核电站安全壳大气监测系统ETY 风机设计

吴兴刚，韩志秋，郭小佳，李吉贵

(1 佳木斯电机股份有限公司，黑龙江佳木斯154002;2 佳木斯防爆电机研究所，黑龙江佳木斯154005)

0 引言

国家核电自主化工作领导小组提出的关于中国核电发展的最新目标是:2020 年在运行核电装机容量4 000 万千瓦，占总装机的4%;在建核电装机容量1 800 万千瓦。

核电厂为了防止发生反应堆严重事故，或者即使在堆芯严重损坏的情况下，也能防止安全壳超压失效、减轻事故后果而设置了燃料包壳、一回路承压边界和安全壳三道屏障。同时还设计了安全注入系统(RIS)、安全壳喷淋系统(EAS)、辅助给水系统(ASG)、安全壳内大气监测系统(ETY)和安全壳隔离系统(EIE)等专设安全设施和应急供电系统及设备。

1 ETY 系统的功能

核电站ETY 系统的主要功能如下

(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，确保工作人员进入安全壳内。

(2)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进行取样、混合。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 ETY 风机设计

2.1 ETY 风机运行环境

ETY 风机设计的主要难点之一在于失水事故后苛刻的运行环境。以某核电站为例，失水事故后的运行环境条件如下:每天24 小时连续工作6 个月，输送介质为含放射性空气。空气最高温度:80℃;空气最高绝对压力:0.15MPa;空气中包含 最 大 氢 气 浓 度:4.1%;硼 酸:3.6g/m3;NaOH:0.71g/m3;空气PH 值:9.25;相对湿度:10 ～100%;气体最大密度:1.48kg/m3;γ 累积剂量:1.0×104Gy。

由以上失水事故后风机运行环境可以看出，ETY 风机输送介质为高温高压潮湿且带腐蚀及辐射的气体，ETY 风机风轮与电动机轴一体，电机法兰端盖作为风机腔的一部分。当高温高压气体经过风机腔时使电机腔与风机腔产生压力差，会将轴承润滑脂移出，导致轴承在无润滑或少润滑的状态下运行，连续运行6 个月会因轴承损坏而使风机无法工作。另外，带腐蚀、辐射及潮湿的空气直接进入电机腔与电机定子绕组直接接触，也将导致定子绝缘电阻降低及匝间破坏。

2.2 ETY 风机设计方案

从上述情况分析，ETY 风机设计的另一个难点在机组的电动机上。为解决以上两个问题，提出如下两个方案。

方案一:采用屏蔽式电动机，电动机定子内径有不锈钢屏蔽套保护绕组不受腐蚀，在电机与风机间加隔热屏来保护电机不被加热，同时在电机轴上开泄压孔来保护轴承润滑脂不流失。由于屏蔽式电机没有动密封，泄漏量为零(见图1)。

图1 方案一示意图

方案二:采用三相异步电动机外罩密封腔，电动机轴中心有泄压孔以保证润滑脂不流失，绕组绝缘材料具有耐酸碱腐蚀能力。此方案有以下关键技术需要解决:一是密封腔电气贯穿位置的密封;二是绝缘结构的耐酸碱腐蚀能力(见图2)。

图2 方案二示意图

电气贯穿位置的密封，其关键是电气贯穿件的密封。考虑到尽量减少风机机座的维护和检修，电气贯穿件最好有和机组相同的使用寿命(40 年)，以往采用非金属材料无论如何也无法达到。近年来，国内已经研制成功了具有气密性的陶瓷绝缘、陶瓷焊接密封电气贯穿件，并在振动台架上通过了抗震试验，其电气性能、绝缘性能、密封性能和可靠性均能满足核电站40 年使用要求。

绝缘结构方面，聚酰亚胺类绝缘材料具有良好的耐酸碱性能，可以在此基础上开发ETY 风机的绝缘系统。有关试验表明，聚酰亚胺漆包铜圆线在经过强酸强碱(盐酸、硫酸、氢氧化钠)24 小时浸泡后，仍然具有很高的绝缘强度。电动机的槽绝缘和相间绝缘采用复合材料经过VPI 浸漆处理，其耐酸碱能力还会进一步提高。

2.3 ETY 风机设计方案对比

采用第一种方案即屏蔽式电动机时加工制造比较复杂，相对成本较高，但是由于屏蔽电机本身无泄漏的特点，可靠性更高。

采用第二种方案即三相异步电动机外罩密封腔结构，加工制造相对简单，成本降低，但是对于电气贯穿件结构及绝缘要求比较严格。

3 结语

秦山二期1、2 号机组的ETY 风机是进口的，4 台共30 多万美元。而3、4 号机组外资企业的报价是200 万美元，是原来的7-8 倍。备件和现场服务也受到相应的限制，在通风系统中，除了ETY 风机，所有的风机设备已经实现了国产化。如果ETY 风机也国产化，那么核电站所有的通风系统都可以自主制造。

为了提高设备的国产化，加快核电自主化建设，用第一种方案为巴基斯坦恰希玛核电站设计生产了消氢风机，为秦山核电站设计生产了氦气鼓风机，其性能指标(风量1 500m3/h、风压550daPa)与ETY 风机类似，工作环境和条件更为恶劣(介质压力最高16MPa、含酸、含碱)。机组使用已经超过13 年，从未发生过任何故障。

用第二种方案生产的ETY 风机，已经为中广核方家山1、2 号机组、福清1、2、3、4 号机组成功供货数批，运行质量良好。两种设计方案均可行，可以根据具体情况有针对性选择。

［1］ 方胜良，徐建锋，郑慧敏，等.核电站ETY 系统风机设计浅谈.风机技术，2011.4.

［2］ 李俊校，周淑娟.秦山二期扩建工程ETY 风机的研制与国产化.中国核电，2009.1。

［3］ 王胜，向文元，赵月扬，等.1E 级电气贯穿件设备鉴定.机电信息，2011.4.

［4］ 欧阳予.世界核电发展历程与中国核电发展之路.中国核电，2008.3.