本文从方案设计、系统布置、设备及其控制、废气排放等方面，对核辅助厂房通风系统的设计进行介绍，总结核电厂大型厂房通风系统的设计特点和经验。
1 厂房概况
为满足单堆布置要求及废气、废液、固体废物处理新工艺的改进，ACP1000三代核电厂核辅助厂房相对于二代核电厂进行了全新布置。核辅助厂房分别与核燃料厂房、核安全厂房及核废物厂房相接，占地面积2 500 m2左右，主要楼层标高从－12.50 m到24.00 m，共分为8层，核辅助厂房为抗震厂房，不防大飞机撞击。
布置在核辅助厂房内的主要是核辅助系统及单堆专属的部分三废系统，包括：余热排出系统、化容系统、硼水补给系统、蒸汽发生器排污系统、硼回收系统、废气处理系统、安全壳过滤排放系统、核岛疏水排气系统、核辅助厂房通风系统及核岛冷水系统。另外，核辅助系统的过滤器除盐器、核取样间及实验室、核辅助厂房电气仪控柜间也布置在该厂房内。
2 方案设计
2.1 系统功能
核辅助厂房通风系统是非安全相关的系统，执行下列功能：
1）在电厂正常运行期间，保持核辅助厂房内温度在设备运行和／或人员健康及安全所规定的范围内；
2）按辐射防护分区，限制房间中的气溶胶放射性水平，以便人员进入；
3）控制空气从潜在低污染区流向潜在高污染区，然后向室外排放；
4）降低向环境释放的放射性污染物的浓度；
5）保持厂房内的压力略低于大气压力，以减少运行工况下厂房泄漏的放射性气溶胶；
6）反应堆冷停堆期间，保证安全壳换气通风系统所需的风量和过滤要求；
7）发生火灾时，排除核辅助厂房电气仪控柜间的烟气；
8）保证核岛冷水系统制冷机房和泵房的温度，并在发生制冷剂泄漏时保证房间的排风；
9）维持余热排出系统泵房和换热器房间的温度。
2.2 系统设置
2.2.1 送风
根据厂房特点和工艺系统要求，将核辅助厂房通风系统设计为连续运行的直流式全新风系统，新风从室外防雨百叶窗引入，经过滤、冷却、加热等处理后送至厂房各房间。
送风机按照4×50％冗余设置，即按系统额定送风量的50％配置４台并联运行的风机，在不同的工况下两用两备或三用一备，如图1所示。
图1 送风流程示意图
2.2.2 排风
根据各工艺系统房间的特点，设置2个排风子系统：1个为正常排风子系统，用于无碘污染的房间，该子系统中的空气经预过滤器和高效空气粒子过滤器过滤；另1个为碘排风子系统，用于可能被碘污染的房间，只要排气中碘浓度达到预定的阈值时，该子系统排气就经预过滤器、高效空气粒子过滤器和碘吸附器过滤。
正常排风机按照4×50％冗余设置，即按系统额定正常排风量的50％配置4台并联运行的风机，在不同的工况下两用两备或4台全用。碘排风机按照2×100％冗余设置，即按系统额定碘排风量配置2台并联运行的风机，在不同的工况下一用一备或2台全用，如图2所示。
图2 排风流程示意图
2.2.3 其他设置
根据火荷载的大小，在核辅助厂房电气仪控柜间设置排烟子系统；在核岛冷水系统制冷机房和泵房设置单独的通风子系统；在热负荷较大的余热排出系统泵房和换热器房间、电气仪控柜间设置循环冷却机组。
2.3 换气次数
根据房间辐射分区的不同，核辅助厂房通风系统采用不同的换气次数：有氢危险的房间为12 h－1；红区或橙区房间（有潜在高污染的房间，有效剂量＞0.1 mSv/h）为4 h－1；黄区房间（低污染的房间，0.01 mSv/h＜有效剂量≤0.1 mSv/h）为2 h－1；绿区房间（极轻微污染的房间，有效剂量≤0.01 mSv/h）为1 h－1。
2.4 温度控制
不同的工艺房间对室内环境要求也不相同，核辅助厂房一些典型工艺房间的温度要求如下：核取样间22～24 ℃；电气仪控柜间及实验室18～25 ℃；硼酸罐和硼酸泵间22～35 ℃；浓缩液槽间25～40 ℃；其他房间5～40 ℃。所有房间的相对湿度控制在30％～80％之间。
为满足不同的环境要求，夏季新风经冷却盘管冷却；冬季，给安全壳换气通风系统提供的空气经加热盘管加热后送入反应堆厂房。对于部分有特殊温度要求的房间，送风经末端电加热器加热；对于电气仪控柜间等冷负荷较大、且温度要求限定在较小范围内的房间，送风经末端冷却盘管和电加热器进行处理；对于硼酸罐和硼酸泵等有结晶风险的核安全级设备间，设置带应急电源的电暖风机。
2.5 负压控制
为了减少各工况下放射性气溶胶由厂房向外泄漏的风险，需保证厂房对外界维持一定的负压。核辅助厂房通风系统主要以排风量略大于送风量的方法来维持厂房负压，根据厂房内各工艺房间的潜在放射性水平，保证其排风量与送风量的比值维持在1.05～1.1之间，且潜在放射性水平越高的房间该比例也越高。这样既可保证厂房内空气从潜在低污染区向潜在高污染区流动，也可保证整个厂房相对于外界维持一定负压。
3 系统布置
3.1 机房布置
核辅助厂房通风系统主要包括送风机房、正常排风机房、碘排风机房、排烟机房和循环冷却机房。送风机房、正常排风机房、碘排风机房布置于核辅助厂房15.50 m层，便于各机房与室外新风口和排风烟囱的串联，有利于施工调试、噪声控制，而且便于运行维护、统一管理，如图3所示。
图3 核辅助厂房通风系统机房和竖井布置
排烟机房布置于核辅助厂房6.50 m层，紧邻于其服务的多个电气仪控柜间。循环冷却机房布置于核辅助厂房－12.50 m和0.00 m层，紧邻于其服务的工艺房间。
3.2 通风竖井
各子系统分别设置了送风竖井、正常排风竖井、碘排风竖井和排烟竖井。各竖井在厂房内上下贯通，用于各机房与厂房内房间的连通，如图3所示。
竖井的使用省去了送排风主立管，每层的送排风互不干扰。既减少阀门的使用数量，也降低了系统调试的难度，还降低了安装时与工艺管道交叉的风险。
4 设备及其控制
4.1 系统设备
核辅助厂房通风系统是核岛相对较大的通风系统，涉及的设备也较多，主要包括风机、预过滤器、高效空气粒子过滤器、碘吸附器、冷却盘管、加热盘管、电加热器、电暖风机组、循环冷却机组等设备。
4.2 设备控制
4.2.1 风机
正常工况下，4台送风机与4台正常排风机联锁，为保证厂房的负压，排风机启动后再启动送风机，送风机停运且对应排风机就地开关在“关”位时排风机停运。送风机与正常排风机都为两用两备，当运行的风机故障时，自动切换到备用风机运行。
2台碘排风机一用一备，当运行的风机故障时，自动切换到备用风机运行。
2台排烟排风机一用一备，发生火灾时，就地手动启动或由主控制启动排烟风机。
各风机运行状态分别在就地、核辅助厂房控制盘、主控室显示。各送排风主管路上设置就地流量测量仪表（LD），保证各工况下系统在设计风量下运行。
4.2.2 过滤器
预过滤器、高效空气粒子过滤器都设置就地压差监测仪表（LP），当过滤器压差达到预设的终阻力时，对过滤器进行更换。
4.2.3 碘吸附器
碘吸附器带有压差监测仪表（LP）用于监测额定流量下活性炭床的压降，保证其不超过600 Pa。碘吸附器上游风管上设置电加热器和湿度监测仪表（SZ），用于把进入碘吸附器的空气相对湿度控制在40％以下，以保证活性炭的净化效率，碘吸附器应满足对分子碘的净化效率≥99.98％，对甲基碘的净化效率≥99.98％的要求，否则需对活性炭进行更换。
因核辅助厂房通风系统风量较大，碘吸附器活性炭装炭量达到3 700 kg，是一个火灾负荷较大的设备，必须对其采取相应的防火及消防措施。首先是在碘吸附器的前后设置140 ℃熔断的手动防火阀，保证火灾时的隔离，防止火灾蔓延。其次是在碘吸附器前后设置温度和烟气传感器，保证及时报警，并采取措施减少火灾的危害性。最后是在碘吸附器的顶端设置喷淋系统，保证火灾时能够迅速灭火。通过上述多种措施的组合实施来预防碘吸附器的火灾风险。
4.2.4 冷却盘管
冷却盘管进水管上设置三通流量调节阀，盘管下游送风管上设置温度测量仪表（MT），通过调节三通阀的水量保证经过冷却盘管的出风温度恒定。冷却盘管冷凝水通过核岛疏水排气系统的地面疏水子系统收集，然后再排至废液处理系统的地面排水接收槽中。
4.2.5 电加热器
电加热器配备温度监测仪表（ST），其上游风管设置流量测量仪表（SD），下游风管设置温度测量仪表（MT），通过调节加热功率保证经过电加热器的出风温度恒定。当ST仪表高温或SD仪表低流量时自动停运电加热器，防止其干烧。
5 废气排放
核辅助厂房通风系统以及核岛带有放射性的其他通风系统的废气通过核岛烟囱排放至大气。
在核辅助厂房屋顶设置一个排风小室，核辅助厂房通风系统的废气通过混凝土竖井排至该排风小室，其他需通过烟囱排放的核岛通风系统通过风管把废气汇至该排风小室，最后通过烟囱排至大气。
核岛烟囱设有流量测量仪表（MD），当排放流量达到低限值时，会在核辅助厂房控制盘和主控室报警。
电厂辐射监测系统会对核岛烟囱进行取样监测，当排放气体放射性超标时，会在主控室报警。
6 结语
核辅助厂房通风系统的设计主要包括：提出系统的用房条件、上游设计输入资料的收集、下游需求资料的提出、设备和风管的布置、新型设备的研究等工作，应对参考电站和国外三代核电站的相关系统有深入的研究。核辅助厂房通风系统作为大型的核岛通风系统，面临着与上下游系统、设备控制接口众多且需求不断变化的情况，因此设计者必须对厂房和系统有一个全局的把握，细心谨慎地做好设计工作。
来源：《暖通空调》2016年第11期
作者：中国核电工程有限公司 杜文学 罗阳
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