AP1000安全壳空气过滤系统设计分析及改进

刘红阳

摘 要：安全壳空气过滤系统是保证操作人员和环境安全的重要系统，文章通过调试安全壳空气过滤系统得出的经验，对其设计进行了分析并提出了改进方案，对后续同类型核电的设计和调试有重要的指导意义。

关键词：AP1000；安全壳过滤系统；设计

引言

AP1000全球首堆正在中国建设中，并且已经进入了调试的关键时期。在中国的AP1000电站发电之前，AP1000只是存在于理论的设计中，设计上会存在不完善的地方。因此安全壳空气过滤系统在冷试期间安排很多的试验项目，这些项目都是有针对性的验证这个系统的设计功能，从而发现其中的设计缺陷，保证机组的安全运行。

1 系统简介

安全壳空气过滤系统由两个100%容量的送风和排风子系统组成。送风子系统两台风机并列运行，向安全壳提供外部空气。排风子系统两台风机并列运行，将安全壳、燃料操作区与辅助和附属厂房放射性控制区的空气排到环境中。安全壳空气过滤系统在电站正常运行期间间断地提供外部空气，来净化和过滤安全壳大气中的气载放射性物质；在电厂热停堆或冷停堆工况期间连续运行，以降低气载放射性水平，供人员进入。VFS系统的间歇运行为了维持安全壳压力在技术规格书限值以内，为安全壳压力容器提供真空泄壓。

2 系统设计功能及问题分析

2.1 安全壳空气过滤系统设计功能

2.1.1 安全相关设计功能：安全壳隔离

（1）在设计基准事件期间，安全壳空气过滤系统通过隔离贯穿安全壳的送、排风管线和为安全壳压力容器提供真空释压来维持安全壳压力边界的完整性。

（2）在发生设计基准事件后，安全壳空气过滤系统通过关闭相关阀门，防止了放射性物质的显著释放。安全壳大气与安全壳空气过滤系统送、排风管线的安全壳隔离阀之间配备有碎片滤网，可保证阀门关闭严密。

2.1.2 非安全相关设计功能

（1）为安全壳提供间歇通风，维持安全壳大气压力在设计压力范围内。

（2）调节安全壳送风湿度，降低安全壳冷却盘管上的冷凝。

（3）当监测到燃料操作区域和辅助/附属厂房辐射控制区（不包含保健物理和热机加工车间）正常排气放射性高时，处理以上区域的排气，并维持这些区域相对于邻近清洁区域的微负压。

（4）当燃料操作区域和辅助/附属厂房辐射控制区由于气体放射性高或厂房压差高被隔离时，维持这些区域的微负压。

2.2 安全壳空气过滤系统设计问题分析

通过一系列的调试试验发现以下的设计问题：

（1）送风及排风管道上的4个核级安全壳隔离阀的可靠性差，通过调试期间的阀门单体试验，发现设计上要求几秒钟之内开关的这几个阀门，基本上很难满足要求。

（2）送风风机选型与管道阻力不匹配，当启动一列送风风机时，管道阻力过小，发现风机入口导叶开度很小，不到10%，风机流量却已经达到了设计流量。根据风机的特性曲线判断，这样的工况点偏离了风机的最佳运行工况点。而两列送风风机运行时，管道阻力过大，导叶开度很大，几乎达到全开。

（3）两列送风风机在现场的布置太近，相互之间影响很大。当一列送风风机在运行时，这时启动另一列风机，就会对运行的风机产生很大影响，甚至直接使正在运行的风机低流量跳机。

（4）排风风机入口差压始终达不到设计值，排风机入口负压不够大。因为排风机入口设计了两个并联的阀门，一个调节型气动阀和一个开关型气动阀。设计的意图是：排风风机启动的一瞬间，先自动联锁打开调节型气动阀，当调节型气动阀达到100%开度时，开关型气动阀才会打开，实际的情况是调节型气动阀完全不起调节作用，导致每次风机启动开关型气动阀都会打开，导致排风机入口负压不满足要求。

（5）两列送风风机和排风风机同时运行时，无法维持安全壳大气压力在设计压力范围内。安全壳压力会持续升高，最终导致送风风机阻力越来越大，最后低流量跳机。

3 系统设计改进方案

（1）为了使阀门的开关时间满足要求，可以在启动执行机构上增加气动放大器，加快阀门开启速度，同时更改电磁阀类型加快排气速度。

（2）针对送风风机选型与管道阻力不匹配的问题，可以考虑在每台送风风机的出口至两台风机的公共母管之前的这段管线上增加一个手动挡板。这样通过增加的阀门来调节各自风机的阻力，不会相互影响，可以将单列运行时的导叶开度调大到30%-40%，这样风机就能运行在最佳性能点附近。

（3）AP1000厂房空间的设计比较紧凑，两列送风风机所在的厂房布置管道的空间有限，但是可以考虑使两列风机出口管线交汇的点尽量远离风机出口，这样可以减小相互之间的影响。

（4）排风机入口负压不够大主要是风机入口管道设计不合理。调节型气动阀的管道截面太窄，当启动排风风机时，调节型气动阀开始慢慢打开，此时排风机入口负压非常大，达到了10倍的设计值，但是直到调节型气动阀全开，入口负压也高于设计值，所以开关型气动阀会打开，然后入口负压就低于设计值。所以只要适当增大调节型气动阀这一路的管径，就可以在调节型气动阀打开而开关型气动阀不打开的情况下满足排风机入口负压的设定值。

（5）送风风机与排风风机的设计流量是相等的，理论上应该达到风量平衡的状态，安全壳的压力应该不会波动。送风风机与排风风机的流量调节全靠风机入口导叶，而导叶又受风机出口的矩阵式流量计控制，如果流量计不准确很难保证风量平衡，所以需要更换流量计类型，选用更加精确的流量计。

4 结束语

作为一名调试工作者，在调试试验中验证系统设计，发现设计中的问题，并提出解决方案，这才是调试的目的所在。在发现问题和解决问题的过程中，既提高了调试能力，又保证了核电站的安全。文章的问题探讨和经验总结，对后续核电的建设和调试将会起到指导和借鉴意义。

参考文献

[1]孙汉虹.第三代核电技术[M].北京：中国电力出版社，2010.

[2]GB 50019-2003.采暖通风与空气调节设计规范[S].

[3]林诚格，郁祖盛.非能动安全先进压水堆核电技术[M].北京；原子能出版社，2010.