“华龙一号”主控制室空调系统问题分析与改进

张彪　张婧

摘要：“華龙一号”核电机组主控制室空调系统（VCL）主要为主控室可居留区服务，维持其可居留性。事故工况下，应急新风与回风混合经应急过滤回路与空调机组处理后送至主控室可居留区。为了保证在事故工况下，通过高放射性信号可以第一时间切换VCL系统至事故工况运行，且系统运行状态良好，相关文件规定了应急快速切换设备的验证及应急管路过滤设备可靠性的验证。但在调试准备阶段发现：第一， VCL系统空调机房送回风应急隔离阀没有设计与相关信号连锁自动关闭，导致VCL系统在事故工况时不能第一时间全面切换至事故模式运行；第二， VCL系统应急过滤设备定期试验管路管径偏小，导致无法满足应急过滤设备现场试验所需的风量。根据相关规范及系统设计功能要求，修改VCL系统空调机房送回风应急隔离阀供电方式、连锁信号关闭逻辑；修改VCL系统应急设备定期试验管路管径。从而满足VCL系统事故状态下的快速响应功能及运行可靠性。

关键词：可居留区  隔离阀  快速响应  试验回路

中图分类号：TU831;TM623    文献标识码：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

通风空调系统在核电站中有着重要的作用，各个系统的设计都有着共同的目的，即为人员的进入及工作提供舒适的环境；为设备的正常运行创造安全的环境条件；控制和限制污染空气或气体的排放。其主要手段是通过对空气温度、湿度、放射性、洁净度以及换气频率等参数的调节、控制来达到所要求的环境条件。

“华龙一号”核电机组主控制室空调系统（VCL）^[1]主要为主控室可居留区服务，维持其可居留性。正常工况下（无放射性泄漏），新风与回风混合^[2]经过空调机组处理后送至空调机房和主控室可居留区各个房间。事故工况下（放射性泄漏），应急新风与回风混合后经过应急过滤回路与空调机组处理再送至主控室可居留区各个房间，受放射性污染的空气经过高效过滤器及碘吸附器吸附处理后，可以降低空气的放射性水平^[3]，保障送风房间的可居留性。

为了保证在事故工况下，通过高放射性信号可以将VCL系统第一时间切换至事故工况运行，且系统运行状态良好，定期试验对应急快速切换设备的验证及应急回路过滤设备可靠性的验证就显的尤为重要。

1  主控制室空调系统简介

主控制室空调系统（VCL）是主控室可居留区（主控室、技术支持中心及计算机室等）相关房间通风系统，主要执行下列功能：

保持房间内的温度和湿度在所规定的限值内以满足设备运行和人员长期停留的要求^[4]；维持主控室可居留区内压力略高于出入口区域的压力；当发生事故从而导致大量放射性污染物释放时，系统迅速切换至应急过滤回路，新风和回风经过净化后送入主控室、技术支持中心及相关房间来维持可居留性。

在厂区污染情况下本系统必须保证操作人员的安全卫生条件。本系统也必须保持核安全有关的设备处于温度和湿度的允许限值内。

VCL系统主要由主送风回路和应急过滤回路构成，具体情况如图1所示：

两列主送风管路（一用一备），主要包括：两套并联100％容量组合式空调机组；两台并联100％容量的排风机；16台电动隔离阀（用于厂区污染情况下，确保正常通风管路向过滤管路的迅速切换）。

两列应急过滤管路（一用一备），主要包括：两台并联100％容量送风机；两台碘吸附器；四台高效过滤器；两台电加热器。

2  VCL系统问题描述及分析

2.1  VCL系统应急设备定期试验管路管径偏小问题

根据通风系统调试大纲及定期试验技术要求，VCL系统需进行高效过滤器性能试验和碘吸附器性能试验。因VCL系统设置的四台高效过滤器及两台碘吸附器在应急送风管路上，为避免在进行高效过滤器和碘吸附器现场设备性能试验时系统所注入的化学及放射性试剂进入主控制室可居留区域内，特别为此两类设备的现场性能试验设计了专用的定期试验管路（如图1所示），此试验回路可直接将试验时所注入的化学及放射性试剂排至室外，避免了对室内人员造成伤害。

在进行某“华龙一号”核电机组VCL系统调试前期准备时发现，设计用于现场高效过滤器和碘吸附器性能试验的定期试验管路管径与应急送风管路的管径相差甚远（定期试验管路管径为200mm×200mm；应急送风管径为：500mm×500mm），如图1所示。根据高效过滤器现场试验导则、碘吸附器效率现场试验导则及相关文献^[5]的要求：试验期间通过高效过滤器、碘吸附器的风量需调整至额定值（偏差小于1O%）。通过查阅高效过滤器、碘吸附器运维手册及主控制室系统手册得知，此两类设备的额定风量均为6800m?/h。结合现场管径数据经理论计算得出若从定期试验管路内通过6800m?/h流量的空气，其风速达到47.2m/s，完全不符合工业建筑供暖通风与空气调节设计规范要求的6～14m/s要求^[6]。通过现场测试，在定期试验管路风阀全开状态下实际测量时，流量仅为3800m?/h左右，流速为26m/s左右。完全不满足高效过滤器、碘吸附器现场试验所需的风量要求。若按照低于额定风量的系统运行工况进行泄漏率试验，将导致试验结果偏大^[7]。

所以，VCL系统应急设备定期试验管路管径设置是不合理的。

2.2  VCL系统空调机房送回风隔离阀快速响应问题

在某“华龙一号”核电机组VCL系统设计中，增加了循环回风应急过滤系统，以降低在事故工况下由于主控室可居留区域边界门开启以及可居留区边界渗入主控室内的非过滤放射性物质对主控室可居留区域人员造成的剂量照射。即将系统的回风（主控室可居留区域内的空气）与室外新风先混合后再经过应急过滤回路循环过滤，通过空調机组送入主控室可居留区，这样就可以持续降低主控室可居留区域内碘和气溶胶的浓度，以维持主控室区域可居留性。

为了控制VCL系统从正常通风状态向事故通风状态的快速切换，根据主控室空调系统手册，在厂区污染情况下，VCL应急过滤回路由高放射性信号自动启动。此时，VCL系统正常新风电动隔离阀自动关闭、正常排风风机自动停运、正常排风电动隔离阀自动关闭、正常回风回路电动隔离阀自动关闭、事故回风回路电动隔离阀自动打开、事故新风电动阀自动打开、应急过滤回路风机自动启动、空调机房送回风电动隔离阀手动关闭。

在进行某“华龙一号”核电机组VCL系统调试前期系统设计文件梳理过程中发现空调机房的送回风是直接从送回风总混凝土小室接出（如图1所示），事故工况下设置在空调机房送回风管路上的电动隔离阀控制方式是就地手动关闭，没有与应急风机启动信号、高放射性信号连锁自动关闭，导致VCL系统在事故工况时不能第一时间全面切换至事故模式运行。而在通过运行值班人员响应至就地关闭空调机房送回风管路上的电动隔离阀这段时间，将导致主控室可居留区人员的受照射的剂量相对增加。具体原因如下：

（1）值班运行人员打开主控室可居留区域隔离边界门去就地关闭空调机房送回风管路上的电动隔离阀时，将导致未经过滤的空气渗入主控室可居留区域内，使人员受照射的剂量增加^[8]。

（2）人比机器的响应更慢且可靠性更低，而在通过运行值班人员响应至就地关闭空调机房送回风管路上的电动隔离阀这段时间，空调机房的送回风没有经过应急过滤管路处理，而直接送至主控室可居留区域，导致主控室可居留区域内人员受照射的剂量增加。

所以，VCL系统空调机房送回风电动隔离阀设置为事故工况下手动操作关闭的控制方式是不合理的。

3  改进方案

3.1  定期试验管路改进

（1）将VCL系统应急设备定期试验管路管径进行修改，管径修改为与应急送风管路管径相同的尺寸（500mm×500mm），经理论计算若从应急送风管路内通过6800m?/h流量的空气，其风速为7.6m/s，符合工业建筑供暖通风与空气调节设计规范要求的6～14m/s要求。通过现场现场测试，调整风阀开度在应急送风管路中通过空气流量6800m?/h左右时：空气流速为9m/s左右。完全符合规范要求。

（2）将VCL系统应急设备试验专用回路4台阀门（2台防火阀、1台隔离阀、1台止回阀）选型尺寸进行修改，以匹配管径尺寸。

3.2  空调机房送回风电动隔离阀改进

（1）修改空调机房送回风电动隔离阀供电方式为低压开关柜直接供电，保证可在低压开关柜通过试验盒进行阀门开关操作的功能，集成供电与操作功能与一体。去除就地核级动力控制箱，可节省工程造价及空调机房空间。

（2）增加空调机房送回风电动隔离阀远程连锁控制逻辑，主控室人机画面可手动控制阀门开启、关闭，自动关闭由应急风机启动信号、高放射性信号连锁关闭，可保证VCL系统在事故工况时第一时间全面切换至事故模式运行。

4  结论

（1）通过将VCL系统定期试验管路管径修改为与应急送风管路管径相同的尺寸可以满足高效过滤器、碘吸附器现场试验要求。

（2）通过修改空调机房送回风电动隔离阀供电方式为低压盘柜直接供电及控制方式为连锁控制，可实现VCL系统在事故工况时第一时间全面切换至事故模式运行，其方案更合理。

综上所述，此改进方案即可满足VCL系统在事故状态下的快速响应功能及应急过滤设备运行可靠性的验证。可以为后续核电机组主控室空调系统的设计提供参考。

参考文献

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