秦山二期扩建工程ETY风机的研制与国产化

李俊校 ，周淑娟（中国核电工程有限公司，北京 100840）

秦山二期扩建工程ETY风机的研制与国产化

李俊校 ，周淑娟
（中国核电工程有限公司，北京 100840）

通过对秦山二期扩建工程安全壳大气监测系统(ETY)核级风机的研制及国产化的介绍，反映我国近年来在核电站风机研制方面所取得的最新成就。

压水堆；核电站；ETY风机；国产化

1 概述

压水堆核电站安全壳大气监测系统（ETY）所用风机，技术要求高，制造难度大，此前设备全部依赖进口。秦山二期扩建工程经过慎重研究，科学决策，大胆探索，精心研制，走出了一条打破国外垄断、实现ETY核级风机国产化之路。此前，国内所有的核电站包括秦山二期1、2号机组的ETY风机一直都是从国外进口，不仅采购费用昂贵，而且备件和现场服务受到诸多限制。秦山二期扩建工程3、4号机组决定以ETY风机为突破口，打破国外核级风机的垄断，由国内鼓风机行业具有较强实力的公司承制，以提高我国核电设备的国产化水平。

2 设备的主要功能及运行参数[1]

2.1 ETY风机设备功能

ETY风机的主要功能如下：

（1）用来降低安全壳内裂变惰性气体的放射性并达到限定水平，确保工作人员可进入安全壳内。

（2）为避免空气外漏，维持安全壳内微小的负压。

（3）在失水事故后用来净化安全壳内的空气，使安全壳内大气的放射性水平降低到允许的范围内，并进行排放。

（4）保证对安全壳内大气取样、混合和复合。对安全壳内空气进行再循环，防止氢气积累，保持安全壳内氢气的浓度在允许的范围内。

2.2 ETY风机的运行参数

风量：1 500 m3/h

风压：550 daPa(全压，在ρ=1.21 kg/m3)

最低效率：66 %

吸入温度：80 ℃

3 ETY风机的技术要求和运行条件

3.1 风机的技术要求

1）风机的型式：离心式，直接连接，单吸入口，左90°，风机的运行特性曲线应平稳。

2）安全等级：风机安全等级为LS级，规范等级NA，抗震类别1A类，质保等级Q2级。

3）设计使用寿命：风机设计寿命40年。

4）润滑：机械部件及轴承在运行时应保证润滑。选用耐辐照的润滑油脂。

5）轴承与密封：应采用球或滚子轴承，轴承座应易拆卸，轴承的寿命应连续运行10万小时。风机要有良好的密封性，风机的泄漏率控制在0.1升／时・台（压力0.15 MPa绝对）。轴承用“O”形环轴封。

6）材料：应抗硼酸、NaOH和耐辐照。风机叶轮用不锈钢制造。外壳为铸钢制造。密封垫或密封圈应采用耐辐照的EPDM。

7）防爆：风机和电机的设计应为防爆型，避免出现火花，风机和电机在一个对外气密的钢外壳内。

8）噪音要求：风机的声压级限制在93 dB(A)以内。

9）抗震要求：风机和电机应抗地震，在SL-2荷载作用下，在事故时仍能完成其功能，即仍能运转。风机地脚螺栓、零部件之间的连接件等的应力强度需进行抗震力学计算。

3.2 风机的运行条件

3.2.1 正常运行

输送介质为空气，间断运行。在正常大气压下和20～50 ℃温度及相对湿度为70%的空气下，每年工作180 h，平均运行超过6 a，剂量率25 μGy/h。

3.2.2 失水事故条件运行

一天24小时连续工作，6个月。输送介质为含放射性的空气。

空气最高温度：80 ℃

空气最高压力：0.15 MPa

空气中包含：

最大氢气浓度：4.1%

硼酸：3.6 g/m3

NaOH：0.71 g/m3

pH值：9.25

相对湿度：10%～100%

气体最大密度：1.48 kg/m3

γ累积剂量：1.0 ×104Gy。

4 ETY风机设计、制造遵循的标准、规范

—RCC—E 压水堆核电站核岛电气设备设计和建造规则(1993版)

—HAF003 核电厂质量保证安全规定

—NF C23—514 潜在爆炸性气体环境用电气设备

—NF C23—518 防爆电气设备、防爆外壳“D”

—NF A36—209 钢铁制品：锅炉和压力容器用的不锈钢

—NF A32—051 铸造制品：通用铸钢；钢号的定义和验收

—NF X10—200 工业风扇：使用标准气道进行性能试验

—NF S31—006 声学、测量旋转式电动机械发出的天线噪音的试验规程

—NF E90—300 机器的机械振动、评定标准制定的基准

—IEEE 323 核电站1E级电气设备鉴定标准

—JB/T 6445 通风机叶轮的超速试验

—GB 1236—2000 通风机空气动力性能试验方法

—0401T403 核岛机械设备包装、贮存和运输技术条件

—0401T105 核岛机械设备涂装通用技术条件

—0401T502 1E级电气设备抗震鉴定试验技术条件

—0401T504 380 V异步电动机技术条件

5 ETY风机的结构特点及研制难点

ETY风机的结构形式为离心式。主要由机壳、叶轮、防爆电机、接线盒和底座组成。叶轮与防爆电机直接相连后密闭在机壳内，防爆电机通过接线盒与动力电源相连接，底座通过地脚螺栓与地基固定。除进风口、出风口（与管道相连接）外，机壳形成了一个与外界隔绝的独立的封闭壳体。

机壳的材质选用球墨铸铁或铸钢。叶轮采用不锈钢（00Cr19Ni10）薄板焊接而成。电机要求防爆，安全等级为1E级，抗震类别为1类，质保等级为Q2级，鉴定类别为K3，绝缘等级为F级，耐辐照，防护等级为IP55—EExeⅡT3。密封材料采用耐辐照的EPDM橡胶。

ETY风机研制的难点：

（1）薄板焊接叶轮的研制。由于叶轮采用不锈钢（00Cr19Ni10）薄板（壁厚1.5～3 mm）焊接，如不采取必要措施，焊接变形就不可避免。为此，在多次、反复试验的基础上，编制了焊接工艺规程和焊接工艺评定报告，用以指导焊接操作工作。即便如此，第一批三个叶轮因变形严重而报废。而后，又设计制作了简易的防变形工装。

（2）防静电、防火花结构设计。为了满足技术规格书有关防静电、防火花的要求，采用了一些新的结构设计，以防止叶轮在高速旋转时产生静电或火花。

（3）压力偏差必须控制在0～+10%的范围内。按照技术规格书和性能试验大纲的要求，风机整机装配后须做性能试验。根据性能试验的结果测算压力的偏差，偏差过大或过小均不符合要求。经过改进叶轮角度设计、反复试验，压力偏差为+3%，符合0～+10%的范围要求。

（4）1E级防爆电机的选择及抗震试验。此前，该类电机国内有1E级的，也有防爆的，但既防爆又是1E级的电机却没有。为此，我们选择了具备一定实力的防爆电机厂家进行了专项攻关。进行了抗震试验，又按照IEEE 323—《核电站1E级电气设备鉴定标准》进行了1E级专家鉴定。

（5）风机整机的抗震试验。按照技术规格书的要求，风机的抗震类别为1A类。为此，风机除进行力学分析外，必须进行整机的抗震试验。

6 ETY风机的检验和试验[2]

按照技术规格书的要求，ETY风机需要做一系列的检验和试验。检验和试验过程简述如下：

（1）动平衡试验：风机叶轮动平衡试验在硬支承平衡机（HY30UB）上进行。采用增减平衡重量的方法，反复多次，最终不平衡量由行业标准的G2.5变为企业内控标准的G1.6。

（2）超转速试验：风机叶轮超速试验在真空超速台位（B-15U）上进行。转速：额定转速的1.15倍,即2 930×1.15=3 370 r/min；持续时间:一般风机为2 min,本风机为10 min。

（3）空气动力性能试验：风机组装完成后，对整机进行空气动力性能试验。将被测风机紧固在坚实的试车台基座上，实现刚性支承，在稳定的额定转速和额定工况下运行，测量风机的各项性能参数。在额定流量下，允许压力偏差为0～+10%。

试验的目的：通过抗震前和抗震后的两次试验，检查、确认ETY风机的设计、制造是否达到相关标准、技术协议及订货合同规定的风量、风压要求，以及抗震前和抗震后的性能是否有差异。

试验的依据：GB 1236—2000《通风机空气动力性能试验方法》。

试验数据及结论：根据试验记录，进行换算，计算机绘制的性能（静压、全压、效率、功率）曲线如图1。

根据图1所示曲线，在设计进口参数条件下，当流量为1 500 m3/h，风机全压为5 520 Pa，风机静压为5 480 Pa，功率为3.49 kW，效率为67%，而且抗震前和抗震后的性能基本没有差异，符合技术要求，性能判定为合格。

（4）泄漏试验：将ETY风机进口、出口用盲法兰堵死，用动力源（0.6 MPa）将风机内部压力加压到0.15 MPa(绝对压力),对风机机壳与电机外保护壳连接处所有法兰包括焊缝部位涂刷肥皂液,检查有无气体泄漏。在此压力下持续45 min,观察有无肥皂泡形成。

（5）噪声试验：风机的噪声测试方法是，被测风机在稳定的额定转速和额定工况下运行，测点位置在风机主轴水平面内、经过叶轮几何中心的直线上，距离壳体1 m处，测量机壳辐射的噪声。测算的结果是≤93 dB(A), 符合要求。

（6）机械运转及振动试验：风机振动试验时将被测风机直接紧固在坚实的试车台基座上，实现刚性支承，在稳定的额定转速和额定工况下运行。测量电动机支承轴承处的电动机外保护壳相应部位垂直和水平两个方向的振动值及温度值。

图1 风机性能曲线Fig.1 Fan performance curve

在额定转速，电动机轴承温度稳定30 min后，在规定的测量方向和测量点上，测得的振动速度均方根值及温度值。整个运转及试验过程中风机无不正常响声。抗震试验后对风机进行解体检验，又经过72 h连续运转试验，所有零件无磨损和机械缺陷的痕迹。

（7）抗震试验[3]：在核安全局、核工业第二研究设计院、核电秦山联营有限公司、陕西鼓风机集团公司有关人员的现场见证下，本试验在中国核动力研究设计院6 m×6 m大型高性能地震模拟试验台上进行。先后进行了动态特性探查试验、SL1地震试验（5次）、SL2地震试验（1次）。试验后对ETY风机工程样机的外观进行检查，并再次对ETY风机进行运行性能检查。

试验结果表明：a) 结构无破坏，紧固件无松动；b) 结构部件无永久变形；c) 地震试验过程中ETY风机运行无中断现象；d) 地震试验过程中ETY风机能够正常启动和停止；e) 地震试验后ETY风机运行平稳，无异常状况，满足“ETY风机采购技术规格书”的要求。

7 结论

借鉴国外经验、组织技术攻关，经过多次反复实验，终于获得成功。经过一系列的检验和试验证明，ETY风机设计合理、结构新颖、性能参数高，是一种高性能、高参数、高科技含量、高附加值产品。产品的研制是成功的，填补了国内空白，达到了国际先进水平，可替代进口产品。

ETY风机的国产化，为核承压设备的国产化进行了有益的探索，积累了经验，作出了贡献，具有显著的经济和社会效益。彻底打破了国外核级风机的垄断，实现了通风系统核级设备的完全国产化，具有十分重要的意义[4]。

[1] 核工业第二研究设计院. ETY风机采购技术规格书[R].

[2] 陕西鼓风机集团公司. ETY风机空气动力性能试验大纲[R].

[3] 中国核动力研究设计院. 核级ETY风机工程样机抗震鉴定试验大纲[R].

[4] 核电秦山联营有限公司. 秦山核电二期扩建工程设备采购管理及国产化[R].

Development and localization of fans used in the examination system of atmosphere in nuclear island (ETY) for Qinshan NPP Phase Ⅱ extension project

LI Jun-xiao，ZHOU Shu-juan
(China Nuclear Power Engineering Co.， Ltd.，Beijing 100840，China)

This article briefly introduces the development and localization of fans used in the examining system of atmosphere in nuclear island (ETY) for Qinshan NPP phase Ⅱ extension project, so as to describe the new achievement of fans used for ventilation system of nuclear power plant in recent years in China.

PWR；nuclear power plant；fans used for ETY；localization

TL364

A

1674-1617(2009)01-0016-05

2008-06-07

李俊校（1964－），男，河北石家庄人，本科，现工作于中国核电工程有限公司。