核電廠汽輪機(jī)房通風(fēng)系統(tǒng)的精細(xì)化設(shè)計(jì)

黃德華

摘 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展建設(shè)，社會化大生產(chǎn)不斷壯大，對電能的需求日益增加，核電能源需求量也越來越多，這也就對核電工業(yè)提出了更高的發(fā)展要求。為了確保核電廠運(yùn)行的安全穩(wěn)定，則需要在各個環(huán)節(jié)上進(jìn)行突破。汽輪機(jī)房是核電工業(yè)中不可缺少的重要組成部分，對核電運(yùn)行的好壞直接起到影響與制約，其通風(fēng)系統(tǒng)濕度和溫度非常關(guān)鍵，只有全面保證通風(fēng)系統(tǒng)科學(xué)，才能推動核電工業(yè)發(fā)展。為了保證核電環(huán)境，需要對其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行系統(tǒng)分析和評價，做好精細(xì)化CFD設(shè)計(jì)。文章主要通過對核電工業(yè)通風(fēng)系統(tǒng)的描述，進(jìn)一步提出CFD設(shè)計(jì)方法，確保核電風(fēng)機(jī)廠房各個點(diǎn)溫度達(dá)到通風(fēng)要求，確保核電廠高效穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：核電廠；汽輪機(jī)房；通風(fēng)系統(tǒng)；精細(xì)化設(shè)計(jì)

中圖分類號：TM623.9 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）30-0118-02

我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中，出現(xiàn)了各地不均的問題，而核電廠的發(fā)展，也呈現(xiàn)了不規(guī)則的區(qū)點(diǎn)分布，一般南部沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的核電廠居多，對當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展建設(shè)起到推動的作用，在核電廠發(fā)電的運(yùn)行過程中，安全是第一準(zhǔn)則，而影響運(yùn)行安全穩(wěn)定的因素則是廠房溫度，溫度如果不符合運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，則會對發(fā)電安全產(chǎn)生巨大的影響與威脅，輕則出現(xiàn)設(shè)備的損壞，嚴(yán)重的還會導(dǎo)致人員傷亡。通常情況下，建設(shè)核電廠的時候，均會對通風(fēng)環(huán)境進(jìn)行充分考慮，通風(fēng)設(shè)置主要是采取機(jī)械通風(fēng)和自然通風(fēng)兩種方式的結(jié)合，以此保證室內(nèi)溫度和濕度達(dá)到設(shè)備運(yùn)行需要，核電廠房通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞，直接決定了通風(fēng)效果與設(shè)備運(yùn)行安全，只有全面做好精細(xì)化設(shè)計(jì)，才能建設(shè)出現(xiàn)代核電廠，保證穩(wěn)定安全的發(fā)電需求。

1 核電廠通風(fēng)系統(tǒng)概況

核電廠的運(yùn)行非常復(fù)雜，應(yīng)用設(shè)備量大，只有全面保證運(yùn)行過程安全，才能實(shí)現(xiàn)全面生產(chǎn)，保證穩(wěn)定供電。為了全面實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)，則需要在安全系數(shù)上提高標(biāo)準(zhǔn)要求，使核電廠能夠安全運(yùn)行，核電運(yùn)行安全系統(tǒng)至關(guān)重要，在所有的安全設(shè)計(jì)中，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)則起到重要的作用，能夠充分保證核電安全系統(tǒng)得到良好控制。隨著科技的發(fā)展與進(jìn)步，核電通風(fēng)系統(tǒng)已經(jīng)突破了傳統(tǒng)意義上的機(jī)械和自然通風(fēng)概念，通過核電通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的安裝與使用，提高了安全運(yùn)行系數(shù)，保證了運(yùn)行的安全有效。空調(diào)系統(tǒng)具有強(qiáng)大的作用與功能，在全面實(shí)現(xiàn)室內(nèi)通風(fēng)的情況下，還能夠提供周邊環(huán)境的熱能分析，實(shí)現(xiàn)智能化控制。通風(fēng)系統(tǒng)安全分析非常關(guān)鍵，主要由設(shè)計(jì)依據(jù)和系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律兩部分構(gòu)成。核電空調(diào)系統(tǒng)的良好運(yùn)行，能夠全面保證核電廠廠房大環(huán)境，為核電穩(wěn)定運(yùn)行提供良好空間，進(jìn)一步改善室內(nèi)空氣污染條件，因?yàn)楹穗娫谶\(yùn)行過程中，存在較嚴(yán)重的放射，核電通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的使用，大大改變了惡劣生產(chǎn)環(huán)境，保證了各項(xiàng)參數(shù)的優(yōu)良，實(shí)現(xiàn)濕度、溫度健康指標(biāo)，避免空氣中放射性物質(zhì)含量濃度的增加，保證了人員操作安全。

1.1 設(shè)計(jì)方案介紹

我國的核電廠多數(shù)集中在南方，根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驕囟忍攸c(diǎn)，多是通過機(jī)械通風(fēng)和自然通風(fēng)相配合的方式，實(shí)現(xiàn)核電通風(fēng)控制，兩種方式的有機(jī)結(jié)合，確保了核電運(yùn)行安全與穩(wěn)定。通常情況下，機(jī)械通風(fēng)是輔助通風(fēng)方式，能夠起到良好的作用，特別是針對南方的高溫溫?zé)崽攸c(diǎn)，核電廠運(yùn)行中多是采取了機(jī)械通風(fēng)方法。根據(jù)核電工廠實(shí)際運(yùn)行情況，我們發(fā)現(xiàn)工廠采取的是自然通風(fēng)方式，自然通風(fēng)為豎井，工程地下1層和2層設(shè)有開放部分，機(jī)械通風(fēng)以屋頂風(fēng)機(jī)和地下一層為主，輸送風(fēng)量為350000m3/h。為了保證通風(fēng)效果，中間層同樣設(shè)有通風(fēng)系統(tǒng)，這樣，就能保證了全面通風(fēng)效果。核電工廠運(yùn)行的時候，室內(nèi)整體溫度非常高，面臨夏季時節(jié)，平均最高溫度高達(dá)35℃以上，雨量大、晴天少，空氣濕度大，為了保證排風(fēng)溫度，整體設(shè)置保持在40℃以下。

1.2 機(jī)組發(fā)熱量

核電廠是一個復(fù)雜的運(yùn)行系統(tǒng)，汽輪機(jī)是最為重要的設(shè)備之一，通常情況下，汽輪機(jī)安裝在固定的汽輪機(jī)房里面，保證了各設(shè)備間的良好協(xié)調(diào)，汽輪機(jī)組是一個綜合性的系統(tǒng)，一般是由汽輪主機(jī)、輔助設(shè)備和通風(fēng)管構(gòu)成。當(dāng)前，核電廠通風(fēng)機(jī)組總發(fā)熱量高于2274.15kW，基本能夠滿足通風(fēng)需求。核電廠通風(fēng)施工，一定的嚴(yán)格進(jìn)行計(jì)算，保證通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)量滿足整體需要，確保設(shè)備良好運(yùn)行。整體通風(fēng)量的把握，不能代表局部溫度變化情況，所以說，在充分反映廠房內(nèi)整體溫度和濕度的前提下，還需要對局部空間溫度合理控制，避免出現(xiàn)局部高溫現(xiàn)象。以往通風(fēng)設(shè)計(jì)方案不能正確的傳達(dá)出局部溫度變化情況，只有全面進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化，才能保證通風(fēng)科學(xué)有效。CFD法是目前核電廠普遍使用的設(shè)計(jì)方法，這種方法操作簡便，能夠在模擬環(huán)境下，體現(xiàn)出室內(nèi)環(huán)境情況，測試出室內(nèi)整體和局部溫度變動情況，使廠房溫度判斷更加合理科學(xué)，保證了核電廠運(yùn)行的穩(wěn)定與安全。

2 模擬計(jì)算工況和結(jié)果

為了保證通風(fēng)效果，需要通過多種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，保證核電廠室內(nèi)通風(fēng)評價科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，設(shè)定一個標(biāo)準(zhǔn)的溫度值，以標(biāo)準(zhǔn)值為參數(shù)，形成如下結(jié)果。

2.1 自然通風(fēng)模擬

針對核電廠自身運(yùn)行的狀況，可以采取自然通風(fēng)的方式，這種方式對核電運(yùn)行有較大影響，通常具有自然通風(fēng)條件的廠房首選是自然通風(fēng)設(shè)計(jì)。為了保證科學(xué)性，提取部分?jǐn)?shù)據(jù)，可以在進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中，沿廠房方向全部敞開子空間進(jìn)行通風(fēng)，整體通風(fēng)效果非常明顯，特別是與半封閉空間相對比，室內(nèi)空氣條件和濕度得到了大大的改善，充分滿足了核電運(yùn)行需要。這種情況下，對地下空間并沒有改善，主要是地下2層空間具有更高的密閉性、設(shè)備熱量過大，如果設(shè)計(jì)優(yōu)良，還是可以進(jìn)行自然通風(fēng)的，也就是說，通過本次模擬試驗(yàn)，設(shè)計(jì)時要盡量選擇自然通風(fēng)的方法，更加科學(xué)有效，節(jié)省了投入，保證了效果。

2.2 模擬設(shè)計(jì)方法

針對本次設(shè)計(jì)，主要是采用了多種方案，從中優(yōu)選與對比，提取到了科學(xué)的數(shù)據(jù)。第一種工況形式取得了良好的效果，整體把排風(fēng)溫度控制到≤35℃，充分實(shí)現(xiàn)了給水泵、冷卻水泵等相關(guān)設(shè)備的降溫處置，保證了通風(fēng)量與速度，在模擬過程中，通過一定時段的循環(huán)風(fēng)量控制，使整體室內(nèi)溫度有了把握，室內(nèi)濕度保持合理范圍，經(jīng)測算，室內(nèi)核輻射物質(zhì)出現(xiàn)了下降，總體空氣內(nèi)含量較低，對人體沒有大的影響，基本保持平衡狀態(tài)，使危害降到最低限度。另外一種情況也按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，工況明顯不如第一種好，雖然在設(shè)計(jì)過程中，充分考慮到溫度環(huán)境要求，滿足了基本設(shè)計(jì)要求，控制好了排風(fēng)溫度，但是室內(nèi)設(shè)備溫度則較難掌控，因?yàn)殚L時間運(yùn)行，使設(shè)備局部出現(xiàn)了溫度過高的情況。通過綜合評價和優(yōu)化，認(rèn)為第一種方法非常符合實(shí)際需要，根據(jù)工況設(shè)計(jì)思路，對相鄰廠房之間的排柱進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，打開排柱后，使整體廠房形成了自然通風(fēng)，事實(shí)上，通過模擬試驗(yàn)，我們能夠?qū)崿F(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)要求，但這種標(biāo)準(zhǔn)只是停留在一定條件下的，在現(xiàn)實(shí)中有一些工況無法滿足自然通風(fēng)，特別是受到惡劣環(huán)境影響大的，自然通風(fēng)效果并不理想，為了保證通風(fēng)需要，大多數(shù)采取機(jī)械通風(fēng)的方式，以此輔助進(jìn)行通風(fēng)，確保設(shè)計(jì)合理的情況下，保證出風(fēng)量具備針對性，幫助核電廠節(jié)省成本投入，增加經(jīng)濟(jì)效益。endprint

3 模擬結(jié)果分析與優(yōu)化

根據(jù)模擬試驗(yàn)的結(jié)果，我們對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比與分析，形成了不同的設(shè)計(jì)方案。

3.1 初步方案模擬結(jié)果

設(shè)計(jì)的方案不同，獲取的結(jié)果也存在差異，在實(shí)際操作中，一事實(shí)上要注重對各種方案的優(yōu)化，只有利用CFD設(shè)計(jì)方法合理優(yōu)化結(jié)果，才能保證最佳的通風(fēng)設(shè)計(jì)效果，實(shí)現(xiàn)良好的效果。第一種情況下，主要存在的問題是地下2層局部設(shè)備溫度過高，為了解決這個問題，我們進(jìn)行設(shè)計(jì)的時候，就需要在核電廠汽輪機(jī)房地下2層合適的地方，沿外風(fēng)道向室內(nèi)進(jìn)行送風(fēng)，使風(fēng)量大于6000m3/h。可以增加4臺風(fēng)機(jī)，保證每臺風(fēng)機(jī)送風(fēng)量20000m3/h。要想達(dá)到最好的效果，還可以根據(jù)現(xiàn)場情況，在地下1層和地下2層增設(shè)新風(fēng)管，出風(fēng)口距離地面高度保持在1.5m，全面解決好地下2層封閉和通風(fēng)差的問題，通過輔助送風(fēng)的方式，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)理念。通過有效的優(yōu)化設(shè)計(jì)，地下2層溫度得到解決，超標(biāo)的溫度也控制到合理范圍，減少了局部高溫，科學(xué)有效的保證了室內(nèi)通風(fēng)環(huán)境的良好，控制了溫度及濕度。

3.2 優(yōu)化效果分析

CFD模擬不需要過于復(fù)雜的環(huán)境，更不需要設(shè)計(jì)場景，所有的過程與程序都在廠內(nèi)完成，通過CFD設(shè)計(jì)，保證核電廠室內(nèi)通風(fēng)效果更加合理化。核電廠施工建設(shè)，必不可少的存在部分地下施工，由于通風(fēng)不好，導(dǎo)致事故的出現(xiàn)較廣泛，所以只有全面設(shè)計(jì)好通風(fēng)環(huán)境，才能減少工程事故，保證施工安全，針對地下廠房汽輪機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)室內(nèi)精細(xì)化設(shè)計(jì)是必要的環(huán)節(jié)。CFD軟件模擬計(jì)算室內(nèi)通風(fēng)方案完全可行，在所有設(shè)計(jì)方案中具有良好的成長性，通過設(shè)計(jì)優(yōu)化，全面保證了汽輪機(jī)房通風(fēng)優(yōu)化方案大范圍減少溫度在40℃以上保證溫度得到合理控制，有效改善核電廠施工室內(nèi)參數(shù)。為了保證設(shè)計(jì)的合理性，還能夠不斷根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修復(fù)，使原設(shè)計(jì)方案更加合理、精細(xì)，保證了效果。供貨商通過對管道發(fā)熱數(shù)據(jù)的提取，可以建立CFD數(shù)據(jù)模型，實(shí)時監(jiān)測，達(dá)到減小能耗的目標(biāo)。

4 結(jié)束語

核電廠建設(shè)和使用全面推動了經(jīng)濟(jì)建設(shè)與發(fā)展，而進(jìn)行設(shè)計(jì)的時候，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)是關(guān)鍵?？梢哉f，核電施工過程較為危險，控制不力則會出現(xiàn)大量泄漏，威脅施工人員安全。施工通風(fēng)則能全方位控制溫度、濕度，保證放射性污染物在安全范圍內(nèi)。只有全面精細(xì)化設(shè)計(jì)好通風(fēng)系統(tǒng)，做好科學(xué)系統(tǒng)評估，明顯提高室內(nèi)溫濕條件，才能減少安全事故，保證供電任務(wù)順利完成。

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