关于AP1000与CPR1000两者主控室通风系统的差异性分析Word格式文档下载.docx

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亚湾和岭澳核电厂已运行多年,在建的还有岭澳二期,红沿河,宁德,阳江等.

核电厂主控室是核电厂运行的控制中心.核电厂主控室操作和控制的主要目的是要确保

在正常工况下能使反应堆安全运行,在不正常工况和事故工况下能使反应堆安全停堆.所以,

主控室是核电厂控制的心脏,主控室的温,湿度要保证控制室内的操作人员有良好的舒适环

境.室内温度应长年保持于在20-26~C,相对湿度在30～60%范围内.室内地面到人头部的温度

差不应超过5.CC,室内风速应小于0.5m/s,室内噪声要求小于45db（A）.主控室的通风设计与常

规设计相比有以下几点不同:

事故工况下,要对室外新风进行净化处理以保证操作员的可居

留性;

在地震安全停堆时,系统能正常运行;

发生龙卷风时,系统能对室外进行隔离;

能动部件

连接应急柴油发电机等等.

事故工况下,核电厂主控室新风净化方式有如下几种:

1.新风直通式净化处理

2.新风和部分室内空气混合后净化处理

3.罐装压缩空气短期供气

而CPR1000采用的是第一种新风直通式净化处理,AP1000采用的是罐装压缩空气短期

供气.本文主要比较的就是这两种方式的安全性和经济性.

由于AP1000方案采用非能动专设安全设施的特点,AP1000的HVAC系统中,除主控室

边界隔离功能及主控室进风放射性测量功能为安全相关功能外,其余功能都是非安全相关功

能,因而采用的设备都是非安全级,非抗震l类设备,也不采用安全级的柴油发电机作为备用

32?

电源,这样就大大降低了对设备的技术要求,也降低了造价.同时,由于系统的简化和设备的

减少,在实际运行过程中的费用也大大降低.

CPR1000中主控室通风系统在正常运行工况下,不开启新风过滤吸附管线,而是以新风

加回风循环方式运行.而在厂区受到污染情况下,才开启安全级的新风过滤吸附管线.这时,

新风经除碘过滤后送入主控室,其他管线（除了正常新风进风口,厨房办公室排风机关闭）照

常运行.由于在事故时,整个空调净化机组均要投入运行,这就使整个DVC的风管及设备,阀

门有了更高的要求.整个DVC系统是安全相关的,包括整个新风过滤管线.在失去厂外电源

时,新风处理机组,主送风机,电加热器及其他风机均应由安全级的应急柴油发电机提供备用

电源.流程图见图1.

图1DVC系统流程图

气

而在AP1000中,主控室的应急可居留性是仅由主控室应急可居留系统（VES）系统维持.

在正常工况下和"

放射性事故下,由核岛非放射性通风系统（vBs）来维持;

而在"

放射

性事故下,由VES来维持.VBS正常工况下,新风不需进行吸附净化处理;

放射性事

故工况下,新风经过滤吸附,但是过滤吸附管线非安全级.VBS包括三个子系统:

主控室,控制

支持区HVAC子系统;

1E级电气室HVAC子系统;

非能动安全壳冷却系统阀门间供热和通风

子系统.其中仅主控室/控制支持区HVAC子系统为主控室服务.而在"

放射性信号时,

主控室与VBS系统隔离,主控室的可居留性完全由VES（主控室应急可居留系统）来维持.

VES是由32个压缩空气罐通过压力非能动地向主控室提供通风,而主控室混凝土天花板,墙

靠平时保持24℃蓄冷,维持事故后72小时期间主控室温度不高于30clC.所以整个VES提供

的通风和降温都是非能动的.而在失去交流电源时,先是VBS转接到非安全级的厂内辅助柴

油发电机,如果厂内交流电源不可用的时间超过十分钟,则切换到VES.流程图见图2.

33?

图2VBS主控室/控制支持区HVAC子系统流程图

下面就AP1000的VES和VBS与CPR1000的DVC在安全级及非能动两个方面做比较:

1.安全级

（1）碘吸附器

在厂区受到污染的情况下,DVC的新风取自受污染的室外大气,所以需要用碘吸附器来

过滤吸附处理,因此新风过滤吸附承担安全相关功能,所以碘吸附器,包括整个新风过滤吸附

管线都是安全级的,它的失效会直接导致进风有碘污染.VBS提供的新风也要经过过滤,但是

VBS的新风过滤管线仅仅承担"

放射性时的除碘过滤.在"

放射性污染时,VBS系统

关闭并对主控室隔离,由VES保证主控室的新风供给和降温.VES提供的新风是储存好的压

缩供气.所以VBS中的新风过滤管线是非安全级的,包括碘吸附器.图3是CPR1000中安全

级的新风过滤管线,包括碘吸附器的阀门,电加热器等等.从这个比较可以看出,在碘吸附器

及新风过滤管线上的设备的造价及维护成本,都会大于AP1000的核电厂中VBS系统过滤吸

附的成本.

图3CPR1000中的新风过滤吸附管线

（2）应急电源

AP1000核电厂中不采用能动安全级柴油发电机,故厂内柴油发电机仅作为备用电源誊而

CPR1000核电厂中,在失去厂外电源时DVC由柴油发电机A系列和B系列提供备用电源,应

急柴油发电机是安全级的.同时,制冷仍然要靠冷冻机来提供冷冻水维持主控室内的温度,所

34?

以冷冻机也要接安全级的应急柴油发电机.而对于AP1000而言,接柴油发电机的作用只是为

尽可能地减小VES系统启动的概率.如果交流电源不可用的时间超过了1O分钟,才启动

VES,也就是说最后还有一道关.而VES的启动及运行,是不需要应急柴油发电机的支持,靠

非能动的压差,从32个压缩空气储存罐由设计压力27.6Mpa降到0.7Mpa的压差持续不断地

给主控室提供新鲜空气,满足11个人的呼吸需要.并且,制冷也不需要应急柴油发电机.所

以,从以上分析,首先VBS接的柴油发电机不需要安全级,其次严重事故过后,主控室的通风

和降温都是由非能动设备来保证的,所以更不需要接柴油机.这对整个核电厂而言,也是一笔

不菲费用的节省.

（3）风机

CPR1000中DVC正常运行工况下,开启主送风机和排风机.在厂区污染情况下,开启新

风过滤管线,主送风机保持运行,关闭排风机.AP1000中正常运行工况下,VBS开启送风机,

回风机和排风机;

探测到"

放射性信号时,开启附加空气过滤子系统,其他基本保持不变;

放射性信号时,隔离VBS,开启VES,不需用风机;

在72小时之后,开启主控室

辅助风机,提供室外新风.所以CPR1000中所有风机除了排风机以外,其他风机都要在事故

工况下运行,故均为安全级的.而AP1000中,VBS的风机不需要在"

放射性工况下运行,

所以不是安全级;

而VES中,送风是靠非能动的压缩空气压差实现的,所以不用风机.这样,

AP1000的风机因为取消了安全级,所以可节省大量的成本,同时也不会降低安全性.CPRl0o0

与APl000风机对照见表1.

表1CPR1000与APIO00风机对照表

CPR100oAPlO0o

新风过滤附加风DVC主送风机排风机1排风机2排风机3送风机回风机

送风机机

风量60250344218609609oo374oo348506796

（mS/h）

电机功551

.

5O.75O.750.9暂缺暂缺暂缺（kW）

水流量

（m3/h）46.6（At=6~C）31.4（at=8.87oC）

制冷量325325

（kW）

从表1中可以看出,CPR1000的送风机风量为60250mS/h,而AP1000送风机的风量为

37400m3/h.这是因为CPR1000送风温度为14cC,而AP1000送风温度为7.2oC.APIO00送风温

差的加大使得送风量减少,降低了风机的功率.冷冻水流量是因为AP1000的冷冻水进出VI水

温为13.3℃和4.44cC,温差8.87oC;

而CPR1000冷冻水进出口水温14℃和8℃,温差6~C;

这样,

温差变大,流量就减小,这对水泵和风机来讲,功率就大大减小,达到节能的效果.

综上所述,AP1000在设备和应急电源上的安全级别降低了.在CPR1000的DVC系统

中,空气处理机组除加湿器以外的部分及新风过滤管线是安全相关的,空气处理机组中及新

风管线上的HEPA过滤器,预过滤器,碘吸附器,冷却盘管,电加热器（除电暖器）,风机;

新风

35?

过滤管线上的所有设备阀门,以及空气处理隔离阀,风机止回阀,新风止回阀,排风机止回阀,

压缩空气电动阀都是安全相关的.而AP1Ooo中的VBS只有主控室进风放射性测量和主控室

边界隔离是安全相关功能,此部分设备和部件为安全相关,比如说放射性测量仪表和主控室

边界隔离阀及VES是安全相关的.由此可以看出,APIO00中安全相关的设备远远少于

CPR1000的设备,因而AP1000中降低了主控室通风系统中的设备制造要求,从而降低了造

价.主要是因为在执行安全相关功能时,CPR1000是新风过滤管线和正常运行工况下的管线

均要运行,同时设备就要有安全级的柴油发动机支持,包括空气处理机组,但排风机停运,要

保持正压.所以空气处理机组中的设备都要安全相关,既能满足正常运行工况又能满足厂区

污染工况.而APIO00的VBS系统在探测到"

放射性信号时才要求被隔离,在此之前不

需要执行安全相关功能（除了主控室边界的隔离和放射性监测）,而在更严重事故时VBS不需

要运行,VBS设备也就不需要安全相关.而此时保证主控室可居留性的VES系统是安全相关

的.而又因为VBS不运行,VES非能动,所以都不需要安全级的应急柴油发电机.设备和电源

的安全级的降低,给制造和运行成本带来了很大的节省,同时又能更好地满足更严重事故时

的安全要求.

2.非能动

非能动是指依靠状态的变化,蓄能的释放或自主的动作来实现,而无需任何外部动力,如

位差形成的重力压头;

利用流体被加热或蒸发,冷却或冷凝而产生的密度差形成驱动压头;

压

缩气体膨胀等.主控室应急可居留系统运用了蓄能和压缩气体膨胀两个非能动动作来保证主

控室在事故后72小时内满足主控室可居留性.这样,就不需原空调系统投入运行.

（1）通风

事故后72小时内要满足11人的供氧并保持二氧化碳的浓度低于0.5%,那就需要新风的

支持.CPR1000中新风还是通过新风过滤管线,经过碘吸附,HEPA过滤器过滤后的室外新风;

而AP1000中则是通过储存好的压缩空气通过气体膨胀输送到主控室,满足可居留性人员对

新风的需要.为此总共设有32个空气贮存罐.这些空气贮存罐由锻造的无缝钢管制成,无焊

缝.空气贮存罐的设计压力是27.6Mpa.贮存罐总共具有的贮存容量,在最低压力23.4Mpa时,

为8895m.可供给主控制室110m3/h通风空气量,相当于每人lOm3/h的流量.这样在限定11

人居留情况下,除可使二氧化碳浓度保持低于0.5%体积浓度以外,还足以给主控制室加压至

与其周围区域之差压达30Pa.VES系统流程图见图4.

图4VES系统流程图

（2）制冷

CPR1000中制冷还是通过安全级的冷冻机组提供冷冻水,来给主控室降温;

而AP1000

中,主控室混凝土墙,天花板靠平时保持24℃的蓄冷,维持事故后72小时期间主控室温度不

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高于30℃.为了增强主控室房间顶棚的热吸收能力,在主控室围护结构内表面经选择的位置

上设有金属结构,金属板垂直焊在金属结构上.这些金属板延伸到房间里面,像肋片一样,可

增加室内空气对墙的热传导,如图5所示.

因为钢板的热导率较大,插入钢板可

使混凝土墙内的温度分布曲线下降（如图5塞

所示）.加了钢板以后与外界的温差就加大

了.根据Q=vC3,At,蓄热量比不加钢板墙的

蓄热量要大.反之,一旦室内空调停止,则

加了钢板的墙体向室内释放的热量要比不

加钢板的墙体也要大.

综上所述,AP1000采用了非能动的设

计理念,对于主控室的可居留性来讲,最重

要的作用是更可靠了.首先,取消了对自身

安全级设备和应急电源及安全级的冷冻系

混疆土墙

图5混凝土墙内予埋钢结构的作用

统的依赖,包括安全级的碘吸附器,安全级的风机,安全级的冷冻机组,安全级的电源等等.这

样依赖的越少,越是可靠.同时,考虑了更严重的事故.CPRIO00中事故后只有碘吸附器可过

滤放射性污染的空气,而一旦碘吸附器吸附饱和了,那就失效了.而APIO00中的碘吸附器只

是最后第二道关,碘吸附器失效了以后还有非能动的VES支持.而VES的压缩空气是事先储

存好的,没有放射性污染的,所以,再严重的放射性事故情况下都能保证主控室有72小时的

可居留性,因为它与事故污染程度没有联系.

3.火灾排烟

CPRIO00中主控室或控制支持区发生火灾时,DVC系统通过关闭相关防火阀来隔离房间

或相关防火分区,然后打开DVF（电气厂房排烟系统）的排烟阀及风机,由DVF系统保证着火

区域相对于周围区域的负压,以防烟气和有毒气体向周围房间扩散.在火灾熄灭后,排烟风机

关闭,排烟阀门由手动关闭.重新开启防火阀,DVC系统再次启动.而在APIO00中,采用气体

灭火剂,不再需要DVF系统排烟来保持着火区域的负压,而是通过本身系统对其他周围区域

的加压来保证着火区的负压.APIO00中,当主控室或控制支持区发生火灾情况下,关闭防火

防烟阀以隔离防火分区,使该子系统连接成直流模式,提供全新风至未受影响区域,并维持未

受影响区域微正压.这样也达到了CPR1000中防止烟气和有毒气体向气体区域扩散的目的.

灭火后再重新打开防火防烟阀,关闭回风阀以排出受影响区域内的烟雾和高温气体,打开排

风阀将气体排至汽轮机厂房排气口.故APIO00省略了电气厂房排烟系统,而让主控室空调系

统既承担通风降温功能,又承担排烟功能.为此,只需把新风加回风模式切换到直流模式,达

到排烟的目的.同时,对未受影响区域的加压可保证其不受着火区烟气扩散的影响.这样,可

减少一个系统,并节省相应的投资.

通过以上分析可见,采用非能动的主控室可居留系统,通过降低设备和电源的安全级,不

但节省了成本,简化了系统,而且更重要的是增加了可靠性,并能承受更严重的事故.但是,由

于AP1000要求设置32个压缩空气储存罐,而且其压力高达27.6MPa,也会增加部分投资费

用.不过,从总体上来讲,AP1000的设计理念,相对要比CPR1000先进了一步,在造价,安全性

上也有较大改进和提高.

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