核电站常规岛空调机组夏季降温改进研究

核电站常规岛空调机组夏季降温改进研究

楚咏璋

（中和辽宁核电有限公司  辽宁省 葫芦岛市）

摘要：核电厂常规岛安装着二回路的大量设备，这些设备正常运行时会产生大量热量，如果没有及时把这些热量导出厂房，厂房温度将上升到较高值。秦山地区夏季温度一般维持在30℃以上，少量几天会高至40℃。除了环境气温较高的特点外，还伴随着高湿度。设计院对该厂房热量导出方式主要为通过6台大型空调机组送入冷风，用屋顶风机排出热空气。空调机组采用的是蒸发冷却式制冷原理，但是由于选用的加湿模块效率较低、配套设备故障率高及加湿水量需求大于供给等原因，最终加湿模块未投入使用。近几年夏季极端天气出现频率提高，在这样的气象条件下，常规岛厂房在夏季维持在较高的温度，使得厂房中部分设备在此阶段故障率大大提高，对二回路的安全稳定运行产生了影响。有必要研究新的降温方案，在夏季高温季节对常规岛进行降温。本文阐述了夏季常规岛降温方案的选择过程，从理论分析、结构情况、可行性分析等方面，进行全面介绍。

关键字：降温；加湿

One cooling method of conventional island in summer

Chuyongzhang

（CNNP Liaoning Nuclear Power Co.Ltd. Production preparation pision Huludao City Liaoning Province）

Abstract: The conventional island installed most equipments in the Second-Loop System of Nuclear power plant. These equipments produce a lot of heat when working. If the heat cannot be exported in time, the plant temperature will rise to higher value. In a nuclear power plant, the temperature generally stays above 30 degrees. Besides the high temperature, it also accompanied by high humidity. There are six large air conditioning units which sent the cold air into the plan, and the heated air is send out by the roof fans. The air conditioning unit adopts the evaporative cooling refrigeration principle. Due to the low efficiency of humidifying device, the failure rate is high, and the water supply for the humidifier is insufficient, the humidifying device is not put into use finally. In recent years, extreme weather frequency increase in summer. The conventional island plant maintains at a high temperature, so that the failure rate is greatly improved, and security is reduced for the Second-Loop System. It is necessary to study a new cooling method to cool down conventional islands.  In this paper, a cooling method for conventional island is expounded which includes the theoretical analysis, structural analysis and feasibility analysis.

Keywords: lower the temperature; humidification

1. 概述

核电厂常规岛安装着二回路的大量设备，这些设备正常运行时会产生大量热量，如果没有及时把这些热量导出厂房，厂房温度将上升到较高值。常规岛通风降温由常规岛通风系统来完成。除配电间等几个小房间安装空调实现降温外，主厂房的降温通过六台空调机组往厂房不同楼层进行送风，送入厂房的空气因带走设备产生的热量而升高，高温的空气由安装在常规岛厂房的屋顶风机排出厂房。

该核电四季温差大，夏季温度一般维持在30℃左右。空调机组降温原理为蒸发冷却式，其基本原理为：空气通过空调机组的加湿膜，使加湿膜中的水蒸发，这一过程使得空气温度降低，也伴随着湿度的提高。对于常规岛这类大范围、高热值的环境，通过蒸发冷却方式是最为经济的。这类冷却方式的核心就是加湿膜，某核电目前空调机组的加湿膜材质为玻璃纤维，材料本身的浸透能力较低，因此需要过量的水来进行喷淋。由于水是过量的，在风的作用下，不能及时蒸发的水会被带入至加湿膜后的设备和管道中。因此，需要在加湿膜后设置挡水板。同时，过量的水需要容器进行收集，重新送入喷淋器进行复用，需要设置循环泵等设备。

2.遇到问题及降温方案初步选择

该空调系统是按气候条件来调整运行方式的，每年的冬季基本处于停运状态，春秋季节的部分时段也不需要投入蒸发冷却段（加湿段）。而玻璃纤维这种材质，在无水的条件下会发脆，长时间无水运行后，加湿膜整体发生脆化，而这六台风机的送风量为246000m3/h，在这种风量的冲击下，加湿膜发生局部破损，效率会进一步降低，导致对系统的补水需求不断上升，同时也使循环水系统的负荷发生变化，加湿膜附近区域的环境劣化，附属设备的故障率也升高。

由于加湿段是以引用除盐水作为水源，根据实际分配结果，无法满足不断增加的用水需要。

综上所述，该型加湿装置存在故障率高、运行不稳定、配套水量不足等问题，最终导致即使投运后降温效果差，以致现场不再投入蒸发冷却段。常规岛热量的带出，完全变为通过送入自然风来实现。这也导致了常规岛厂房在夏季温度很高，特别碰上极端天气，厂房温度更加恶劣，已经开始影响部分设备的稳定运行。

2.1降温方案初步选择

降温方案的原则需要考虑经济性，针对常规岛这种高热值厂房的降温手段，较为经济的方案有以下三种：

改变气流流通路径，从而使送风更为有效

加大单位时间的换风量

降低送风温度

改变气流流通路径需要通过调整风管和出风口位置，以及调整设备安装位置来实现。调整现场设备的安装位置可行性低。而调整风管也可能会增加送风阻力，单改风管和出风口对厂房局部温度改善较为有效，对整体温度改善效果不会很明显。因此，整体上该方案可行性低。

加大单位时间的换风量，从理论上说是可行的，并且非常经济。结合上文所述，主厂房的送风为六台空调机组的大风机，如果要增加送风量则必然需要更换更大的风机，更大的风机就需要更大的空间，并且配套的风管规格都需要进行更换，工作量巨大。并且，如果送风量大为提高，那么对应的排风量也需要提高，意味着需要增加排风机或者增大现有排风机的排风能力，必然导致屋顶风机数量或重量的增加。而常规岛的厂房屋顶式采用桁架结构，增加的重量可能需要对屋顶进行重新设计和布置。因此，从实施可行性角度分析，该方案可行性低。

采用降低送风温度方式，上文已有描述，原空调机组已经配备冷却段，且使用蒸发冷却的方式是最为经济的。仅仅是由于选用的加湿段自身问题才导致降温效果差、故障率高等问题。只要能找到合适的加湿材料就能达到降温目的，且从实施角度看是完全可行的。

因此，常规岛的降温方案仍然选择为降低送风温度，关键点就是选择合适的加湿材料及配套设备。

3.加湿膜种类的选择

目前市面上的加湿材料主要有以下三种：高分子纤维，玻璃纤维和金属膜。上文已说明玻璃纤维加湿膜装置不可行，降温方案的选择就在剩余两种材料中进行。

从加湿能力这一核心指标进行对比，高分子膜远远高于金属膜，同时从配套设备数量、阻力损失、部件构造等指标看，高分子膜都比金属膜有优势。

因此，得出结论：常规岛夏季最佳的降温方案就是使用高分子膜加湿模块。

4.高分子加湿膜选型

加湿器效果的一个关键参数就是饱和效率，饱和效率就是加湿装置实际通过等焓线能达到的降温能力与理论上空气达到饱和状态的比值。           饱和效率与加湿膜吸水性、比表面积、加湿水量等参数密切相关，饱和效率越高，说明降温效果越好。如果材质确定，并且现场水量充足的前提下，那么饱和效率仅和比表面积相关。要提高饱和效率，就必须提高比表面积，在现场设备框架确定的情况下，只能通过增加加湿膜厚度来实现，而加湿膜的使用量和经济性密切相关。

通过市场上有良好应用业绩的高分子加湿膜产品进行删选，最终选定两种加湿膜进行比较，第一种加湿膜的饱和效率为81~90%（计算时按90%效率进行计算），第二种加湿膜饱和效率约为95%。经过计算，饱和效率为81~90%的加湿膜降温幅度约3.3℃，饱和效率为95%的加湿膜降温约3.6℃。两种加湿膜降温能力差别不大，但是95%加湿能力的加湿膜价格是另一种的1.4倍。因而，选型初步定为饱和效率为81~90%的这一种加湿膜。

选取该核电地区2021年5月—10月的气象数据，通过统计学关于多个参数间的相关性分析进行数据分析，使用SPSS软件进行计算的回归方程为：

                   △T=-0.15W+13.389

△T：空气通过加湿膜后的降温幅度，干球温度，单位℃

W：外气湿度，即加湿膜入口空气的相对湿度

5.可行性分析

加湿膜安装可实施性分析：

该加湿膜尺寸可以根据用户设备的尺寸进行定制，原常规岛的蒸发冷却空调中已经设置有加湿冷却段，且高分子加湿膜在同样效率下尺寸厚度小于玻璃纤维加湿膜，现场的安装尺寸完全满足要求。安装后的效果示意图件如图5.1和图5.2所示。

图5.1  加湿膜在空调机组中的布置图

图5.2 加湿膜迎风面布置图

加湿膜配套设备适应性分析：

1. 较目前现场加湿模块，新型加湿膜取消了水循环泵，改用电磁阀控制水量，用电负荷下降，电源情况满足要求。
2. 新加湿模块需要新增一个控制箱，用于控制电磁阀开关及显示相关数据，由于新增的控制箱不需要把信号送至远方，仅在就地进行显示，只需要提供普通电源即可，不需要在控制系统上新增仪控布线，仪控部分满足要求。
3. 单台最大用水约为1230 Kg/h，平均用水量为820Kg/h，现场的补水管尺寸为DN25，可以满足供水流量。

综上所述：新型加湿装置安装角度分析是可行的。

6.结论

如上文所论述，使用高分子材料加湿膜，采用加湿冷却的降温方案对该厂常规岛在夏季高温天气下的降温是有效的，已经在同型电厂中有使用业绩。

参考电站的特点为随着环境温度的升高，空气湿度快速下降，而根据统计计算的回归方程△T=-0.15W+13.389可以看出，湿度与降温幅度也是负相关关系。意味着环境温度越高，湿度会越低，那么该降温方案的降温能力越高，一定程度上消减外界气温升高推高厂房环境温度的影响

总体来说，常规岛夏季高温季节采用该降温方案是可行的，也是必要的。

参考文献

[1]国家能源局；发电厂供暖通风与空气调节设计规范（DL/T 5035-2016），2016（8）

[2]曾丹苓；工程热力学（第三版），高等教育出版社， 2002（12）

[3]国防科学技术工业委员会；核级空调机组设计通则（EJ/T886-2004），2004（3）

[4]参考电站常规岛通风系统手册

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