核电厂常规岛暖通空调设计特点

杨 铭

（中国电力工程顾问集团东北电力设计院有限公司，长春 130021）

常规岛是核电厂的汽轮发电机组及其配套设施所在厂房的统称，其厂房暖通空调设计是核电厂设计的重要内容之一。引进机组的汽机房以热风采暖为主，多为机械进风；国产机组以散热器采暖为主，采用机械通风方式。根据不同机型的布置特点、机组系统配置情况，在核电文化设计理念和不同厂址气候条件差异的基础上，对现有空调系统功能、安全等级及采暖、通风系统设计特点进行介绍及分析。

1 厂房布置特点及暖通空调设计依据

1.1 厂房布置特点

常规岛厂房多为单台机布置，包括汽机房、除氧间，以及凝结水精处理间、润滑油储存传送间、电气、热控、暖通设备间等辅助设备间。由于核电机组的介质温度、压力较低，相应的设备容量较大，管道散热面积较多，汽机房体积大于火力发电厂的汽机房。汽机房含除氧间的跨距约55 m 或59 m，长约120 m，高度约40m，除氧器平台高出汽机房运转层平台，辅助设备间多布置在除氧间，或在厂房边上增加偏屋，偏屋的尺寸未包含在上面统计的厂房尺寸内。

汽机房包括底层、中间层和运转层，又分为全地上布置和半地下布置。受冷端优化后的凝汽器下沉式布置的影响，半地下布置分为整体降标高和局部降标高。整体降标高是常规岛厂房的底层整体降到地下布置，地下部分和地上部分的面积相同。局部降标高只是将凝汽器降到地下布置，地下部分小于地上部分。常规岛厂房也有采用地下二层布置的。AP1000机型的常规岛厂房内布置了为核岛服务的14个系统，主要布置在第1跨内，少量在第2跨。与暖通专业有关的系统为中央冷冻水系统、热水加热系统、风管穿越汽机房的核岛非放射性通风系统。

1.2 设计依据

常规岛厂房暖通空调设计，在可行性研究阶段遵循NB/T 20034—2010《核电厂可行性研究报告内容深度规定》编写报告和节能专篇。初步设计阶段遵循中国核工业总公司1998.11.26发布实施的《核电厂初步设计文件内容与深度规定》，包括设计说明书、图纸、设备和主要材料清册、主要设计参数、法规标准清单、职业安全专篇、职业卫生专篇、消防专篇、初步安全分析报告（PSAR）、系统手册的第一阶段、设备技术规范书等。施工图设计阶段包括设计施工说明、施工图纸、设备材料清册、系统手册的第2阶段和第3阶段、设备标牌清单及计算书，最终安全分析报告（FSAR）。

2 厂房暖通空调系统功能及安全等级

安全岛厂房暖通空调系统为整个厂房提供供暖（位于集中供暖区），以维持适于人员进入、设备存放及设备正常运行的环境条件；维持汽机厂房、电气热控房间等区域的环境温度，保证设备正常运行和满足运行人员舒适的要求；维持蓄电池室、润滑油室、酸碱储存间、加药间和消防钢瓶间等负压，防止腐蚀性气体渗入相邻房间；为常规岛厂房所有区域提供消防排烟和正压送风系统；为了确保各种仪器、仪表及控制元件可靠运行，保证控制房间内的电子元件的环境温度、湿度，常规岛厂房内的热控电子设备间等设置空调系统。系统的安全等级为非安全级。

3 采暖系统

3.1 供暖换热站

常规岛厂房的供暖热源与辅助、附属建筑的供暖热源的介质参数和运行状态相同，宜合用同一热源。设置集中供暖的核电厂，由于两个系统的热媒参数和运行工况不同，保护区内的常规岛和核岛的供热热源宜分开设置。

核岛供暖系统，又称热水加热系统，可按单元机组设置，也可以合设，系统为特定的辅助、附属及放射性废物厂房的非安全级空气处理机组、单元式加热器、风管加热盘管及在天气寒冷时电厂检修期间为安全壳循环冷却机组提供热水。室外温度低于25 ℃时，系统要投入运行，此时热负荷较小。核岛系统通常采用的热媒供回水温度为95/60 ℃或91/46 ℃。核岛供暖系统的热交换器和热水循环泵按设计热负荷2×100%容量配置。当纵深防御要求此系统运行时，电源应接应急电源。

常规岛厂房、辅助、附属建筑的供暖热媒供回水温度通常为95/70 ℃。

保护区内换热站的加热热媒为汽轮机抽汽，多为二回路蒸汽，2台汽轮机之间应互为备用，事故状态或冷停堆工况时，应由辅助锅炉提供蒸汽作为备用。保护区内供暖换热站通常布置在常规岛厂房或辅助锅炉房内。

非集中供暖的核电厂，当核岛换热站设在汽机房及辅助设备间内时，由于多为集中空调的加热盘管需要热源，用热负荷小，且在封闭的管道内，因此汽机房及辅助设备间的热源宜与核岛热源共有一个热源系统。

保护区外宜单独设置集中供暖换热站，其加热热媒不应是2回路的蒸汽，而是保护区内常规岛换热系统的热水。

3.2 汽机房供暖

汽机房供暖热负荷按维持室内温度5 ℃计算，计算时不计设备、管道散热量。可行性研究设计和初步设计的供暖热负荷按照容量1 000MW 单座汽机房72 680 W/℃进行估算，施工图应对每个房间或区域进行热负荷计算。

汽机房供暖应以散热器为主、暖风机为辅。严寒、寒冷地区厂房经常开启的大门，宜设置热空气幕。国内的常规做法为：散热器采暖系统占汽机房总供暖热负荷的60%，暖风机占40%，热空气幕抵消外门冷风侵入耗热量。暖风机宜布置在地上一层。

国外设计中，当厂房容积大于1 000 m3时，采用热风采暖。在实际运行中，散热器系统正常情况下满负荷运行，暖风机则根据室外气温的变化调节运行数量，热风幕只在事故及停机检修的非正常情况下，大门经常开启，防止冷风侵入情况下运行。为保证常规岛厂房采暖效果及运行调节，采暖系统划分大小要适中，遵循汽机厂房与辅助房间、散热器与暖风机、散热器与热风幕采暖分开的原则。

3.3 辅助房间采暖

满足工艺设备的运行环境温度要求，设置散热器采暖系统。全年需要运行的通风系统，如蓄电池室或酸碱库等，冬季考虑热风补偿；电气和热控盘柜设备间，当设备散热量无法满足室内环境温度要求时，设置热风采暖或电热采暖。

4 通风系统

4.1 汽机房的通风

为保证高热和高大容量汽机房工作区的环境条件，汽机房的通风设计更为重要。部分运行和建设中的核电的汽机房通风方式汇总见表1。

运行和在建的核电站汽轮机房通风多采用自然与机械通风相结合或机械通风方式。

4.1.1 设备散热量的估算值

汽机房设备散热量，是指汽机房内的汽轮发电机组及其辅机、汽水管道等，从其外表面散发到室内的热量，还包括电缆及照明等。

已建核电厂的运行情况、国外资料，以及华东电力设计院《核电站汽机房通风方式研究》对汽机房散热量的计算及模拟试验的结果表明，1 000 MW 汽机房散热量宜取火电厂的数值，即汽轮机房设备散热量估算值4.7MW，散湿量估算值1 400kg/h；除氧间设备散热量为汽机房设备散热量的30%～40%，除氧间设备散热量估算值1.65 MW。

表1 运行和在建的核电汽机房通风方式

在夏季通风计算中，应对设备散热量进行附加，附加系数可根据工程实际情况确定，一般为10%。

4.1.2 通风量及进排风温度的计算

汽机房通风量的计算公式：

式中：G为汽机房通风量；Q为汽机房设备散热量；c为空气比热，取1.01kJ/（kg·℃）；tin为汽机房的进风温度；tex为汽机房的排风温度。

室外空气未经过加热、冷却处理，夏季通风室外计算温度即是汽机房通风进风温度（tw）。如果室外空气经过加热、冷却处理，处理后的温度即是汽机房通风进风温度。

汽机房的排风温度：tex1＝tw＋（8～10）℃，不宜低于39 ℃；

除氧间的排风温度：tex2＝tw＋（10～11）℃，不宜低于40 ℃。

4.1.3 通风量及通风方式的选择

室外空气未经过加热、冷却处理，设备散热量的附加系数取10%，不同温差下汽机房的通风量见表2。

表2 不同温差下汽机房的通风量 kg/h

汽机房属于热车间，热强度一般都在23 W/m3以上。为有效排除汽机房和除氧间的余热量和余湿量，设置全面的通风设施。

进风方式有自然进风、机械进风、自然进风和机械进风相结合3种，自然进风设施为建筑外窗或百叶窗，机械进风可根据厂址气象条件，在机械进风设备中加设加热、蒸发冷却装置对进风进行处理。当汽机房采用凝汽器下卧布置方案时，地下部分应采用机械进风；采用局部降标高布置，地下部分送风量占总风量的20%。地上部分包括地上一层、中间层和运转层；采用整体降标高布置，地下部分送风量占总风量的40%。

排风方式有汽机房和除氧间自然排风、汽机房自然排风和除氧间机械排风、汽机房和除氧间机械排风。为有效排除汽机房内的通风死角，以及散热强度大设备的散热量，在汽机房底层和中间层按气流的流动方向设置扰动风机。在散热强度大的汽轮机、除氧器、高低压加热器及管道层等设备周围和顺着气流方向合理设置通风格栅，有利于余热量的排出，通风格栅设置应避免进排风短路。

4.1.4 汽轮机房通风注意事项

a.从节能降耗考虑，汽轮机房首选自然通风方式。

b.汽机房第一跨布置核岛设备单独封闭时，受室外变压器布置距离的影响，汽机房的外墙有可能不能开设进风口，汽机房周围的辅助厂房，也会影响进风口的设置。当上述附属建筑物占用汽轮机房外墙的长度超过外墙全长的30%，且多设在汽机房的迎风面上时，不建议汽机房采用自然通风方式。

c.当国内核电厂参加国际核保险时，汽机房通风设计，需要满足现行国家规范的要求，还要考虑美国防火协会标准（NFPA）和法国压水堆核电站防火设计和建造规则（RCC－I）等要求。汽机房是否设置机械排烟装置，根据工程具体情况确定。

d.设有散热器集中供暖系统的汽机房，不宜采用活动百叶窗进风。

e.处于多台风和暴雨的地区，需要采用防雨百叶窗进风，有效防止雨水渗入。

f.对汽机房、除氧间为轻型屋面时，其屋面上的通风设备需要考虑定期检查和设备维修的平台。

g.在沿海核电厂，与室外空气接触的通风设备，需要考虑盐雾的腐蚀。

4.2 润滑油室及化学房间的通风

a.润滑油室和润滑油传送间采用机械通风方式，通风换气次数不少于10次/h。通风系统维持室内负压，室内空气不允许再循环。

b.酸碱储存间、酸碱库、汽水化验站、化学加药间、药品储存间、汽水取样间和凝结水再生间等化学房间的通风与常规火电厂设计相同。

4.3 电气房间、消防钢瓶间及辐射监测间的通风

配电间、电缆夹层、励磁小间、直流配电间、蓄电池室和电梯机房的通风与常规火电厂设计原则相同。

消防钢瓶间设有事故通风，事故通风量按换气不少于12次/h；正常通风时，在房间上部吸风，钢瓶发生泄漏时，在房间下部吸风。

辐射监测间没有外窗时，设置通风换气不少于2次/h。

4.4 楼梯间及合用前室防烟设施的通风

楼梯间的地下部分或没有外窗的防烟楼梯间设机械加压送风的防烟设施，以防止火灾期间的烟气侵入。地上部分利用建筑外窗进行自然排烟。

没有外窗的防烟楼梯间和合用前室，分别设有机械加压送风的防烟设施。

正压送风系统的送风机将由消防控制系统直接控制，在火灾期间投入运行。

4.5 设有气体灭火消防设施房间的通风

配电间等房间设有全淹没式气体灭火消防设施时，此房间设置机械排风机。房间内的进排风设施需配电动型风阀或防烟防火阀，并与消防信号连锁。发生火灾时，在气体灭火系统启动以前，气体灭火区域内的通风设施需自动关闭，保证房间的密闭性以防造成泄压。当火被扑灭后，自动开启通风设施排除气体，恢复正常运行工况。

5 空气调节系统

5.1 空调冷源

提到常规岛的空调系统，其空调冷源主要有分散式风冷空调机和来自制冷站的冷水。冷媒温度宜取7/12 ℃。设置仅为常规岛厂房提供冷水的制冷站，其冷水供组合式空调机组和通风降温机组使用。设置大容量中央冷水系统，为无安全等级和非抗震等级的核岛、常规岛通风空调系统提供冷源。制冷站的制冷机采用风冷型或水冷型，冷却水来自冷却塔或用海水。核电中会出现非标的制冷机。

5.2 空调系统

为确保各种仪器、仪表及控制元件可靠运行，常规岛厂房内的继电器室、热控电子设备间等设置空调系统，控制房间内的电子元件的环境温度、湿度，满足室内空气设计参数要求，实现电厂的安全、可靠、正常运行。

5.2.1 分散空调系统

当常规岛的电气和热控主要设备布置在电气厂房的主控室时，常规岛厂房的空调负荷较小，采用风冷电制冷方式。单元式空调机自带的控制器控制其室内的温度，满足房间的空气参数要求。通常设有空调的房间包括：凝结水处理控制室、汽水取样间的仪表间、暖通控制室、热控配电间、电梯机房和辐射监测间。

5.2.2 集中空调系统

集中空调系统的设计范围包括热控电子设备间、暖通控制室、热控配电间、工程师站及资料室等房间。上述房间共用一套空调系统，选用2台组合式空调机组，1台运行，1台备用。

空调系统采用一次回风系统，过渡季大量使用室外新风的运行模式，冬季室外空调温度低时，新风需要先预热，再与回风混合。

空调系统气流组织采用上送上回系统，处理后的空气经消音器、风管、散流器等空调部件送入空调房间，而回风经回风口、回风管、消音器回到空调机组。送回风管设置在吊天棚内，送回风管均需保温。

6 结论

通过对核电常规岛暖通空调系统设计进行较为全面的解析，建议按如下原则设计：核岛供暖系统、常规岛及辅助建筑供暖系统、保护区外供暖系统需要分开设置，保护区外供暖系统宜采用热水作热源，不应采用二回路蒸汽；常规岛厂房采暖系统以散热器系统为主，热风系统为辅；汽机房的地下部分应采用机械进风，优先选用机械排风的通风方式；常规岛厂房内有空调集中冷源时，宜采用集中空调系统，否则，按分散空调系统设计。