AP1000和M310机组主控室湿度控制对比分析

万孝刚

摘 要：通风系统为主控室提供合适温湿度的送风，在湿度较高的沿海环境下，目前在运营的海阳AP1000项目存在主控室湿度高于设计限值的问题。针对该问题对AP1000和M310机型的主控室通风系统进行对比分析，发现AP1000在主控室通风系统设计上存在除湿能力不足的问题，由此引发通风系统可靠性差易发生跳闸的现象，进而增加安全相关系统（主控室应急可居留系统）动作的概率，降低电厂安全裕度。本文通过分析提出了相应的解决方案，作为参考。

关键词：AP1000核电站;主控室;通风系统;湿度

受我国核电站建设厂址选择的影响，目前投入运营的核电站均位于沿海，空气濕度较大，故主控室湿度控制成为一个需要关注的问题。而以投运不久的海阳AP1000来看，目前AP1000的主控室湿度控制效果并不理想，故通过与二代机型M310进行对比，通过两者通风系统的差异寻找AP1000主控室湿度高的原因，并探究可能的解决方案。

1 AP1000主控室通风设计

系统设备和部件的容量设计应将启动主控室应急可居留系统（VES）和依赖于非能动冷却热阱的可能性最小化。受以上设计基准的要求，主控制室区域的设计温度在19-24℃范围内，相对湿度在35-60%范围内。

主控室通风系统的流程直接从大气中取入的新风与一部分主控室回风进行混合，经过滤器吸附处理，加热盘管、加湿器和冷却盘管处理后送入主控室内。其中加热盘管仅在冬季投入，通过热水系统提供的高温水对空气进行加热;加湿器在湿度较低时自动投入运行，以保证回风湿度在45%，当空气湿度高于45%时停止运行;冷却盘管通入冷冻水，自动控制冷冻水流量以保证回风温度在操纵员设定值（19-24℃）。

由以上系统运行流程可知，在温湿度均较高的夏季，例如2019年7月22日正午时海阳的气温为32℃，相对湿度68%（摘自中央气象台），对应饱和蒸气压为4753.5Pa，则此时新风的蒸气压为：

4753.5Pa×68%=3232.4Pa

回风湿度由于加湿器和主控室湿度限值的要求，维持在45%-60%之间，假设此时处在最低湿度45%，温度为22℃，对应饱和蒸气压力为2643.3Pa，则此时回风的蒸气压为：

2643.3Pa×45%=1189.5Pa

回风流量和新风流量的比例约为9：1，则两者混合后的蒸气压为：

→3232.4Pa+1189.5Pa×9←10←=1393.8Pa

假设混合后空气经冷却盘管冷却至20℃，送至主控室后温升为2℃，则主控室湿度为：

→1393.8Pa←2643.3Pa←=53%

由上可知，经过一次混合后主控室湿度即由45%上升至53%，随着时间的延长，送风会达到冷却盘管出口20℃下的饱和蒸气压，即100%湿度，升温2℃后进入主控室的湿度为：

→2338.1Pa←2643.3Pa←=88%

再做一次极端的假设，即冷却盘管出口温度为主控室下限温度19℃，进入主控室后升至上限温度24℃，此时主控室的湿度为：

→2196.8Pa←2983.3Pa←=73%

由上可知，AP1000的主控室通风系统设计未考虑湿度高的问题，难以实现主控室湿度控制在60%以下的设计要求，实际海阳AP1000项目也一直存在主控室湿度高的问题。

2 M310主控室通风设计

正常运行期间，主控室的设计温度在18-25℃之间，相对湿度在45%-65%之间，与AP1000的设计参数差别不大。

新风和回风混合后经过滤器处理后通过冷却器冷却，冷却器中冷却水流量通过调节阀自动控制，保证新风和回风混合后的温度在目标值，当进风湿度较高时，将在此处降温冷凝，然后经过电加热器加热升温，该加热器正常情况下持续运行，以将进风加热至主控室适宜的温度，并有效降低送风湿度，最后通过加湿器后经送风机送入主控室。

3 对比和分析

经过对比可以发现，AP1000和M310的主控室通风系统存在些微的差别，具体有以下几点：

（1）AP1000和M310的冷却器、加湿器和送风机布置顺序不一致，AP1000的冷却器布置在通风系统的末端，仅仅考虑了送风湿度低时的加湿功能，而在湿度高时由于冷却器布置在末端，并不能有效降低主控室相对湿度，而M310则优先考虑了送风湿度高的问题，将冷却器布置在通风系统的前端，使其具备了既能冷却又能除湿的功能;

（2）与M310相比，AP1000增加了一个持续运行的加热器，用于加热从冷却器出来经过冷却和除湿后的送风，该加热器的设置使得冷却器可以将送风冷却至低于主控室的设计温度，使更多空气中的水分凝结，达到更好的除湿效果，然后通过电加热器升温至主控室要求的温度，由于较大的温升而降低有效湿度，达到主控室的设计送风需求，而AP1000并未配备该设备，导致送风冷却不足，含水量依然较大，且无法有效升温以降低相对湿度，导致主控室湿度无法达到设计要求。

4 结语

综上所述，AP1000的主控室通风设计中仅考虑了送风湿度低的问题，这与美国核电站多为内陆核电站，空气较为干燥有一定关联。而针对我国核电站均分布于湿度较高的沿海地带这一气候条件，当前的AP1000主控室通风系统设计显然是不满足要求的。与之对应，M310则是考虑了环境空气湿度低和湿度高两方面的可能，通风系统既有加湿器增加湿度，又有冷却器降温和电加热器升温相结合降低湿度。对于主控室温度和湿度要求更高的AP1000机组来说，M310的通风设计是值得参考学习的。

参考文献：

[1][英国]Colin Fuller，[英国]Ray Fryett，刘鹏飞.核电站通风系统的设计.国外核动力，2005，026（003）.

[2]李作周.制冷与空调设备原理及维修.