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[摘要]本文介绍AP1000核电站正常余热排出泵间的通风系统的设计特点与布置原则，介绍相应的冷却机组的选择计算方法，通过对比分析，说明AP1000堆型与二代压水堆核电站通风系统设计的异同。
[关键词]AP1000；余热排出系统；通风系统
引 言
目前，我国在役以及在建的核电站主要是以AP1000或EPR机型为代表的三代压水堆核电站以及以M310机型为代表的二代改进型压水堆核电站。在新一代核电技术发展中，随着人们对核安全文化和人因环境的重视，通风系统的设计越来越被人们所关注，核岛通风空调系统对保证核安全、限制放射性物质释放和环境保护都起着非常重要的作用，是反应堆重要的辅助屏障系统，也是核电站的纵深防御措施之一。
AP1000正常余热排出系统（RNS）是保证核电站安全运行的重要保证，正常余热排出系统包括两列余热排出设备，每列包括布置在核辅助厂房的一台RNS泵及一台热交换器。两列设备共用一根来自反应堆冷却剂系统的吸入母管和一根排放母管，排放母管在安全壳内分成两根管线各自通过非能动堆芯冷却系统的直接注入管线返回反应堆冷却剂系统；系统设置两台单极、立式、同轴、底部吸入的离心泵，为保证泵的安全稳定运行，就要求有合适的工作环境与之相适应。核电站放射性控制区通风系统（VAS）服务于辅助厂房的所有放射性控制区，设计目标是保证室内温度、限制排风的放射性、保持厂房的负压以及为厂房提供过滤的空气。VAS系统根据RNS泵功能进行设计，达到水泵运行的温度要求及运行维护所需要环境条件。
1.RNS泵间的通风系统设计与布置特点
1.1RNS泵间通风系统设计特点
三代压水堆型AP1000中，余热排出系统包括非能动余热排出系统与正常余热排出系统两部分，正常余热排出系统是核电站正常工作运行时实现系统四大功能。RNS泵主要布置在安全壳外，在停堆时，余热排出泵启动运行，VAS系统保证余热排出泵房间的设计温度，以保证设备正常运行，是非安全相关系统纵深防御的一部分。基于以上的功能要求，VAS系统为RNS泵房设置就地空气冷却机组。空气冷却机组实现室内循环，不需要室外新风,保证泵房的设计温度在10～54.4℃范围。同时RNS系统泵房的冷却器设计为100%容余，满足单一故障准则，保证泵房的环境温度，满足设备运行和人员检修要求，提供纵深防御的功能。
在RNS泵启动时或者探测到室内温度高于设定值时，就地冷却机组启动，保证室内的环境温度。通过温度信号执行控制和报警功能，当房间温度超过32.2℃时，启动循环冷却机组的风机，直到房间温度低于18.3℃。当房间温度超过57.2℃时向主控室发出报警信号。
VAS系统在有纵深防御功能设备的房间内设置了冷却机组，以便在阀门故障或厂房隔离情况下失去正常通风系统后仍然能够提供可靠的冷源保证设备的运行。在RNS泵房布置了冷却机组，根据泵的运行状态或者室内高温信号控制冷却机组的运行状态。虽然AP1000的纵深防御系统在安全停堆状态下不使用，但这种适用于纵深防御房间的设计思想与INPO设计思想类似，防止由于故障导致失去正常通风系统，并影响设备的可靠运行。
1.2空气冷却机组设备及布置特点
VAS就地冷却机组主要包括送风机、冷却盘管和过滤器三部分。
泵间的布置同样要考虑人员与运行的安全性。RNS泵房内的冷却机组要布置在远离放射源的区域，以保证人员能够进入维护，减少对运行人员的危害，冷却机组应对应着相应的设备，机组的安装应留有维护空间。根据AP600可维护性设计和人员操作分析的要求，为RNS泵房冷却机组预留维修空间，使暴露在放射性环境中的工人最少。
2.RNS泵房就地冷却机组的计算方法
由RNS泵房通风系统的独立性，选择空调机组主要是选择机组内的冷却器与风机。根据上述空调机组RNS泵房通风系统布置与系统功能的要求，其计算方法略有不同。冷却器的作用是带走主设备运行时产生的显热与潜热，冷却机组的外形尺寸受房间载荷与布置要求限制，冷却盘管的尺寸要在满足设计条件的基础上尽可能的小。先选择冷却器的尺寸，然后根据初选估算其是否满足设计要求。迎风面积根据估算的盘管大小与重量估算。空气流量由迎风面积与最大迎面风速确定。根据空气流量和设计冷负荷确定通过盘管前后的空气温差。电机释放热量进入空气，出口温度应为回风温度加上带走电机热量所造成的温升。通过空调机组的总的压力损失为通过冷却箱，送风格栅，回风格栅，过滤器，冷却盘管，风机进出口的压力损失之和。机组静压是指冷却机组克服自身阻力损失后剩下的压力。
由上面的描述可以看出，风机的风量主要与根据通过冷却器的迎面风速及冷却盘管的外形尺寸有关。同时，风机压头也与冷却器的压力损失有直接关系。在确定房间负荷和荷载的情况下，冷却器的尺寸基本可以确定，其两侧流体的温度参数根据系统工艺要求实际上已经确定，选择冷却器的计算实际是对已知通过冷却盘管的空气量，初状态参数及冷却器型号台数，排数，冷冻水量，验证空气初参数的校核计算。
3.与二代改进型核电机组的差异分析
三代压水堆型AP1000中，RNS泵间设置在安全壳外，通风系统设置就地冷却机组，执行非安全相关的纵深防御功能，维持设备运行和人员检修要求。RNS泵间形成独立的空气循环。在二代改进堆型中，RNS泵间设置在安全壳内，考虑其重要的安全功能，通风系统设置安全壳换气通风系统与安全壳连续通风系统联合运行，保证其安全壳内的温度要求及停堆期间设备的正常运行。RNS泵间通风是安全壳通风系统大循环的一部分，同样要考虑工艺运行的可靠性与安全性。
冷却机组的计算方法是根据房间载荷与工艺要求确定冷却器型号的校核计算，与常规的由空气初、终状态通过失算确定的冷却机组型号的计算方法相比较，能更加直观表达出设备的性能要求，减少繁琐的计算过程。
4.结论
目前在役及在建核电站通风系统的设计，需要在满足工艺设计要求的同时，充分考虑安全性要求。根据AP1000核电站正常余热排出系统工艺设计与布置要求，通风系统在满足设备运行环境要求的同时，执行相应的纵深防御功能，系统自成小循环，并且在选择与计算中采用直接有效的方法，使其在满足功能要求的同时达到结构紧凑的效果。
参考文献
[1]王建伟.AP1000与M310堆型余热排出系统的差异分析.核动力工程,2009年S2期:11-14
[2]李原生.非能动余热排出技术.舰船科学技术,2011年6月第33卷6期：160-162
[3]刘鹏;龙湘鹏;关海波.浅谈1000MW核电站用余热排出泵.水泵技术,2008年第6期:18-20
[4]李好学. 户式中央空调及热力计算.制冷,2010年03期:46-49
[关键词]AP1000；余热排出系统；通风系统
引 言
目前，我国在役以及在建的核电站主要是以AP1000或EPR机型为代表的三代压水堆核电站以及以M310机型为代表的二代改进型压水堆核电站。在新一代核电技术发展中，随着人们对核安全文化和人因环境的重视，通风系统的设计越来越被人们所关注，核岛通风空调系统对保证核安全、限制放射性物质释放和环境保护都起着非常重要的作用，是反应堆重要的辅助屏障系统，也是核电站的纵深防御措施之一。
AP1000正常余热排出系统（RNS）是保证核电站安全运行的重要保证，正常余热排出系统包括两列余热排出设备，每列包括布置在核辅助厂房的一台RNS泵及一台热交换器。两列设备共用一根来自反应堆冷却剂系统的吸入母管和一根排放母管，排放母管在安全壳内分成两根管线各自通过非能动堆芯冷却系统的直接注入管线返回反应堆冷却剂系统；系统设置两台单极、立式、同轴、底部吸入的离心泵，为保证泵的安全稳定运行，就要求有合适的工作环境与之相适应。核电站放射性控制区通风系统（VAS）服务于辅助厂房的所有放射性控制区，设计目标是保证室内温度、限制排风的放射性、保持厂房的负压以及为厂房提供过滤的空气。VAS系统根据RNS泵功能进行设计，达到水泵运行的温度要求及运行维护所需要环境条件。
1.RNS泵间的通风系统设计与布置特点
1.1RNS泵间通风系统设计特点
三代压水堆型AP1000中，余热排出系统包括非能动余热排出系统与正常余热排出系统两部分，正常余热排出系统是核电站正常工作运行时实现系统四大功能。RNS泵主要布置在安全壳外，在停堆时，余热排出泵启动运行，VAS系统保证余热排出泵房间的设计温度，以保证设备正常运行，是非安全相关系统纵深防御的一部分。基于以上的功能要求，VAS系统为RNS泵房设置就地空气冷却机组。空气冷却机组实现室内循环，不需要室外新风,保证泵房的设计温度在10～54.4℃范围。同时RNS系统泵房的冷却器设计为100%容余，满足单一故障准则，保证泵房的环境温度，满足设备运行和人员检修要求，提供纵深防御的功能。
在RNS泵启动时或者探测到室内温度高于设定值时，就地冷却机组启动，保证室内的环境温度。通过温度信号执行控制和报警功能，当房间温度超过32.2℃时，启动循环冷却机组的风机，直到房间温度低于18.3℃。当房间温度超过57.2℃时向主控室发出报警信号。
VAS系统在有纵深防御功能设备的房间内设置了冷却机组，以便在阀门故障或厂房隔离情况下失去正常通风系统后仍然能够提供可靠的冷源保证设备的运行。在RNS泵房布置了冷却机组，根据泵的运行状态或者室内高温信号控制冷却机组的运行状态。虽然AP1000的纵深防御系统在安全停堆状态下不使用，但这种适用于纵深防御房间的设计思想与INPO设计思想类似，防止由于故障导致失去正常通风系统，并影响设备的可靠运行。
1.2空气冷却机组设备及布置特点
VAS就地冷却机组主要包括送风机、冷却盘管和过滤器三部分。
泵间的布置同样要考虑人员与运行的安全性。RNS泵房内的冷却机组要布置在远离放射源的区域，以保证人员能够进入维护，减少对运行人员的危害，冷却机组应对应着相应的设备，机组的安装应留有维护空间。根据AP600可维护性设计和人员操作分析的要求，为RNS泵房冷却机组预留维修空间，使暴露在放射性环境中的工人最少。
2.RNS泵房就地冷却机组的计算方法
由RNS泵房通风系统的独立性，选择空调机组主要是选择机组内的冷却器与风机。根据上述空调机组RNS泵房通风系统布置与系统功能的要求，其计算方法略有不同。冷却器的作用是带走主设备运行时产生的显热与潜热，冷却机组的外形尺寸受房间载荷与布置要求限制，冷却盘管的尺寸要在满足设计条件的基础上尽可能的小。先选择冷却器的尺寸，然后根据初选估算其是否满足设计要求。迎风面积根据估算的盘管大小与重量估算。空气流量由迎风面积与最大迎面风速确定。根据空气流量和设计冷负荷确定通过盘管前后的空气温差。电机释放热量进入空气，出口温度应为回风温度加上带走电机热量所造成的温升。通过空调机组的总的压力损失为通过冷却箱，送风格栅，回风格栅，过滤器，冷却盘管，风机进出口的压力损失之和。机组静压是指冷却机组克服自身阻力损失后剩下的压力。
由上面的描述可以看出，风机的风量主要与根据通过冷却器的迎面风速及冷却盘管的外形尺寸有关。同时，风机压头也与冷却器的压力损失有直接关系。在确定房间负荷和荷载的情况下，冷却器的尺寸基本可以确定，其两侧流体的温度参数根据系统工艺要求实际上已经确定，选择冷却器的计算实际是对已知通过冷却盘管的空气量，初状态参数及冷却器型号台数，排数，冷冻水量，验证空气初参数的校核计算。
3.与二代改进型核电机组的差异分析
三代压水堆型AP1000中，RNS泵间设置在安全壳外，通风系统设置就地冷却机组，执行非安全相关的纵深防御功能，维持设备运行和人员检修要求。RNS泵间形成独立的空气循环。在二代改进堆型中，RNS泵间设置在安全壳内，考虑其重要的安全功能，通风系统设置安全壳换气通风系统与安全壳连续通风系统联合运行，保证其安全壳内的温度要求及停堆期间设备的正常运行。RNS泵间通风是安全壳通风系统大循环的一部分，同样要考虑工艺运行的可靠性与安全性。
冷却机组的计算方法是根据房间载荷与工艺要求确定冷却器型号的校核计算，与常规的由空气初、终状态通过失算确定的冷却机组型号的计算方法相比较，能更加直观表达出设备的性能要求，减少繁琐的计算过程。
4.结论
目前在役及在建核电站通风系统的设计，需要在满足工艺设计要求的同时，充分考虑安全性要求。根据AP1000核电站正常余热排出系统工艺设计与布置要求，通风系统在满足设备运行环境要求的同时，执行相应的纵深防御功能，系统自成小循环，并且在选择与计算中采用直接有效的方法，使其在满足功能要求的同时达到结构紧凑的效果。
参考文献
[1]王建伟.AP1000与M310堆型余热排出系统的差异分析.核动力工程,2009年S2期:11-14
[2]李原生.非能动余热排出技术.舰船科学技术,2011年6月第33卷6期：160-162
[3]刘鹏;龙湘鹏;关海波.浅谈1000MW核电站用余热排出泵.水泵技术,2008年第6期:18-20
[4]李好学. 户式中央空调及热力计算.制冷,2010年03期:46-49