楊帆

摘 要：中國先進(jìn)研究堆（以下簡稱CARR）是一座稍加壓輕水冷卻和慢化、重水反射反中子阱型池內(nèi)桶式結(jié)構(gòu)的多用途研究性反應(yīng)堆，于2010年5月13日首次達(dá)到臨界，2012年3月1日實(shí)現(xiàn)滿功率運(yùn)行。CARR采用鋁合金包殼、235U富集度為19.75wt%的U3Si2-Al彌散型燃料芯體板狀組件。CARR最大運(yùn)行核功率60 MW，相應(yīng)中央位置最大未擾熱中子注量率1.0×1015 n/cm2·s。反應(yīng)堆廠房通風(fēng)系統(tǒng)安全等級為非安全級（NC）、抗震分類為非核抗震類（NA），質(zhì)保等級為質(zhì)保3級（QA3）。但與安全有關(guān)的密封廠房邊界貫穿件和邊界兩側(cè)的密閉隔離閥安全等級（SC）、抗震分類Ⅰ類，質(zhì)保等級為質(zhì)保2級（QA2）。該文主要介紹反應(yīng)堆廠房通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)試，并對調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行原因分析及改造。

關(guān)鍵詞：CARR堆廠房通風(fēng) 平均風(fēng)速 漏風(fēng) 負(fù)壓

中圖分類號：TL3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）03（c）-0059-03

中國先進(jìn)研究堆（CARR）通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)包括反應(yīng)堆廠房通風(fēng)空調(diào)、中子導(dǎo)管大廳通風(fēng)空調(diào)、運(yùn)行樓通風(fēng)空調(diào)、輔助設(shè)施廠房通風(fēng)空調(diào)、通風(fēng)中心等設(shè)施的通風(fēng)空調(diào)。

1 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的功能及運(yùn)行工況

（1）在反應(yīng)堆正常工況下，從建筑物中排除放射性氣體和放射性氣溶膠。

（2）在事故工況下，CARR堆密封廠房內(nèi)的正常送排風(fēng)系統(tǒng)立即停止，然后根據(jù)密封大廳內(nèi)壓力和放射性活度情況，手動啟動應(yīng)急排風(fēng)系統(tǒng)，應(yīng)急排風(fēng)系統(tǒng)用于維持廠房內(nèi)壓力不超過設(shè)計(jì)限制，減少放射性物質(zhì)向周圍環(huán)境泄漏。

（3）正常情況下，對凡屬有放射性和有潛在放射性場所的排風(fēng)進(jìn)行過濾，以排除放射性氣溶膠粒子；事故工況下或有131I存在的情況下，用碘吸附器除碘，再通過煙囪高空排放，以減少對周圍環(huán)境的污染。

（4）排出機(jī)械、電氣設(shè)備及管道散發(fā)的熱量。

2 反應(yīng)堆廠房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)及系統(tǒng)分級

反應(yīng)堆廠房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)包括反應(yīng)堆廠房地下室通風(fēng)和空氣凈化系統(tǒng)（RBV）、物理實(shí)驗(yàn)大廳通風(fēng)和空氣凈化系統(tǒng)（PHV）、主回路工藝間通風(fēng)和空氣凈化系統(tǒng)（PCV）、操作大廳通風(fēng)系統(tǒng)和空氣凈化系統(tǒng)（RHV）、以及操作大廳應(yīng)急通風(fēng)系統(tǒng)（EVS）五部分。

反應(yīng)堆廠房通風(fēng)系統(tǒng)安全等級為非安全級（NC）、抗震分類為非核抗震類（NA），質(zhì)保等級為質(zhì)保3級（QA3）。但與安全有關(guān)的密封廠房邊界貫穿件和邊界兩側(cè)的密閉隔離閥安全等級（SC）、抗震分類Ⅰ類，質(zhì)保等級為質(zhì)保2級（QA2）。

3 反應(yīng)堆廠房通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)試

3.1 風(fēng)機(jī)啟動及風(fēng)量調(diào)節(jié)試驗(yàn)

3.1.1 試驗(yàn)依據(jù)

根據(jù)各房間的換氣次數(shù)（表1）和計(jì)算風(fēng)量（表2）對各工藝房間進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)試驗(yàn)。

3.1.2 試驗(yàn)工具及方法

（1）試驗(yàn)工具。

葉輪式風(fēng)速儀、人字梯、鋼板尺、鉗形電流表、數(shù)字萬用表、電工工具、現(xiàn)場校驗(yàn)儀、標(biāo)準(zhǔn)電阻箱。

（2）試驗(yàn)方法及步驟。

啟動排風(fēng)機(jī)和送風(fēng)機(jī)，對各房間風(fēng)口風(fēng)速進(jìn)行多點(diǎn)式測量，得出平均風(fēng)速。根據(jù)公式L=3 600·S面積V平（m3/h）時(shí)，得出風(fēng)口風(fēng)量并記錄。

將初測風(fēng)量與設(shè)計(jì)風(fēng)量相比較，通過調(diào)節(jié)手動調(diào)節(jié)閥的開度和各風(fēng)口百葉窗的開度對各房間風(fēng)口進(jìn)行風(fēng)量調(diào)整。重新測定各風(fēng)口的風(fēng)量作為實(shí)測風(fēng)量（表3），要求誤差不超過設(shè)計(jì)風(fēng)量的±15%。

停止排風(fēng)機(jī)和送風(fēng)機(jī)，用紅色記號筆在各手動閥門的把柄處和百葉窗處做標(biāo)記，并將手動閥門位置固定住。

（3）結(jié)論。

風(fēng)機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)旁和主控室DCS的兩地控制；各送、排風(fēng)口風(fēng)量的誤差不超過設(shè)計(jì)風(fēng)量的±15%，有負(fù)壓要求房間保持10～50 Pa負(fù)壓。

3.2 通風(fēng)系統(tǒng)控制與監(jiān)測調(diào)試

3.2.1送風(fēng)系統(tǒng)控制與監(jiān)測調(diào)試

送風(fēng)系統(tǒng)的初效過濾器變送器壓差報(bào)警值為100 Pa，中效過濾器變送器壓差報(bào)警值為200 Pa。當(dāng)超過報(bào)警值時(shí)，應(yīng)更換過濾裝置。調(diào)試時(shí)，在初、中效過濾器接線端輸入4～20 mA模擬信號，當(dāng)模擬壓差值大于報(bào)警值時(shí)，DCS系統(tǒng)應(yīng)報(bào)警。

檢測送、排風(fēng)系統(tǒng)溫度，根據(jù)排風(fēng)溫度調(diào)節(jié)電動二通閥的開度，使排風(fēng)的溫度控制在設(shè)定的范圍內(nèi)。在溫度變送器接線端輸入4～20 mA模擬信號，調(diào)節(jié)電動二通閥的開度。

檢測送、排風(fēng)系統(tǒng)濕度，根據(jù)排風(fēng)濕度調(diào)節(jié)蒸汽加濕管道上電動閥的開度，使排風(fēng)的濕度控制在設(shè)定的范圍內(nèi)。調(diào)試時(shí)，在濕度變送器接線端輸入4～20 mA模擬信號，調(diào)節(jié)電動二通閥的開度。

檢測加熱盤管后溫度，當(dāng)溫度<5 ℃時(shí)，停止送風(fēng)機(jī)，并聯(lián)鎖關(guān)閉新風(fēng)閥。調(diào)試時(shí)，短接新風(fēng)盤管防凍開關(guān)接線端子（模擬加熱盤管后溫度<5 ℃時(shí)新風(fēng)盤管防凍開關(guān)動作信號），送風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行，新風(fēng)閥自動關(guān)閉。

根據(jù)走廊與前室間壓差，自動或手動調(diào)節(jié)送風(fēng)變頻器頻率，以保持反應(yīng)堆廠房負(fù)壓。

3.2.2排風(fēng)系統(tǒng)控制與監(jiān)測調(diào)試

檢測排風(fēng)機(jī)軸承溫度，超過80 ℃時(shí)報(bào)警，并自動切換到備用排風(fēng)系統(tǒng)。調(diào)試時(shí)，在軸承前后溫度傳感器接線端輸入電阻模擬信號，當(dāng)模擬信號≥80 ℃時(shí)，DCS系統(tǒng)應(yīng)報(bào)警。

排風(fēng)機(jī)互為備用，并具有手動/自動切換功能，正常運(yùn)行工況下，每臺排風(fēng)機(jī)運(yùn)行24 h切換一次，故障時(shí)自動投入。

檢測排風(fēng)系統(tǒng)預(yù)過濾器和高效粒子過濾器前后壓差，當(dāng)預(yù)過濾器>250 Pa，高效過濾器壓差>850Pa時(shí)報(bào)警，自動切換到備用排風(fēng)系統(tǒng)，并更換過濾裝置。調(diào)試時(shí)，在預(yù)、高效過濾器接線端輸入4～20 mA模擬信號，當(dāng)模擬壓差值大于報(bào)警值時(shí)，DCS系統(tǒng)應(yīng)報(bào)警。

4 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)的問題及解決方案

4.1 主控室DCS顯示的風(fēng)量與現(xiàn)場風(fēng)口風(fēng)量之和數(shù)值不一致

CARR堆在每個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)的送排風(fēng)總管上安裝有ESF-35-2型空氣流速變送器，用來監(jiān)測風(fēng)量的變化，將空氣流速轉(zhuǎn)換為4～20 mA信號傳送到主控室DCS上，但是在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)主控室顯示的總流量與通過風(fēng)速儀測出的風(fēng)量之和不一致。以01子項(xiàng)操作大廳的送排風(fēng)為例，當(dāng)風(fēng)機(jī)啟動并且穩(wěn)定時(shí)，主控室顯示的排風(fēng)風(fēng)量為25 630 m3/h，送風(fēng)風(fēng)量為25 440 m3/h。通過風(fēng)速儀測量的排風(fēng)總風(fēng)量19 212.6 m3/h，送風(fēng)總風(fēng)量18 106.2 m3/h。兩個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)果相差約20%，誤差較大。經(jīng)分析，發(fā)現(xiàn)原因如下。

（1）查閱相關(guān)的資料，空氣流速變送器必須安裝在風(fēng)管距彎管至少大于2 m直管段，氣流穩(wěn)定無渦流處?，F(xiàn)場查看發(fā)現(xiàn)空氣流速變送器的安裝位置存在一定的問題，如，反應(yīng)堆應(yīng)急排風(fēng)機(jī)的空氣流速變送器安裝在彎管變徑的位置，對數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確采集產(chǎn)生一定的影響。

（2）空氣流速變送器和風(fēng)速儀的原理不一樣?？諝饬魉僮兯推魇请S著流速增加，空氣冷卻速度加快，基于這一熱力學(xué)原理，空氣流速變送器轉(zhuǎn)換器可測量流速空氣冷卻情況被轉(zhuǎn)變成4～20 mA信號，對應(yīng)0～8 m/s或0～16 m/s的空氣流速。

風(fēng)速儀的探測器是葉輪式的風(fēng)扇，單位是m/s，直接將風(fēng)扇放到被測風(fēng)口，風(fēng)扇平面垂直對準(zhǔn)風(fēng)向進(jìn)行測量，讀取風(fēng)速。對風(fēng)口進(jìn)行多點(diǎn)測量，求得平均風(fēng)速，根據(jù)公式L=3600·S面積V平（m3/h），得出風(fēng)口風(fēng)量，對系統(tǒng)內(nèi)所有風(fēng)口風(fēng)量進(jìn)行相加，得出總風(fēng)量。

改造方案如下。

（1）檢查各個(gè)系統(tǒng)空氣流速變送器的安裝位置，對空氣流速變送器的安裝位置進(jìn)行變更。按照要求，必須安裝在風(fēng)管距彎管至少大于2 m直管段，氣流穩(wěn)定無渦流處。

（2）空氣流速變速器安裝位置變更后，對系統(tǒng)內(nèi)風(fēng)口風(fēng)量進(jìn)行重新測量，數(shù)據(jù)與主控室顯示的風(fēng)量相比較，誤差要求在±15%范圍內(nèi)。

4.2 排風(fēng)機(jī)漏風(fēng)問題

CARR堆排風(fēng)機(jī)房設(shè)置在05子項(xiàng)5301、5401、5402房間。在正常工況下連續(xù)運(yùn)行，排風(fēng)設(shè)備100%備用，風(fēng)機(jī)由雙回路供電電源供電。

在巡視的過程中發(fā)現(xiàn)，排風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中電機(jī)和轉(zhuǎn)動軸之間存在漏風(fēng)的問題。如不能及時(shí)解決，反應(yīng)堆運(yùn)行工況下，可能會出現(xiàn)放射性氣體泄漏，造成輔助系統(tǒng)工藝間放射性水平居高不下，影響工作人員和環(huán)境的輻射安全。

經(jīng)核查，排風(fēng)機(jī)漏風(fēng)所涉及的系統(tǒng)包括，01子項(xiàng)地下室排風(fēng)機(jī)A（B）、01子項(xiàng)實(shí)驗(yàn)大廳排風(fēng)機(jī)A（B）、01子項(xiàng)主回路設(shè)備間排風(fēng)機(jī)A（B）、01子項(xiàng)操作大廳排風(fēng)機(jī)A（B）、05子項(xiàng)HVS熱室排風(fēng)機(jī)A（B）、05子項(xiàng)轉(zhuǎn)運(yùn)間排風(fēng)機(jī)A（B）、05子項(xiàng)乏燃料貯存間排風(fēng)機(jī)A（B）、反應(yīng)堆應(yīng)急排風(fēng)機(jī)A（B）等。分析發(fā)現(xiàn)原因如下。

（1）CARR堆排風(fēng)系統(tǒng)的所有排風(fēng)機(jī)共用一個(gè)排風(fēng)總管。排風(fēng)系統(tǒng)和可能產(chǎn)生放射性氣溶膠的監(jiān)督區(qū)排風(fēng)系統(tǒng)，排風(fēng)經(jīng)預(yù)過濾器、高效過濾器、碘吸附器集中式凈化處理后排入煙囪，高空排放。在可能產(chǎn)生放射性物質(zhì)的排風(fēng)管道上，設(shè)置惰性氣體劑量監(jiān)測裝置，當(dāng)監(jiān)測系統(tǒng)報(bào)警時(shí)，將排風(fēng)切換到另一套備用的排風(fēng)機(jī)過濾機(jī)組或?qū)⑴棚L(fēng)系統(tǒng)全部關(guān)閉。在風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)，任何一臺排風(fēng)機(jī)運(yùn)行，其他備用風(fēng)機(jī)的電機(jī)和軸之間的縫隙都有泄漏。

（2）止回閥的密封不嚴(yán)。排風(fēng)機(jī)止回閥是由重錘自重控制的。當(dāng)風(fēng)機(jī)啟動時(shí)，止回閥自動打開；當(dāng)風(fēng)機(jī)關(guān)閉時(shí)，閥門自動關(guān)閉。由于重錘自重和密封圈密封不嚴(yán)，可能在風(fēng)機(jī)停止，止回閥關(guān)閉的情況下出現(xiàn)閥門關(guān)閉不到位。

改造方案如下。

更換風(fēng)機(jī)的止回閥，把止回閥由機(jī)械控制改為電動控制。通過與核四院設(shè)計(jì)的溝通，電控止回閥可以解決由于閥門關(guān)閉不到位，出現(xiàn)的氣體泄露的問題。

優(yōu)點(diǎn)：變更較少，操作簡單，成本低廉。

4.3 工藝房間的負(fù)壓無法建立

通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)使高污染區(qū)、污染區(qū)和潛在污染區(qū)總處于負(fù)壓狀態(tài)，而在反應(yīng)堆運(yùn)行工況下，使氣流由非污染區(qū)到潛在污染區(qū)，再到污染區(qū)，即由低污染區(qū)到高污染區(qū)，并盡量減少房間內(nèi)的氣流渦流區(qū)，為防止交叉污染，必須合理安排不同分區(qū)相鄰房間之間的壓差關(guān)系，本著非放射性區(qū)域壓力高于放射性區(qū)域，低污染區(qū)壓力高于污染區(qū)的原則確定各區(qū)之間壓差，各區(qū)之間壓差不小于25 Pa。

因此，在通風(fēng)調(diào)試的過程中，在滿足各系統(tǒng)房間風(fēng)量的情況下，所有工藝系統(tǒng)的房間必須滿足負(fù)壓要求，但是在通風(fēng)系統(tǒng)長期運(yùn)行過程中，排風(fēng)機(jī)與送風(fēng)機(jī)的過濾器可能失效，導(dǎo)致風(fēng)量降低，負(fù)壓產(chǎn)生變化。

在反應(yīng)堆運(yùn)行過程中，工藝房間負(fù)壓過大或者正壓情況下，都會對工作人員的人身安全造成一定的危害。原設(shè)計(jì)通風(fēng)系統(tǒng)在遠(yuǎn)程和就地操作時(shí)，排風(fēng)機(jī)和送風(fēng)機(jī)都可以實(shí)現(xiàn)單獨(dú)的啟動和停止。一旦發(fā)生風(fēng)機(jī)事故停機(jī)，工藝房間的壓差值會發(fā)生較大變化。通過與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員討論，對通風(fēng)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制方式進(jìn)行改進(jìn)。實(shí)現(xiàn)排風(fēng)機(jī)與送風(fēng)機(jī)的聯(lián)鎖，只能先啟動排風(fēng)機(jī)，再啟動送風(fēng)機(jī)。一旦送風(fēng)機(jī)停止，排風(fēng)機(jī)也停止。01子項(xiàng)操作大廳壓差值規(guī)定在30～50 Pa范圍內(nèi)，控制室DCS系統(tǒng)設(shè)定操作大廳壓差變送器PDIA1409報(bào)警值上限20 Pa，下限-70 Pa。當(dāng)操作大廳內(nèi)壓差超過這一限值，送排風(fēng)將自動停止。

5 結(jié)語

中國先進(jìn)研究堆2012年3月1日實(shí)現(xiàn)滿功率運(yùn)行，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)作為輔助系統(tǒng)，運(yùn)行周期長，可靠性要求高。按照通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)試程序，完成了15個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試工作，為CARR的穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力的保障。

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