等級（SC）、抗震分類Ⅰ類，質(zhì)保等級為質(zhì)保2級（QA2）。該文主要介紹反應(yīng)堆廠房通風系統(tǒng)調(diào)試，并對調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)的問題進行原因分析及改造。

關(guān)鍵詞：CARR堆廠房通風 平均風速 漏風 負壓

中圖分類號：TL3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）03（c）-0059-03

中國先進研究堆（CARR）通風空調(diào)系統(tǒng)包括反應(yīng)堆廠房通風空調(diào)、中子導(dǎo)管大廳通風空調(diào)、運行樓通風空調(diào)、輔助設(shè)施廠房通風空調(diào)、通風中心等設(shè)施的通風空調(diào)。

1 通風空調(diào)系統(tǒng)的功能及運行工況

（1）在反應(yīng)堆正常工況下，從建筑物中排除放射性氣體和放射性氣溶膠。

（2）在事故工況下，CARR堆密封廠房內(nèi)的正常送排風系統(tǒng)立即停止，然后根據(jù)密封大廳內(nèi)壓力和放射性活度情況，手動啟動應(yīng)急排風系統(tǒng)，應(yīng)急排風系統(tǒng)用于維持廠房內(nèi)壓力不超過設(shè)計限制，減少放射性物質(zhì)向周圍環(huán)境泄漏。

（3）正常情況下，對凡屬有放射性和有潛在放射性場所的排風進行過濾，以排除放射性氣溶膠粒子；事故工況下或有131I存在的情況下，用碘吸附器除碘，再通過煙囪高空排放，以減少對周圍環(huán)境的污染。

（4）排出機械、電氣設(shè)備及管道散發(fā)的熱量。

2 反應(yīng)堆廠房通風空調(diào)系統(tǒng)及系統(tǒng)分級

反應(yīng)堆廠房通風空調(diào)系統(tǒng)包括反應(yīng)堆廠房地下室通風和空氣凈化系統(tǒng)（RBV）、物理實驗大廳通風和空氣凈化系統(tǒng)（PHV）、主回路工藝間通風和空氣凈化系統(tǒng)（PCV）、操作大廳通風系統(tǒng)和空氣凈化系統(tǒng)（RHV）、以及操作大廳應(yīng)急通風系統(tǒng)（EVS）五部分。

反應(yīng)堆廠房通風系統(tǒng)安全等級為非安全級（NC）、抗震分類為非核抗震類（NA），質(zhì)保等級為質(zhì)保3級（QA3）。但與安全有關(guān)的密封廠房邊界貫穿件和邊界兩側(cè)的密閉隔離閥安全等級（SC）、抗震分類Ⅰ類，質(zhì)保等級為質(zhì)保2級（QA2）。

3 反應(yīng)堆廠房通風系統(tǒng)調(diào)試

3.1 風機啟動及風量調(diào)節(jié)試驗

3.1.1 試驗依據(jù)

根據(jù)各房間的換氣次數(shù)（表1）和計算風量（表2）對各工藝房間進行風量調(diào)節(jié)試驗。

3.1.2 試驗工具及方法

（1）試驗工具。

葉輪式風速儀、人字梯、鋼板尺、鉗形電流表、數(shù)字萬用表、電工工具、現(xiàn)場校驗儀、標準電阻箱。

（2）試驗方法及步驟。

啟動排風機和送風機，對各房間風口風速進行多點式測量，得出平均風速。根據(jù)公式L=3 600·S面積V平（m3/h）時，得出風口風量并記錄。

將初測風量與設(shè)計風量相比較，通過調(diào)節(jié)手動調(diào)節(jié)閥的開度和各風口百葉窗的開度對各房間風口進行風量調(diào)整。重新測定各風口的風量作為實測風量（表3），要求誤差不超過設(shè)計風量的±15%。

停止排風機和送風機，用紅色記號筆在各手動閥門的把柄處和百葉窗處做標記，并將手動閥門位置固定住。

（3）結(jié)論。

風機能夠?qū)崿F(xiàn)機旁和主控室DCS的兩地控制；各送、排風口風量的誤差不超過設(shè)計風量的±15%，有負壓要求房間保持10～50 Pa負壓。

3.2 通風系統(tǒng)控制與監(jiān)測調(diào)試

3.2.1送風系統(tǒng)控制與監(jiān)測調(diào)試

送風系統(tǒng)的初效過濾器變送器壓差報警值為100 Pa，中效過濾器變送器壓差報警值為200 Pa。當超過報警值時，應(yīng)更換過濾裝置。調(diào)試時，在初、中效過濾器接線端輸入4～20 mA模擬信號，當模擬壓差值大于報警值時，DCS系統(tǒng)應(yīng)報警。

檢測送、排風系統(tǒng)溫度，根據(jù)排風溫度調(diào)節(jié)電動二通閥的開度，使排風的溫度控制在設(shè)定的范圍內(nèi)。在溫度變送器接線端輸入4～20 mA模擬信號，調(diào)節(jié)電動二通閥的開度。

檢測送、排風系統(tǒng)濕度，根據(jù)排風濕度調(diào)節(jié)蒸汽加濕管道上電動閥的開度，使排風的濕度控制在設(shè)定的范圍內(nèi)。調(diào)試時，在濕度變送器接線端輸入4～20 mA模擬信號，調(diào)節(jié)電動二通閥的開度。

檢測加熱盤管后溫度，當溫度<5 ℃時，停止送風機，并聯(lián)鎖關(guān)閉新風閥。調(diào)試時，短接新風盤管防凍開關(guān)接線端子（模擬加熱盤管后溫度<5 ℃時新風盤管防凍開關(guān)動作信號），送風機停止運行，新風閥自動關(guān)閉。

根據(jù)走廊與前室間壓差，自動或手動調(diào)節(jié)送風變頻器頻率，以保持反應(yīng)堆廠房負壓。

3.2.2排風系統(tǒng)控制與監(jiān)測調(diào)試

檢測排風機軸承溫度，超過80 ℃時報警，并自動切換到備用排風系統(tǒng)。調(diào)試時，在軸承前后溫度傳感器接線端輸入電阻模擬信號，當模擬信號≥80 ℃時，DCS系統(tǒng)應(yīng)報警。

排風機互為備用，并具有手動/自動切換功能，正常運行工況下，每臺排風機運行24 h切換一次，故障時自動投入。

檢測排風系統(tǒng)預(yù)過濾器和高效粒子過濾器前后壓差，當預(yù)過濾器>250 Pa，高效過濾器壓差>850Pa時報警，自動切換到備用排風系統(tǒng)，并更換過濾裝置。調(diào)試時，在預(yù)、高效過濾器接線端輸入4～20 mA模擬信號，當模擬壓差值大于報警值時，DCS系統(tǒng)應(yīng)報警。

4 通風空調(diào)系統(tǒng)調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)的問題及解決方案

4.1 主控室DCS顯示的風量與現(xiàn)場風口風量之和數(shù)值不一致

CARR堆在每個通風系統(tǒng)的送排風總管上安裝有ESF-35-2型空氣流速變送器，用來監(jiān)測風量的變化，將空氣流速轉(zhuǎn)換為4～20 mA信號傳送到主控室DCS上，但是在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)主控室顯示的總流量與通過風速儀測出的風量之和不一致。以01子項操作大廳的送排風為例，當風機啟動并且穩(wěn)定時，主控室顯示的排風風量為25 630 m3/h，送風風量為25 440 m3/h。通過風速儀測量的排風總風量19 212.6 m3/h，送風總風量18 106.2 m3/h。兩個數(shù)據(jù)結(jié)果相差約20%，誤差較大。經(jīng)分析，發(fā)現(xiàn)原因如下。

（1）查閱相關(guān)的資料，空氣流速變送器必須安裝在風管距彎管至少大于2 m直管段，氣流穩(wěn)定無渦流處?，F(xiàn)場查看發(fā)現(xiàn)空氣流速變送器的安裝位置存在一定的問題，如，反應(yīng)堆應(yīng)急排風機的空氣流速變送器安裝在彎管變徑的位置，對數(shù)據(jù)的準確采集產(chǎn)生一定的影響。

（2）空氣流速變送器和風速儀的原理不一樣?？諝饬魉僮兯推魇请S著流速增加，空氣冷卻速度加快，基于這一熱力學原理，空氣流速變送器轉(zhuǎn)換器可測量流速空氣冷卻情況被轉(zhuǎn)變成4～20 mA信號，對應(yīng)0～8 m/s或0～16 m/s的空氣流速。

風速儀的探測器是葉輪式的風扇，單位是m/s，直接將風扇放到被測風口，風扇平面垂直對準風向進行測量，讀取風速。對風口進行多點測量，求得平均風速，根據(jù)公式L=3600·S面積V平（m3/h），得出風口風量，對系統(tǒng)內(nèi)所有風口風量進行相加，得出總風量。

改造方案如下。

（1）檢查各個系統(tǒng)空氣流速變送器的安裝位置，對空氣流速變送器的安裝位置進行變更。按照要求，必須安裝在風管距彎管至少大于2 m直管段，氣流穩(wěn)定無渦流處。

（2）空氣流速變速器安裝位置變更后，對系統(tǒng)內(nèi)風口風量進行重新測量，數(shù)據(jù)與主控室顯示的風量相比較，誤差要求在±15%范圍內(nèi)。

4.2 排風機漏風問題

CARR堆排風機房設(shè)置在05子項5301、5401、5402房間。在正常工況下連續(xù)運行，排風設(shè)備100%備用，風機由雙回路供電電源供電。

在巡視的過程中發(fā)現(xiàn)，排風機在運行過程中電機和轉(zhuǎn)動軸之間存在漏風的問題。如不能及時解決，反應(yīng)堆運行工況下，可能會出現(xiàn)放射性氣體泄漏，造成輔助系統(tǒng)工藝間放射性水平居高不下，影響工作人員和環(huán)境的輻射安全。

經(jīng)核查，排風機漏風所涉及的系統(tǒng)包括，01子項地下室排風機A（B）、01子項實驗大廳排風機A（B）、01子項主回路設(shè)備間排風機A（B）、01子項操作大廳排風機A（B）、05子項HVS熱室排風機A（B）、05子項轉(zhuǎn)運間排風機A（B）、05子項乏燃料貯存間排風機A（B）、反應(yīng)堆應(yīng)急排風機A（B）等。分析發(fā)現(xiàn)原因如下。

（1）CARR堆排風系統(tǒng)的所有排風機共用一個排風總管。排風系統(tǒng)和可能產(chǎn)生放射性氣溶膠的監(jiān)督區(qū)排風系統(tǒng)，排風經(jīng)預(yù)過濾器、高效過濾器、碘吸附器集中式凈化處理后排入煙囪，高空排放。在可能產(chǎn)生放射性物質(zhì)的排風管道上，設(shè)置惰性氣體劑量監(jiān)測裝置，當監(jiān)測系統(tǒng)報警時，將排風切換到另一套備用的排風機過濾機組或?qū)⑴棚L系統(tǒng)全部關(guān)閉。在風機運行過程中發(fā)現(xiàn)，任何一臺排風機運行，其他備用風機的電機和軸之間的縫隙都有泄漏。

（2）止回閥的密封不嚴。排風機止回閥是由重錘自重控制的。當風機啟動時，止回閥自動打開；當風機關(guān)閉時，閥門自動關(guān)閉。由于重錘自重和密封圈密封不嚴，可能在風機停止，止回閥關(guān)閉的情況下出現(xiàn)閥門關(guān)閉不到位。

改造方案如下。

更換風機的止回閥，把止回閥由機械控制改為電動控制。通過與核四院設(shè)計的溝通，電控止回閥可以解決由于閥門關(guān)閉不到位，出現(xiàn)的氣體泄露的問題。

優(yōu)點：變更較少，操作簡單，成本低廉。

4.3 工藝房間的負壓無法建立

通風空調(diào)系統(tǒng)使高污染區(qū)、污染區(qū)和潛在污染區(qū)總處于負壓狀態(tài)，而在反應(yīng)堆運行工況下，使氣流由非污染區(qū)到潛在污染區(qū)，再到污染區(qū)，即由低污染區(qū)到高污染區(qū)，并盡量減少房間內(nèi)的氣流渦流區(qū)，為防止交叉污染，必須合理安排不同分區(qū)相鄰房間之間的壓差關(guān)系，本著非放射性區(qū)域壓力高于放射性區(qū)域，低污染區(qū)壓力高于污染區(qū)的原則確定各區(qū)之間壓差，各區(qū)之間壓差不小于25 Pa。

因此，在通風調(diào)試的過程中，在滿足各系統(tǒng)房間風量的情況下，所有工藝系統(tǒng)的房間必須滿足負壓要求，但是在通風系統(tǒng)長期運行過程中，排風機與送風機的過濾器可能失效，導(dǎo)致風量降低，負壓產(chǎn)生變化。

在反應(yīng)堆運行過程中，工藝房間負壓過大或者正壓情況下，都會對工作人員的人身安全造成一定的危害。原設(shè)計通風系統(tǒng)在遠程和就地操作時，排風機和送風機都可以實現(xiàn)單獨的啟動和停止。一旦發(fā)生風機事故停機，工藝房間的壓差值會發(fā)生較大變化。通過與控制系統(tǒng)設(shè)計人員討論，對通風系統(tǒng)的遠程控制方式進行改進。實現(xiàn)排風機與送風機的聯(lián)鎖，只能先啟動排風機，再啟動送風機。一旦送風機停止，排風機也停止。01子項操作大廳壓差值規(guī)定在30～50 Pa范圍內(nèi)，控制室DCS系統(tǒng)設(shè)定操作大廳壓差變送器PDIA1409報警值上限20 Pa，下限-70 Pa。當操作大廳內(nèi)壓差超過這一限值，送排風將自動停止。

5 結(jié)語

中國先進研究堆2012年3月1日實現(xiàn)滿功率運行，通風空調(diào)系統(tǒng)作為輔助系統(tǒng)，運行周期長，可靠性要求高。按照通風系統(tǒng)調(diào)試程序，完成了15個系統(tǒng)的調(diào)試工作，為CARR的穩(wěn)定運行提供了有力的保障。

參考文獻

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