“華龍一號”主控制室空調系統問題分析與改進

2023-12-05 16:58:05張彪張婧

科技資訊 2023年22期

張彪　張婧

摘要：“華龍一號”核電機組主控制室空調系統（VCL）主要為主控室可居留區服務，維持其可居留性。事故工況下，應急新風與回風混合經應急過濾回路與空調機組處理后送至主控室可居留區。為了保證在事故工況下，通過高放射性信號可以第一時間切換VCL系統至事故工況運行，且系統運行狀態良好，相關文件規定了應急快速切換設備的驗證及應急管路過濾設備可靠性的驗證。但在調試準備階段發現：第一， VCL系統空調機房送回風應急隔離閥沒有設計與相關信號連鎖自動關閉，導致VCL系統在事故工況時不能第一時間全面切換至事故模式運行；第二， VCL系統應急過濾設備定期試驗管路管徑偏小，導致無法滿足應急過濾設備現場試驗所需的風量。根據相關規范及系統設計功能要求，修改VCL系統空調機房送回風應急隔離閥供電方式、連鎖信號關閉邏輯；修改VCL系統應急設備定期試驗管路管徑。從而滿足VCL系統事故狀態下的快速響應功能及運行可靠性。

關鍵詞：可居留區? 隔離閥? 快速響應? 試驗回路

中圖分類號：TU831;TM623??? 文獻標識碼：A

Analysis and Improvement of the Problem of the Air-Conditioning System in the Main Control Room of "Hualong One"

ZHANG Biao ?ZHANGjing

（Eastern China Branch， China Nuclear Power Engineering Co.， Ltd.， Jiaxing，

Zhejiang Province， 314000 China）

Abstract： The air conditioning system （VCL） of the main control room of the Hualong One nuclear power unit mainly serves the habitable area of the main control room to maintain its habitability. Under accident conditions， the mixture of emergency fresh air and return air is processed by the emergency filtration loop and the air conditioning unit and then sent to the habitable area of the main control room. In order to ensure that the VCL system can be switched to the accident condition at the first time through highly-radioactive signals under accident conditions， and that the system is in good running condition， relevant documents stipulate the verification of emergency quick switching equipment and the verification of the reliability of emergency pipeline filtration equipment. However， in the stage of debugging preparation， it is found that the emergency isolation valve of air supply and return air in the air-conditioning room of the VCL system is not designed to automatically close with related signal chains， which leads to the failure of the VCL system to fully switch to the accident mode at the first time under the accident condition， and that the pipe diameter of the periodic test pipeline of the emergency filtration equipment of the VCL system is too small， which can not meet the air volume required by the field test of emergency filtration equipment. According to relevant specifications and the requirements of system design functions， this paper modifies the power supply mode and chain signal closing logic of the emergency isolation valve of air supply and return air in the air-conditioning room of the VCL system， and modifies the pipe diameter of the periodic test pipeline of the emergency equipment of the VCL system， in order to meet the rapid response function and operation reliability of the VCL system under accident conditions.

Key Words： Habitable zone; Isolation valve；Rapid response; Test loop

通風空調系統在核電站中有著重要的作用，各個系統的設計都有著共同的目的，即為人員的進入及工作提供舒適的環境；為設備的正常運行創造安全的環境條件；控制和限制污染空氣或氣體的排放。其主要手段是通過對空氣溫度、濕度、放射性、潔凈度以及換氣頻率等參數的調節、控制來達到所要求的環境條件。

“華龍一號”核電機組主控制室空調系統（VCL）^[1]主要為主控室可居留區服務，維持其可居留性。正常工況下（無放射性泄漏），新風與回風混合^[2]經過空調機組處理后送至空調機房和主控室可居留區各個房間。事故工況下（放射性泄漏），應急新風與回風混合后經過應急過濾回路與空調機組處理再送至主控室可居留區各個房間，受放射性污染的空氣經過高效過濾器及碘吸附器吸附處理后，可以降低空氣的放射性水平^[3]，保障送風房間的可居留性。

為了保證在事故工況下，通過高放射性信號可以將VCL系統第一時間切換至事故工況運行，且系統運行狀態良好，定期試驗對應急快速切換設備的驗證及應急回路過濾設備可靠性的驗證就顯的尤為重要。

1? 主控制室空調系統簡介

主控制室空調系統（VCL）是主控室可居留區（主控室、技術支持中心及計算機室等）相關房間通風系統，主要執行下列功能：

保持房間內的溫度和濕度在所規定的限值內以滿足設備運行和人員長期停留的要求^[4]；維持主控室可居留區內壓力略高于出入口區域的壓力；當發生事故從而導致大量放射性污染物釋放時，系統迅速切換至應急過濾回路，新風和回風經過凈化后送入主控室、技術支持中心及相關房間來維持可居留性。

在廠區污染情況下本系統必須保證操作人員的安全衛生條件。本系統也必須保持核安全有關的設備處于溫度和濕度的允許限值內。

VCL系統主要由主送風回路和應急過濾回路構成，具體情況如圖1所示：

兩列主送風管路（一用一備），主要包括：兩套并聯100％容量組合式空調機組；兩臺并聯100％容量的排風機；16臺電動隔離閥（用于廠區污染情況下，確保正常通風管路向過濾管路的迅速切換）。

兩列應急過濾管路（一用一備），主要包括：兩臺并聯100％容量送風機；兩臺碘吸附器；四臺高效過濾器；兩臺電加熱器。

2? VCL系統問題描述及分析

2.1? VCL系統應急設備定期試驗管路管徑偏小問題

根據通風系統調試大綱及定期試驗技術要求，VCL系統需進行高效過濾器性能試驗和碘吸附器性能試驗。因VCL系統設置的四臺高效過濾器及兩臺碘吸附器在應急送風管路上，為避免在進行高效過濾器和碘吸附器現場設備性能試驗時系統所注入的化學及放射性試劑進入主控制室可居留區域內，特別為此兩類設備的現場性能試驗設計了專用的定期試驗管路（如圖1所示），此試驗回路可直接將試驗時所注入的化學及放射性試劑排至室外，避免了對室內人員造成傷害。

在進行某“華龍一號”核電機組VCL系統調試前期準備時發現，設計用于現場高效過濾器和碘吸附器性能試驗的定期試驗管路管徑與應急送風管路的管徑相差甚遠（定期試驗管路管徑為200mm×200mm；應急送風管徑為：500mm×500mm），如圖1所示。根據高效過濾器現場試驗導則、碘吸附器效率現場試驗導則及相關文獻^[5]的要求：試驗期間通過高效過濾器、碘吸附器的風量需調整至額定值（偏差小于1O%）。通過查閱高效過濾器、碘吸附器運維手冊及主控制室系統手冊得知，此兩類設備的額定風量均為6800m?/h。結合現場管徑數據經理論計算得出若從定期試驗管路內通過6800m?/h流量的空氣，其風速達到47.2m/s，完全不符合工業建筑供暖通風與空氣調節設計規范要求的6～14m/s要求^[6]。通過現場測試，在定期試驗管路風閥全開狀態下實際測量時，流量僅為3800m?/h左右，流速為26m/s左右。完全不滿足高效過濾器、碘吸附器現場試驗所需的風量要求。若按照低于額定風量的系統運行工況進行泄漏率試驗，將導致試驗結果偏大^[7]。

所以，VCL系統應急設備定期試驗管路管徑設置是不合理的。

2.2? VCL系統空調機房送回風隔離閥快速響應問題

在某“華龍一號”核電機組VCL系統設計中，增加了循環回風應急過濾系統，以降低在事故工況下由于主控室可居留區域邊界門開啟以及可居留區邊界滲入主控室內的非過濾放射性物質對主控室可居留區域人員造成的劑量照射。即將系統的回風（主控室可居留區域內的空氣）與室外新風先混合后再經過應急過濾回路循環過濾，通過空調機組送入主控室可居留區，這樣就可以持續降低主控室可居留區域內碘和氣溶膠的濃度，以維持主控室區域可居留性。

為了控制VCL系統從正常通風狀態向事故通風狀態的快速切換，根據主控室空調系統手冊，在廠區污染情況下，VCL應急過濾回路由高放射性信號自動啟動。此時，VCL系統正常新風電動隔離閥自動關閉、正常排風風機自動停運、正常排風電動隔離閥自動關閉、正常回風回路電動隔離閥自動關閉、事故回風回路電動隔離閥自動打開、事故新風電動閥自動打開、應急過濾回路風機自動啟動、空調機房送回風電動隔離閥手動關閉。

在進行某“華龍一號”核電機組VCL系統調試前期系統設計文件梳理過程中發現空調機房的送回風是直接從送回風總混凝土小室接出（如圖1所示），事故工況下設置在空調機房送回風管路上的電動隔離閥控制方式是就地手動關閉，沒有與應急風機啟動信號、高放射性信號連鎖自動關閉，導致VCL系統在事故工況時不能第一時間全面切換至事故模式運行。而在通過運行值班人員響應至就地關閉空調機房送回風管路上的電動隔離閥這段時間，將導致主控室可居留區人員的受照射的劑量相對增加。具體原因如下：

（1）值班運行人員打開主控室可居留區域隔離邊界門去就地關閉空調機房送回風管路上的電動隔離閥時，將導致未經過濾的空氣滲入主控室可居留區域內，使人員受照射的劑量增加^[8]。

（2）人比機器的響應更慢且可靠性更低，而在通過運行值班人員響應至就地關閉空調機房送回風管路上的電動隔離閥這段時間，空調機房的送回風沒有經過應急過濾管路處理，而直接送至主控室可居留區域，導致主控室可居留區域內人員受照射的劑量增加。

所以，VCL系統空調機房送回風電動隔離閥設置為事故工況下手動操作關閉的控制方式是不合理的。

3? 改進方案

3.1? 定期試驗管路改進

（1）將VCL系統應急設備定期試驗管路管徑進行修改，管徑修改為與應急送風管路管徑相同的尺寸（500mm×500mm），經理論計算若從應急送風管路內通過6800m?/h流量的空氣，其風速為7.6m/s，符合工業建筑供暖通風與空氣調節設計規范要求的6～14m/s要求。通過現場現場測試，調整風閥開度在應急送風管路中通過空氣流量6800m?/h左右時：空氣流速為9m/s左右。完全符合規范要求。

（2）將VCL系統應急設備試驗專用回路4臺閥門（2臺防火閥、1臺隔離閥、1臺止回閥）選型尺寸進行修改，以匹配管徑尺寸。

3.2? 空調機房送回風電動隔離閥改進

（1）修改空調機房送回風電動隔離閥供電方式為低壓開關柜直接供電，保證可在低壓開關柜通過試驗盒進行閥門開關操作的功能，集成供電與操作功能與一體。去除就地核級動力控制箱，可節省工程造價及空調機房空間。

（2）增加空調機房送回風電動隔離閥遠程連鎖控制邏輯，主控室人機畫面可手動控制閥門開啟、關閉，自動關閉由應急風機啟動信號、高放射性信號連鎖關閉，可保證VCL系統在事故工況時第一時間全面切換至事故模式運行。

4? 結論

（1）通過將VCL系統定期試驗管路管徑修改為與應急送風管路管徑相同的尺寸可以滿足高效過濾器、碘吸附器現場試驗要求。

（2）通過修改空調機房送回風電動隔離閥供電方式為低壓盤柜直接供電及控制方式為連鎖控制，可實現VCL系統在事故工況時第一時間全面切換至事故模式運行，其方案更合理。

綜上所述，此改進方案即可滿足VCL系統在事故狀態下的快速響應功能及應急過濾設備運行可靠性的驗證。可以為后續核電機組主控室空調系統的設計提供參考。

參考文獻

[1]徐利根.華龍一號核電廠系統與設備[M].北京：中國原子能出版社，2017.

[2]劉婧，胡北，林兆娣.某核電站主控室空調系統設計與數值模擬研究[J].暖通空調，2022，52（S1）：125-128

[3]明艷，萬忠義.III型碘吸附器在ACP1000核電廠通風系統中的應用[J].集成電路應用，2019，36（4）：61-62.