中国先进研究堆通风系统调试及技术改造

杨帆

摘 要：中国先进研究堆（以下简称CARR）是一座稍加压轻水冷却和慢化、重水反射反中子阱型池内桶式结构的多用途研究性反应堆，于2010年5月13日首次达到临界，2012年3月1日实现满功率运行。CARR采用铝合金包壳、235U富集度为19.75wt%的U3Si2-Al弥散型燃料芯体板状组件。CARR最大运行核功率60 MW，相应中央位置最大未扰热中子注量率1.0×1015 n/cm2·s。反应堆厂房通风系统安全等级为非安全级（NC）、抗震分类为非核抗震类（NA），质保等级为质保3级（QA3）。但与安全有关的密封厂房边界贯穿件和边界两侧的密闭隔离阀安全等级（SC）、抗震分类Ⅰ类，质保等级为质保2级（QA2）。该文主要介绍反应堆厂房通风系统调试，并对调试过程中发现的问题进行原因分析及改造。

关键词：CARR堆厂房通风 平均风速 漏风 负压

中图分类号：TL3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）03（c）-0059-03

中国先进研究堆（CARR）通风空调系统包括反应堆厂房通风空调、中子导管大厅通风空调、运行楼通风空调、辅助设施厂房通风空调、通风中心等设施的通风空调。

1 通风空调系统的功能及运行工况

（1）在反应堆正常工况下，从建筑物中排除放射性气体和放射性气溶胶。

（2）在事故工况下，CARR堆密封厂房内的正常送排风系统立即停止，然后根据密封大厅内压力和放射性活度情况，手动启动应急排风系统，应急排风系统用于维持厂房内压力不超过设计限制，减少放射性物质向周围环境泄漏。

（3）正常情况下，对凡属有放射性和有潜在放射性场所的排风进行过滤，以排除放射性气溶胶粒子；事故工况下或有131I存在的情况下，用碘吸附器除碘，再通过烟囱高空排放，以减少对周围环境的污染。

（4）排出机械、电气设备及管道散发的热量。

2 反应堆厂房通风空调系统及系统分级

反应堆厂房通风空调系统包括反应堆厂房地下室通风和空气净化系统（RBV）、物理实验大厅通风和空气净化系统（PHV）、主回路工艺间通风和空气净化系统（PCV）、操作大厅通风系统和空气净化系统（RHV）、以及操作大厅应急通风系统（EVS）五部分。

反应堆厂房通风系统安全等级为非安全级（NC）、抗震分类为非核抗震类（NA），质保等级为质保3级（QA3）。但与安全有关的密封厂房边界贯穿件和边界两侧的密闭隔离阀安全等级（SC）、抗震分类Ⅰ类，质保等级为质保2级（QA2）。

3 反应堆厂房通风系统调试

3.1 风机启动及风量调节试验

3.1.1 试验依据

根据各房间的换气次数（表1）和计算风量（表2）对各工艺房间进行风量调节试验。

3.1.2 试验工具及方法

（1）试验工具。

叶轮式风速仪、人字梯、钢板尺、钳形电流表、数字万用表、电工工具、现场校验仪、标准电阻箱。

（2）试验方法及步骤。

启动排风机和送风机，对各房间风口风速进行多点式测量，得出平均风速。根据公式L=3 600·S面积V平（m3/h）时，得出风口风量并记录。

将初测风量与设计风量相比较，通过调节手动调节阀的开度和各风口百叶窗的开度对各房间风口进行风量调整。重新测定各风口的风量作为实测风量（表3），要求误差不超过设计风量的±15%。

停止排风机和送风机，用红色记号笔在各手动阀门的把柄处和百叶窗处做标记，并将手动阀门位置固定住。

（3）结论。

风机能够实现机旁和主控室DCS的两地控制；各送、排风口风量的误差不超过设计风量的±15%，有负压要求房间保持10～50 Pa负压。

3.2 通风系统控制与监测调试

3.2.1送风系统控制与监测调试

送风系统的初效过滤器变送器压差报警值为100 Pa，中效过滤器变送器压差报警值为200 Pa。当超过报警值时，应更换过滤装置。调试时，在初、中效过滤器接线端输入4～20 mA模拟信号，当模拟压差值大于报警值时，DCS系统应报警。

检测送、排风系统温度，根据排风温度调节电动二通阀的开度，使排风的温度控制在设定的范围内。在温度变送器接线端输入4～20 mA模拟信号，调节电动二通阀的开度。

检测送、排风系统湿度，根据排风湿度调节蒸汽加湿管道上电动阀的开度，使排风的湿度控制在设定的范围内。调试时，在湿度变送器接线端输入4～20 mA模拟信号，调节电动二通阀的开度。

检测加热盘管后温度，当温度<5 ℃时，停止送风机，并联锁关闭新风阀。调试时，短接新风盘管防冻开关接线端子（模拟加热盘管后温度<5 ℃时新风盘管防冻开关动作信号），送风机停止运行，新风阀自动关闭。

根据走廊与前室间压差，自动或手动调节送风变频器频率，以保持反应堆厂房负压。

3.2.2排风系统控制与监测调试

检测排风机轴承温度，超过80 ℃时报警，并自动切换到备用排风系统。调试时，在轴承前后温度传感器接线端输入电阻模拟信号，当模拟信号≥80 ℃时，DCS系统应报警。

排风机互为备用，并具有手动/自动切换功能，正常运行工况下，每台排风机运行24 h切换一次，故障时自动投入。

检测排风系统预过滤器和高效粒子过滤器前后压差，当预过滤器>250 Pa，高效过滤器压差>850Pa时报警，自动切换到备用排风系统，并更换过滤装置。调试时，在预、高效过滤器接线端输入4～20 mA模拟信号，当模拟压差值大于报警值时，DCS系统应报警。

4 通风空调系统调试过程中发现的问题及解决方案

4.1 主控室DCS显示的风量与现场风口风量之和数值不一致

CARR堆在每个通风系统的送排风总管上安装有ESF-35-2型空气流速变送器，用来监测风量的变化，将空气流速转换为4～20 mA信号传送到主控室DCS上，但是在调试中发现主控室显示的总流量与通过风速仪测出的风量之和不一致。以01子项操作大厅的送排风为例，当风机启动并且稳定时，主控室显示的排风风量为25 630 m3/h，送风风量为25 440 m3/h。通过风速仪测量的排风总风量19 212.6 m3/h，送风总风量18 106.2 m3/h。两个数据结果相差约20%，误差较大。经分析，发现原因如下。

（1）查阅相关的资料，空气流速变送器必须安装在风管距弯管至少大于2 m直管段，气流稳定无涡流处。现场查看发现空气流速变送器的安装位置存在一定的问题，如，反应堆应急排风机的空气流速变送器安装在弯管变径的位置，对数据的准确采集产生一定的影响。

（2）空气流速变送器和风速仪的原理不一样。空气流速变送器是随着流速增加，空气冷却速度加快，基于这一热力学原理，空气流速变送器转换器可测量流速空气冷却情况被转变成4～20 mA信号，对应0～8 m/s或0～16 m/s的空气流速。

风速仪的探测器是叶轮式的风扇，单位是m/s，直接将风扇放到被测风口，风扇平面垂直对准风向进行测量，读取风速。对风口进行多点测量，求得平均风速，根据公式L=3600·S面积V平（m3/h），得出风口风量，对系统内所有风口风量进行相加，得出总风量。

改造方案如下。

（1）检查各个系统空气流速变送器的安装位置，对空气流速变送器的安装位置进行变更。按照要求，必须安装在风管距弯管至少大于2 m直管段，气流稳定无涡流处。

（2）空气流速变速器安装位置变更后，对系统内风口风量进行重新测量，数据与主控室显示的风量相比较，误差要求在±15%范围内。

4.2 排风机漏风问题

CARR堆排风机房设置在05子项5301、5401、5402房间。在正常工况下连续运行，排风设备100%备用，风机由双回路供电电源供电。

在巡视的过程中发现，排风机在运行过程中电机和转动轴之间存在漏风的问题。如不能及时解决，反应堆运行工况下，可能会出现放射性气体泄漏，造成辅助系统工艺间放射性水平居高不下，影响工作人员和环境的辐射安全。

经核查，排风机漏风所涉及的系统包括，01子项地下室排风机A（B）、01子项实验大厅排风机A（B）、01子项主回路设备间排风机A（B）、01子项操作大厅排风机A（B）、05子项HVS热室排风机A（B）、05子项转运间排风机A（B）、05子项乏燃料贮存间排风机A（B）、反应堆应急排风机A（B）等。分析发现原因如下。

（1）CARR堆排风系统的所有排风机共用一个排风总管。排风系统和可能产生放射性气溶胶的监督区排风系统，排风经预过滤器、高效过滤器、碘吸附器集中式净化处理后排入烟囱，高空排放。在可能产生放射性物质的排风管道上，设置惰性气体剂量监测装置，当监测系统报警时，将排风切换到另一套备用的排风机过滤机组或将排风系统全部关闭。在风机运行过程中发现，任何一台排风机运行，其他备用风机的电机和轴之间的缝隙都有泄漏。

（2）止回阀的密封不严。排风机止回阀是由重锤自重控制的。当风机启动时，止回阀自动打开；当风机关闭时，阀门自动关闭。由于重锤自重和密封圈密封不严，可能在风机停止，止回阀关闭的情况下出现阀门关闭不到位。

改造方案如下。

更换风机的止回阀，把止回阀由机械控制改为电动控制。通过与核四院设计的沟通，电控止回阀可以解决由于阀门关闭不到位，出现的气体泄露的问题。

优点：变更较少，操作简单，成本低廉。

4.3 工艺房间的负压无法建立

通风空调系统使高污染区、污染区和潜在污染区总处于负压状态，而在反应堆运行工况下，使气流由非污染区到潜在污染区，再到污染区，即由低污染区到高污染区，并尽量减少房间内的气流涡流区，为防止交叉污染，必须合理安排不同分区相邻房间之间的压差关系，本着非放射性区域压力高于放射性区域，低污染区压力高于污染区的原则确定各区之间压差，各区之间压差不小于25 Pa。

因此，在通风调试的过程中，在满足各系统房间风量的情况下，所有工艺系统的房间必须满足负压要求，但是在通风系统长期运行过程中，排风机与送风机的过滤器可能失效，导致风量降低，负压产生变化。

在反应堆运行过程中，工艺房间负压过大或者正压情况下，都会对工作人员的人身安全造成一定的危害。原设计通风系统在远程和就地操作时，排风机和送风机都可以实现单独的启动和停止。一旦发生风机事故停机，工艺房间的压差值会发生较大变化。通过与控制系统设计人员讨论，对通风系统的远程控制方式进行改进。实现排风机与送风机的联锁，只能先启动排风机，再启动送风机。一旦送风机停止，排风机也停止。01子项操作大厅压差值规定在30～50 Pa范围内，控制室DCS系统设定操作大厅压差变送器PDIA1409报警值上限20 Pa，下限-70 Pa。当操作大厅内压差超过这一限值，送排风将自动停止。

5 结语

中国先进研究堆2012年3月1日实现满功率运行，通风空调系统作为辅助系统，运行周期长，可靠性要求高。按照通风系统调试程序，完成了15个系统的调试工作，为CARR的稳定运行提供了有力的保障。

参考文献

[1] 吴萱.供暖通风与空调调节[M].北京：清华大学出版社，北京交通大学出版社，2006.

[2] 研究型反应堆建筑物采暖、通风与空气净化系统设计规范，EJ514-90[S].

[3] 核电厂质量安全规定，HAF003[S].