浅析某核电站用空调设备及技术要求.pdf

核电站供暖通风与空调系统设计功能有别于民用空调系统，它不仅用于控制工艺房间的热、湿环境，还用于控制气载放射性水平，以及在事故工况下运行的特殊需求。通风系统功能不同导致空调设备的技术要求也不同。本文以核电站组合式空调机组和过滤器两类设备为例，通过对空调机组具体设计特点及机组实测数值进行分析，对过滤器效率、气密性设计要求、碘吸附器分类及特点进行具体分析，通过以上两大类设备的具体性能要求特点不同体现出核电设备区别于民用设备的不同之处，以供后续核电站设备采购及系统设计借鉴及参考。关键词：核电站；空调机组；过滤器；过滤器；型碘吸附器逄文秀，女，年生，硕士研究生，高级工程师 北京市海淀区西三环北路 号 ：收稿日期：引言核电站供暖通风与空调系统应将厂房环境条件（温度、湿度和气载放射性水平）维持在安全重要物项运行及人员进入可接受的范围。根据通风系统功能的不同，核电站用空调设备有别于民用项目空调设备：除了在正常运行工况下通过供暖通风系统实现工艺房间的温、湿度环境需求外，还需通过特定的空调设备实现控制放射性物质释放功能，尤其是对特定区域空气进行过滤的供暖通风与空调系统（或这类系统的一部分）。这类系统通常包括：控制区安全专设设施房间空气过滤通风系统（如适用）、燃料厂房通风系统、放射性废物和流出物处理厂房通风系统、安全壳清洗通风系统及环廊通风系统（如适用）。另外，对于核级通风系统，其运行工况不仅限于核电站正常运行工况，对于事故工况也要求保持可靠的运行，如空调设备还要求在地震工况等事故工况下的可运行性等特殊需求。本文就核电站核岛通风空调系统所涉及的在特殊工况下运行的需求及控制气载放射性水平功能，以空调机组和过滤器类设备为代表分析核电设备的不同之处，供后续核电站采购及设计借鉴参考。空调机组类核电站空调机组是核电站通风空调系统的主要设备之一，它是由各种空气处理功能段组装而成的不带冷热源的一种空气处理设备，是通风系统实现空气加热、冷却、除湿、加湿、过滤、消声等处理功能的主要设备，即实现工艺房间设备正常运行及人员所需环境条件的关键设备。核电站空调机组设备有别于民用市场上的空调机组，它在安全性、可靠性、寿命、噪声、振动等方面都有其特殊要求。对于核级的空调机组设备，除满足常规空调机组的设备性能鉴定外，还需要进行核级设备鉴定，主要指设备的抗震鉴定，目的是为了确保空调设备不仅能在正常工况下运行而且在设计地震工况和设计基准事故工况下都能安全运行，即通过设备鉴定保证核级设备运行的可靠性。核电站空调机组主要分为组合式空调机组（见图）、循环机组、直接蒸发式制冷机组等类型。组合式空调机组常用功能段包括：新风段、回风段、混合段、粗效过滤段、中效过滤段、热水加热段、表冷挡水段、电加热段、加湿段、消声段、送风机段、送风段、排风机段等，上述功能段根据工艺系统实际需求可进行一定组合。图组合式空调机组示意图本文重点介绍组合式空调机组，其与民用项目的主要区别包括以下几个部分（以主控室空调系统用组合式空调机组为例）：）设计寿命更长。核电站用空调机组设备要求运行寿命为，以满足核电站安全运行的需求。）空 调 机 组 箱 体 气 密 性 要 求 更 高。根 据 组合式空调机组 第 条要求，对于净化空调系统的机组，机组内静压应保持 ，机组漏风率不大于。核级主控室空调系统机组的漏风率实测值为 ，低于国标和技术规格书中的要求，大大提高了机组的气密性。）噪声要求更高。主控室空调系统机组噪声要求更高，一般要求声级噪声 以下（比常规相同风量的机组噪声要低 ）。某核电项目采用低噪声离心式直联风机，合理选用橡胶密封垫，通过国家空调设备质量监督检验中心进行检测，声级噪声为 ，与国标要求的 、技术规格书要求的 相比，测试结果达到了低噪声的设计要求。）在核电站安全停堆状态下，能够承受最大级别地震。设计基准加速度为（堆型为 ，二代及二代加堆型为），最高要求阻尼比为，以及主控室暖通空调 年第 卷增刊 空调制冷空调系统机组所在楼层包络谱最高加速度为 ，在地震载荷下能够保证设备结构完整性和功能性。）风机振动要求更高。主控室空调系统机组整机振幅经测试只有，国标要求为。测试值远远小于国家标准最大值，已达到低振动的设计要求；实现振动小的同时也可有效降低机组的噪声，进一步减小了空调设备对主控室噪声产生的不利影响。核级空调机组还要求具有测温测振功能，当达到报警阈值时进行综合报警，统一送 系统。另外，核级空调机组还需满足耐辐照、耐腐蚀等特殊环境要求，安装要求采用机组底座与预埋件焊接等均有别于民用项目，本文不再赘述。笔者建议在空调机组风机选型时，应特别关注风机的额定功率，尤其对于处于临界两挡功率的情况，应尽量选择额定功率较小的设备。对于核级空调设备，其供电电源除一般厂用电源外，还包括应急柴油机等备用电源，额定功率过大造成启动电流过大，对配电专业柴油机设备的选型均有一定的影响。尽量选用额定功率较小的设备，减少设备的初投资和运行费用的同时，大大提升电站的经济性。过滤器类过滤器类设备是核电站空调系统中用于执行限制放射性物质排放功能的主要设备，通过设置过滤器、过滤器（必要时利用碘吸附器）对排风进行过滤后通过烟囱排放，过滤后气态流出物的放射性水平应低于排放限值要求，以确保核动力厂辅助系统和支持系统设计气载放射性物质排放符合可合理达到的尽量低原则。核电站用过滤器主要包括预过滤器、高效过滤器、高效空气粒子过滤器（）、碘吸附器，设备形式主要包括过滤器箱体、过滤器排架及单体碘吸附器三大类。）过滤器效率。核电用过滤器效率与民用项目要求不同，如表所示。表核电站过滤器效率预过滤器高效过滤器 碘吸附器效率 计重效率 计重效率或 计数效率 钠焰法分子碘 ；甲基碘 依据 其中，碘吸附器净化系数与吸附效率（）、穿透率（）之间的关系为：及。过滤器效率对照图见图。图过滤器效率对照图过滤器计重效率根据 空气过滤器 附录要求进行试验和检测；过滤器效率的测试方法根据 高效过滤器性能试验方法效率和阻力 进行测定；碘吸附器净化系数的测定按照 核空气净化系统碘吸附器净化系数的测定放射性甲基碘法 的方法在额定风量下进行试验。）气密性。过滤器箱体整体的气密性要求（外泄漏）：向过滤器箱体内加压至系统最大设计压力，过滤器箱体整体的泄漏率额定风量的 （常温 ）。过滤器密封面间的气密性要求（内泄漏）：向过滤器箱体内的一侧加压至 ，过滤器密封面之间的泄漏率额定风量的 （常温）。对于 排架密封性要求：整体密封性试验（设计运行压力为风机静压的 倍），要求泄漏量 ；密封面间的气密性试验，上下游压差（或者 ）要求泄漏量 ，远高于 中要求的上下游压差 泄漏量小于 的要求。碘吸附器密封性要求：整体气密性泄漏率 ，与过滤器箱体的整体气密性要求（外泄漏）相同。）型碘吸附器的应用。存在放射性碘污染风险的区域，尤其是在事故工况下存在含有大量气态放射性碘释放风险的房间，设计上应采取足够的措施以保证房间的放射性包容功能。碘吸附器的设置是控制碘放射性污染的主要措施。在二代及二代加堆型电站的设计中，采用的是设计寿命 的型碘吸附器（如图所示），安装在预埋混凝体框架上，采用袋式滤芯。当碘吸附器效率降低时，需要将此碘吸附器单元全部更换，固体废物的数量相对较大，储存和后处理就需要更多的资金投入，这对于核电站的长期运行来说是一项不小的成本。为减少固体废物的排放，某核电项目使用的是设计寿命为 的型碘吸附器，如图所示。型碘吸附器采用独立箱体式结构，外部接口为进、出口法兰，不需要设置吸附器排架，不存在安装间隙的泄漏问题。碘吸附器失效后活性炭可就地更换，配有专用的可移动式装卸料设备，自动化程度高，大大减轻了工作人员的劳动强度，同时也可最大程度避免工作人员遭受辐照危害。且型碘吸附器装空调制冷暖通空调 年第 卷增刊图型碘吸附器示意图炭量大，相应的空气滞留时间长，可靠性更高。根据现场经验反馈，碘吸附器装碳前，需采用盲板或隔离阀将出入口隔离，避免因换炭造成所服务房间污染。图型碘吸附器示意图随着碘吸附器使用时间的变化，使用环境的温湿度条件及空气中的成分等均会对碘吸附器造成中毒老化现象，进而影响碘吸附器效率不同程度的下降，故碘吸附器安装后每个换料周期需进行定期试验。并且在进行定期试验时，碘吸附器管路需进行严格密封，即设置气密性要求较高的隔离阀，防止试验过程中因阀门泄漏对定期试验造成影响。另外，空调设备还包括阀门、消声器、防火及排烟风管、防雨百叶风口等设备，本文不再赘述。结语本文对核电站用空调设备，通过以组合式空调机组和过滤器两大类设备为例，对核级空调机组的设备特点及机组实测数据进行比较分析，对过滤器类设备效率、气密性要求、型碘吸附器的应用等进行重点介绍。核级空调设备的应用为实现核级通风系统在事故工况下安全可靠运行提供了有利支撑，是通风系统控制气载放射性污染物的排放实现合理可行尽量低的基础。通过空调机组和过滤器两大类设备性能要求及特点的介绍，为后续核电空调设备的采购和设计提供一定借鉴及参考。参考文献：国家核安全局核动力厂辅助系统和支持系统设计：北京：法律出版社，：王幽雁，赵磊碘吸附器在核电厂通风系统中的应用暖通空调，（）：暖通空调 年第 卷增刊 空调制冷