核電站安全殼大氣監測系統ETY 風機設計

吳興剛，韓志秋，郭小佳，李吉貴

(1 佳木斯電機股份有限公司，黑龍江佳木斯154002;2 佳木斯防爆電機研究所，黑龍江佳木斯154005)

0 引言

國家核電自主化工作領導小組提出的關于中國核電發展的最新目標是:2020 年在運行核電裝機容量4 000 萬千瓦，占總裝機的4%;在建核電裝機容量1 800 萬千瓦。

核電廠為了防止發生反應堆嚴重事故，或者即使在堆芯嚴重損壞的情況下，也能防止安全殼超壓失效、減輕事故后果而設置了燃料包殼、一回路承壓邊界和安全殼三道屏障。同時還設計了安全注入系統(RIS)、安全殼噴淋系統(EAS)、輔助給水系統(ASG)、安全殼內大氣監測系統(ETY)和安全殼隔離系統(EIE)等專設安全設施和應急供電系統及設備。

1 ETY 系統的功能

核電站ETY 系統的主要功能如下

(1)用來降低安全殼內裂變惰性氣體的放射性并達到限定水平，確保工作人員進入安全殼內。

(2)避免空氣外漏，維持安全殼內微小的負壓。

(3)在失水事故后用來凈化安全殼空氣，使安全殼內大氣的放射性水平降低到允許的范圍內，并進行排放。

(4)保證對安全殼內大氣進行取樣、混合。對安全殼內空氣進行再循環，防止氫氣積累，保持安全殼內氫氣的濃度在允許的范圍內。

2 ETY 風機設計

2.1 ETY 風機運行環境

ETY 風機設計的主要難點之一在于失水事故后苛刻的運行環境。以某核電站為例，失水事故后的運行環境條件如下:每天24 小時連續工作6 個月，輸送介質為含放射性空氣?？諝庾罡邷囟?80℃;空氣最高絕對壓力:0.15MPa;空氣中包含 最 大 氫 氣 濃 度:4.1%;硼 酸:3.6g/m3;NaOH:0.71g/m3;空氣PH 值:9.25;相對濕度:10 ～100%;氣體最大密度:1.48kg/m3;γ 累積劑量:1.0×104Gy。

由以上失水事故后風機運行環境可以看出，ETY 風機輸送介質為高溫高壓潮濕且帶腐蝕及輻射的氣體，ETY 風機風輪與電動機軸一體，電機法蘭端蓋作為風機腔的一部分。當高溫高壓氣體經過風機腔時使電機腔與風機腔產生壓力差，會將軸承潤滑脂移出，導致軸承在無潤滑或少潤滑的狀態下運行，連續運行6 個月會因軸承損壞而使風機無法工作。另外，帶腐蝕、輻射及潮濕的空氣直接進入電機腔與電機定子繞組直接接觸，也將導致定子絕緣電阻降低及匝間破壞。

2.2 ETY 風機設計方案

從上述情況分析，ETY 風機設計的另一個難點在機組的電動機上。為解決以上兩個問題，提出如下兩個方案。

方案一:采用屏蔽式電動機，電動機定子內徑有不銹鋼屏蔽套保護繞組不受腐蝕，在電機與風機間加隔熱屏來保護電機不被加熱，同時在電機軸上開泄壓孔來保護軸承潤滑脂不流失。由于屏蔽式電機沒有動密封，泄漏量為零(見圖1)。

圖1 方案一示意圖

方案二:采用三相異步電動機外罩密封腔，電動機軸中心有泄壓孔以保證潤滑脂不流失，繞組絕緣材料具有耐酸堿腐蝕能力。此方案有以下關鍵技術需要解決:一是密封腔電氣貫穿位置的密封;二是絕緣結構的耐酸堿腐蝕能力(見圖2)。

圖2 方案二示意圖

電氣貫穿位置的密封，其關鍵是電氣貫穿件的密封?？紤]到盡量減少風機機座的維護和檢修，電氣貫穿件最好有和機組相同的使用壽命(40 年)，以往采用非金屬材料無論如何也無法達到。近年來，國內已經研制成功了具有氣密性的陶瓷絕緣、陶瓷焊接密封電氣貫穿件，并在振動臺架上通過了抗震試驗，其電氣性能、絕緣性能、密封性能和可靠性均能滿足核電站40 年使用要求。

絕緣結構方面，聚酰亞胺類絕緣材料具有良好的耐酸堿性能，可以在此基礎上開發ETY 風機的絕緣系統。有關試驗表明，聚酰亞胺漆包銅圓線在經過強酸強堿(鹽酸、硫酸、氫氧化鈉)24 小時浸泡后，仍然具有很高的絕緣強度。電動機的槽絕緣和相間絕緣采用復合材料經過VPI 浸漆處理，其耐酸堿能力還會進一步提高。

2.3 ETY 風機設計方案對比

采用第一種方案即屏蔽式電動機時加工制造比較復雜，相對成本較高，但是由于屏蔽電機本身無泄漏的特點，可靠性更高。

采用第二種方案即三相異步電動機外罩密封腔結構，加工制造相對簡單，成本降低，但是對于電氣貫穿件結構及絕緣要求比較嚴格。

3 結語

秦山二期1、2 號機組的ETY 風機是進口的，4 臺共30 多萬美元。而3、4 號機組外資企業的報價是200 萬美元，是原來的7-8 倍。備件和現場服務也受到相應的限制，在通風系統中，除了ETY 風機，所有的風機設備已經實現了國產化。如果ETY 風機也國產化，那么核電站所有的通風系統都可以自主制造。

為了提高設備的國產化，加快核電自主化建設，用第一種方案為巴基斯坦恰希瑪核電站設計生產了消氫風機，為秦山核電站設計生產了氦氣鼓風機，其性能指標(風量1 500m3/h、風壓550daPa)與ETY 風機類似，工作環境和條件更為惡劣(介質壓力最高16MPa、含酸、含堿)。機組使用已經超過13 年，從未發生過任何故障。

用第二種方案生產的ETY 風機，已經為中廣核方家山1、2 號機組、福清1、2、3、4 號機組成功供貨數批，運行質量良好。兩種設計方案均可行，可以根據具體情況有針對性選擇。

［1］ 方勝良，徐建鋒，鄭慧敏，等.核電站ETY 系統風機設計淺談.風機技術，2011.4.

［2］ 李俊校，周淑娟.秦山二期擴建工程ETY 風機的研制與國產化.中國核電，2009.1。

［3］ 王勝，向文元，趙月揚，等.1E 級電氣貫穿件設備鑒定.機電信息，2011.4.

［4］ 歐陽予.世界核電發展歷程與中國核電發展之路.中國核電，2008.3.