AP1000安全殼空氣過濾系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析及改進(jìn)

劉紅陽

摘 要：安全殼空氣過濾系統(tǒng)是保證操作人員和環(huán)境安全的重要系統(tǒng)，文章通過調(diào)試安全殼空氣過濾系統(tǒng)得出的經(jīng)驗(yàn)，對其設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析并提出了改進(jìn)方案，對后續(xù)同類型核電的設(shè)計(jì)和調(diào)試有重要的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：AP1000；安全殼過濾系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

引言

AP1000全球首堆正在中國建設(shè)中，并且已經(jīng)進(jìn)入了調(diào)試的關(guān)鍵時(shí)期。在中國的AP1000電站發(fā)電之前，AP1000只是存在于理論的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)上會(huì)存在不完善的地方。因此安全殼空氣過濾系統(tǒng)在冷試期間安排很多的試驗(yàn)項(xiàng)目，這些項(xiàng)目都是有針對性的驗(yàn)證這個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功能，從而發(fā)現(xiàn)其中的設(shè)計(jì)缺陷，保證機(jī)組的安全運(yùn)行。

1 系統(tǒng)簡介

安全殼空氣過濾系統(tǒng)由兩個(gè)100%容量的送風(fēng)和排風(fēng)子系統(tǒng)組成。送風(fēng)子系統(tǒng)兩臺(tái)風(fēng)機(jī)并列運(yùn)行，向安全殼提供外部空氣。排風(fēng)子系統(tǒng)兩臺(tái)風(fēng)機(jī)并列運(yùn)行，將安全殼、燃料操作區(qū)與輔助和附屬廠房放射性控制區(qū)的空氣排到環(huán)境中。安全殼空氣過濾系統(tǒng)在電站正常運(yùn)行期間間斷地提供外部空氣，來凈化和過濾安全殼大氣中的氣載放射性物質(zhì)；在電廠熱停堆或冷停堆工況期間連續(xù)運(yùn)行，以降低氣載放射性水平，供人員進(jìn)入。VFS系統(tǒng)的間歇運(yùn)行為了維持安全殼壓力在技術(shù)規(guī)格書限值以內(nèi)，為安全殼壓力容器提供真空泄壓。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能及問題分析

2.1 安全殼空氣過濾系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能

2.1.1 安全相關(guān)設(shè)計(jì)功能：安全殼隔離

（1）在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事件期間，安全殼空氣過濾系統(tǒng)通過隔離貫穿安全殼的送、排風(fēng)管線和為安全殼壓力容器提供真空釋壓來維持安全殼壓力邊界的完整性。

（2）在發(fā)生設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事件后，安全殼空氣過濾系統(tǒng)通過關(guān)閉相關(guān)閥門，防止了放射性物質(zhì)的顯著釋放。安全殼大氣與安全殼空氣過濾系統(tǒng)送、排風(fēng)管線的安全殼隔離閥之間配備有碎片濾網(wǎng)，可保證閥門關(guān)閉嚴(yán)密。

2.1.2 非安全相關(guān)設(shè)計(jì)功能

（1）為安全殼提供間歇通風(fēng)，維持安全殼大氣壓力在設(shè)計(jì)壓力范圍內(nèi)。

（2）調(diào)節(jié)安全殼送風(fēng)濕度，降低安全殼冷卻盤管上的冷凝。

（3）當(dāng)監(jiān)測到燃料操作區(qū)域和輔助/附屬廠房輻射控制區(qū)（不包含保健物理和熱機(jī)加工車間）正常排氣放射性高時(shí)，處理以上區(qū)域的排氣，并維持這些區(qū)域相對于鄰近清潔區(qū)域的微負(fù)壓。

（4）當(dāng)燃料操作區(qū)域和輔助/附屬廠房輻射控制區(qū)由于氣體放射性高或廠房壓差高被隔離時(shí)，維持這些區(qū)域的微負(fù)壓。

2.2 安全殼空氣過濾系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題分析

通過一系列的調(diào)試試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)以下的設(shè)計(jì)問題：

（1）送風(fēng)及排風(fēng)管道上的4個(gè)核級安全殼隔離閥的可靠性差，通過調(diào)試期間的閥門單體試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)上要求幾秒鐘之內(nèi)開關(guān)的這幾個(gè)閥門，基本上很難滿足要求。

（2）送風(fēng)風(fēng)機(jī)選型與管道阻力不匹配，當(dāng)啟動(dòng)一列送風(fēng)風(fēng)機(jī)時(shí)，管道阻力過小，發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)入口導(dǎo)葉開度很小，不到10%，風(fēng)機(jī)流量卻已經(jīng)達(dá)到了設(shè)計(jì)流量。根據(jù)風(fēng)機(jī)的特性曲線判斷，這樣的工況點(diǎn)偏離了風(fēng)機(jī)的最佳運(yùn)行工況點(diǎn)。而兩列送風(fēng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，管道阻力過大，導(dǎo)葉開度很大，幾乎達(dá)到全開。

（3）兩列送風(fēng)風(fēng)機(jī)在現(xiàn)場的布置太近，相互之間影響很大。當(dāng)一列送風(fēng)風(fēng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，這時(shí)啟動(dòng)另一列風(fēng)機(jī)，就會(huì)對運(yùn)行的風(fēng)機(jī)產(chǎn)生很大影響，甚至直接使正在運(yùn)行的風(fēng)機(jī)低流量跳機(jī)。

（4）排風(fēng)風(fēng)機(jī)入口差壓始終達(dá)不到設(shè)計(jì)值，排風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓不夠大。因?yàn)榕棚L(fēng)機(jī)入口設(shè)計(jì)了兩個(gè)并聯(lián)的閥門，一個(gè)調(diào)節(jié)型氣動(dòng)閥和一個(gè)開關(guān)型氣動(dòng)閥。設(shè)計(jì)的意圖是：排風(fēng)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)的一瞬間，先自動(dòng)聯(lián)鎖打開調(diào)節(jié)型氣動(dòng)閥，當(dāng)調(diào)節(jié)型氣動(dòng)閥達(dá)到100%開度時(shí)，開關(guān)型氣動(dòng)閥才會(huì)打開，實(shí)際的情況是調(diào)節(jié)型氣動(dòng)閥完全不起調(diào)節(jié)作用，導(dǎo)致每次風(fēng)機(jī)啟動(dòng)開關(guān)型氣動(dòng)閥都會(huì)打開，導(dǎo)致排風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓不滿足要求。

（5）兩列送風(fēng)風(fēng)機(jī)和排風(fēng)風(fēng)機(jī)同時(shí)運(yùn)行時(shí)，無法維持安全殼大氣壓力在設(shè)計(jì)壓力范圍內(nèi)。安全殼壓力會(huì)持續(xù)升高，最終導(dǎo)致送風(fēng)風(fēng)機(jī)阻力越來越大，最后低流量跳機(jī)。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)改進(jìn)方案

（1）為了使閥門的開關(guān)時(shí)間滿足要求，可以在啟動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)上增加氣動(dòng)放大器，加快閥門開啟速度，同時(shí)更改電磁閥類型加快排氣速度。

（2）針對送風(fēng)風(fēng)機(jī)選型與管道阻力不匹配的問題，可以考慮在每臺(tái)送風(fēng)風(fēng)機(jī)的出口至兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的公共母管之前的這段管線上增加一個(gè)手動(dòng)擋板。這樣通過增加的閥門來調(diào)節(jié)各自風(fēng)機(jī)的阻力，不會(huì)相互影響，可以將單列運(yùn)行時(shí)的導(dǎo)葉開度調(diào)大到30%-40%，這樣風(fēng)機(jī)就能運(yùn)行在最佳性能點(diǎn)附近。

（3）AP1000廠房空間的設(shè)計(jì)比較緊湊，兩列送風(fēng)風(fēng)機(jī)所在的廠房布置管道的空間有限，但是可以考慮使兩列風(fēng)機(jī)出口管線交匯的點(diǎn)盡量遠(yuǎn)離風(fēng)機(jī)出口，這樣可以減小相互之間的影響。

（4）排風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓不夠大主要是風(fēng)機(jī)入口管道設(shè)計(jì)不合理。調(diào)節(jié)型氣動(dòng)閥的管道截面太窄，當(dāng)啟動(dòng)排風(fēng)風(fēng)機(jī)時(shí)，調(diào)節(jié)型氣動(dòng)閥開始慢慢打開，此時(shí)排風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓非常大，達(dá)到了10倍的設(shè)計(jì)值，但是直到調(diào)節(jié)型氣動(dòng)閥全開，入口負(fù)壓也高于設(shè)計(jì)值，所以開關(guān)型氣動(dòng)閥會(huì)打開，然后入口負(fù)壓就低于設(shè)計(jì)值。所以只要適當(dāng)增大調(diào)節(jié)型氣動(dòng)閥這一路的管徑，就可以在調(diào)節(jié)型氣動(dòng)閥打開而開關(guān)型氣動(dòng)閥不打開的情況下滿足排風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓的設(shè)定值。

（5）送風(fēng)風(fēng)機(jī)與排風(fēng)風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)流量是相等的，理論上應(yīng)該達(dá)到風(fēng)量平衡的狀態(tài)，安全殼的壓力應(yīng)該不會(huì)波動(dòng)。送風(fēng)風(fēng)機(jī)與排風(fēng)風(fēng)機(jī)的流量調(diào)節(jié)全靠風(fēng)機(jī)入口導(dǎo)葉，而導(dǎo)葉又受風(fēng)機(jī)出口的矩陣式流量計(jì)控制，如果流量計(jì)不準(zhǔn)確很難保證風(fēng)量平衡，所以需要更換流量計(jì)類型，選用更加精確的流量計(jì)。

4 結(jié)束語

作為一名調(diào)試工作者，在調(diào)試試驗(yàn)中驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的問題，并提出解決方案，這才是調(diào)試的目的所在。在發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的過程中，既提高了調(diào)試能力，又保證了核電站的安全。文章的問題探討和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，對后續(xù)核電的建設(shè)和調(diào)試將會(huì)起到指導(dǎo)和借鑒意義。

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