淺析核電廠汽輪機房通風系統(tǒng)的精細化設計

李斯亮+劉高+潘冠旭

摘 要：為了確定核電廠汽輪機房通風系統(tǒng)的濕度和溫度，需要對室內環(huán)境進行模擬，并加以分析和評價，即所謂的精細化設計，簡稱CFD。CFD設計方法使得核電風機廠房各個點的溫度達到通風需求，并且充分開發(fā)了通風系統(tǒng)的設計優(yōu)勢。確保了核電廠的穩(wěn)定運行。

關鍵詞：核電廠 汽輪機房 通風系統(tǒng) 精細化設計

我國核電廠呈現(xiàn)不規(guī)則分布，南部沿海較多，核電廠發(fā)電過程中，廠房的溫度對于發(fā)電安全具有直接影響。核電廠通常采取機械通風和自然通風相結合的方式來確保室內溫度和濕度，通風系統(tǒng)的設計決定其通風效果。根據(jù)現(xiàn)代核電廠發(fā)電需求，應對其實施精細化設計，結合室內環(huán)境的具體特點，對其進行全新的分析與評價。

1 核電廠通風系統(tǒng)概況

（1）設計方案簡介，核電廠一般采用機械通風和自然通風的結合，機械通風作為輔助通風方式，在核電廠運行中具有重要作用。作為南方高溫地帶，機械通風甚至占據(jù)主導地位。該工廠的自然通風為豎井通風，在工程的地下1層和2層設有開放部分，機械通風以屋頂風機和地下一層為主，輸送風量為350 000 m3/h。中間層同樣設有通風系統(tǒng)，以實現(xiàn)全面通風。工廠的室內溫度較高，夏季平均最高溫度約35 ℃，空氣濕度較大，排風溫度設置在40 ℃以下。

（2）機組發(fā)熱量，核電廠汽輪機一般安裝與固定的汽輪機房內，一般是由汽輪主機、輔助設備和通風管組成，目前的核電廠通風機組總發(fā)熱量約在2 274.15 kW，可以滿足基本的通風需求。在核電廠施工通風過程中，以焓差的方式來計算通風系統(tǒng)的進風量。這種方式一般只能反映廠房內的整體溫度和濕度，但對于局部空間的溫度無法把握，在施工過程中，由于操作和室內環(huán)境的不同，很可能出現(xiàn)局部溫度過高的現(xiàn)象。而傳統(tǒng)的基本通風設計方案無法測試局部溫度，因此，需要對通風系統(tǒng)進行優(yōu)化設計。CFD法是目前核電廠普遍使用的方法，可以通過對室內環(huán)境的整體模擬和局部模擬來測試出其溫度，對廠房局部是否達到通風發(fā)電需求做出判斷，確保了核電廠的發(fā)電安全。

2 模擬計算工況及結果

我們通過多種設計方案來進行核電廠室內通風效果的評價，溫度是重要參數(shù)。具體的結果如下。

（1）自然通風對核電廠具有較大的影響，具有自然通風條件的廠房要首先進行自然通風。該次設計中，沿廠房方向全部敞開的子空間通風效果明顯優(yōu)于半封閉的空間，室內空氣條件和濕度也都能夠滿足發(fā)電需求。但地下2層的空間具有更高的密閉性，發(fā)熱量過大，這也說明了設計時要盡量選擇自然通風。

（2）該次設計中我們采用了6種方案進行對比。發(fā)現(xiàn)工況1的效果最好，排風溫度≤35 ℃，實現(xiàn)了給水泵、冷卻水泵等設備的降溫，通過長時間循環(huán)的風量進入，工況1的室內濕度也保持在合理的范圍內，不易引起火災，室內的核輻射物質的含量較低，對人體的危害降到最低。工況6雖然滿足了設計要求，排風溫度達到要求，但室內設備在長時間工作下，依然會造成局部溫度過高現(xiàn)象。因此，通過綜合評價和優(yōu)化設計，我們采取工況1的設計方法，即在兩相鄰廠房之間的排柱全部打開，實行自然通風，但現(xiàn)實中一些工況很難實現(xiàn)自然通風，并且外部環(huán)境的變化對于自然通風效果具有很大影響，因此，機械通風作為輔助手段，還要進行精細化的設計，保證其不同的出風量，使局部通風具有針對性，并幫助核電廠節(jié)省成本。

3 模擬結果的分析與優(yōu)化

（1）初步方案模擬結果，根據(jù)上文分析，通過不同的方案設計，得到的結果不同，方案1的通風效果最佳，但在實際工程中，只能采取相應的通風方法，因此，應重于方案的優(yōu)化，利用CFD設計方法，來使通風設計優(yōu)化。針對地下2層局部設備溫度過高的情況，在核電廠汽輪機房地下2層適當?shù)奈恢蒙希赝怙L道向室內送風，并且風量要大于6 000 m3/h。為降低封閉式水泵的溫度，要增加新風機適當?shù)叵蚱溥M行通風。該次增加了4臺風機，并且每臺風機的送風量在20 000 m3/h。地下1層和地下2層均要增設新風管，并且出風口距離地面的高度為1.5 m。主要針對地下2層的封閉和通風差特征進行輔助送風優(yōu)化，達到2層地下平面斷面的溫度分布合理，優(yōu)化設計方案需要達到的結果參照1層通風效果。優(yōu)化后，工程地下2層的溫度超標范圍減少，局部高溫現(xiàn)象明顯減少，室內通風環(huán)境、溫度、濕度均有所改善?？梢赃_到或者超過地下1層的通風效果。室內溫度均在40 ℃以下。并且通過通風優(yōu)化，地下1層的通風效果也得到改善。尤其是針對封閉泵周邊的溫度，已經大大降低，可以滿足核電設備的運行需求。

（2）優(yōu)化效果分析，CFD軟件的模擬過程和分析過程均在核電廠內完成，通過這一設計，核電廠室內通風效果更加理想。可以看清汽輪機房內的每個區(qū)域的溫度分布實際狀況，提供了通風優(yōu)化方案。上文分析了優(yōu)化后的通風方案，從基本上可以滿足施工需求，尤其是針對地下2層的優(yōu)化設計。在核電廠的具體施工中，地下施工是不可避免的，而這一過程中通風效果不理想引發(fā)的事故也很常見。因此，針對地下廠房汽輪機通風系統(tǒng)的室內精細化設計是必要的。經CFD軟件模擬計算的室內通風方案是可行的，也是具有優(yōu)勢的。汽輪機房通風優(yōu)化方案大范圍減少了溫度在40 ℃以上的網(wǎng)點，實現(xiàn)了溫度的控制，同時對于核電廠施工的其他室內參數(shù)也具有積極的改善作用。通過CFD軟件設計后，工程室內各點的環(huán)境溫度也在不斷地下降，尤其是局部溫度變化明顯，其優(yōu)勢還在于可以在原設計方案上進行修改，精細化程度較高，效果理想。要提高核電廠汽輪機的效果，要求供貨商要提供管道的發(fā)熱數(shù)據(jù)，并在廠內建立CFD數(shù)據(jù)模型，CFD建模和評價過程室內影響其通風效果的關鍵。另外，通過這一設計還應達到減小能耗的效果，取決于其對關鍵參數(shù)的控制。

4 結語

核電廠的通風效果影響施工生產，因此，要對其進行精細化設計。筆者提出CFD軟件設計手段，是針對核電廠房室內環(huán)境的一種模擬、評價與計算，通過對工程的CFD精細化設計，明顯改善了室內溫度條件，可以促進核電施工和發(fā)電過程的通風良好，減少安全隱患。我們對于常規(guī)島汽輪機的室內環(huán)境進行測試，通風條件差已經成為核電廠的普遍共識，加強核電廠的通風設計精細化是核電廠的主要任務。

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