核电厂常规岛汽轮机房通风系统设计模拟分析

王士伦

摘要：随着科学技术的不但发展，核发电已经成为我国最为重要的发电方式之一。我国的核电厂主要分布在常年炎热的南方沿海地区，而核电厂常规岛轮机房体积庞大，运行过程中车间内常处于湿热状态，如何解决常规岛汽轮机房的散热问题是目前核电厂发展工作的重点。基于此，本文在核电厂常规岛汽轮机房通风系同的基础设计之上，利用CFD对该系统的通风散热情况进行模拟，提出通风系统的完善设计方案。

关键词：核电厂；常规岛；汽轮机房；通风系统

引言：目前我国核电厂轮机房主要采用自然送风机械排风系统、机械送风自然排风系统以及机械送风机械排风系统，各系统各有优劣，排风能力和降温除湿效果都不尽相同。因此，本文从汽轮机房的工程概况入手，通过计算通风量和主要发热设备的布置，并根据屋顶通风机的通风量和设置位置设计了其中工况，通过CFD模拟的方式对比分析不同设计方案的优劣。

1核电厂常规岛汽轮机房通风系统工程概况

本文参考的核电厂位于珠江三角洲，核电厂内常规岛轮机房占地面积约7300平方米，包括地上三层厂房和地下两层，整体成110米X70米X60米的长方体结构。轮机房高层主要由发电机、抵押加热器、高中压缸、除氧器和系统热力管道组成，地表设置各类水箱，地下一层设置高压加热器、凝汽器和疏水箱等，地下二层主要由各类水泵和化水加药间组成^[1]。

2汽轮机房通风系统概况

该汽轮机房采用自然送风、机械排风的通风方式，自然风通过土建竖井进入机房通风系统，并由机房顶部的排风机排出，达到机房内散热的效果。机房内部各楼层设置了多个排风设备，主要包括地下一层的转送风机、中间层的排风机、地表层的百叶通风口以及屋顶的排风机。另外，汽轮机房地下部门沿着厂房长度方向的两派柱子间也设有开场的进风入口。

为了方便对通风系统进行模拟，本文设定核电厂夏季通风室外计算干球温度为30.5℃，相对湿度为76.6%。而汽轮机房的设计计算参数为：运转层以下温度小于35℃、排风温度小于40℃。

通过查看核电厂的工程设计材料可知核电厂各设备的发热量，其中由汽轮机高压缸、中压缸、低压缸、MSR系统和凝汽器组成的发电主机部分发热量为351kW，配套设备的发热量为1300.4kW，管路部分的发热量为622.75kW。通过计算可知，该厂单台机组总发热量为2274.15kW。传统的计算方法是利用汽轮机房的排风空气比焓和进风空气比焓计算汽轮机房的总通风量，此类方法虽然能计算汽轮机房的整体排风量，但无法确定汽轮机房内部各区域的实际温度分布情况，因此，利用这种计算方式进行节能计算和通风方案的优化，效果都十分有限。

3模拟计算工况及结果

3.1模拟工况

利用CFD软件可以模拟屋顶风机设计位置的不同以及进风量的不同组合下，汽轮机房的实际通风效果，以便于对比分析，确定最优的室内温度和气流组织要求。工况1，当汽轮机房低下一层沿厂房长度方向的两排柱子间全部开敞，分级位于低下一层-7.5米的楼板上时，设计总通风量为350000m³/h，屋顶排风系统设计总风量为2400000m³/h；工况2，当汽轮机房低下一层沿厂房长度方向的两排柱子间盐高度方向上半部分封闭、下半部分开敞时，通风机安装如同工况1；

工况3，当汽轮机房低下一层沿厂房长度方向的两排柱子间全部开全部，屋顶排风每台风机风量为50000m³/h，共设置48台，通风机安装同工况1；工况4，当汽轮机房低下一层沿厂房长度方向的两排柱子间全部开敞，屋顶排风系统总风量为2256000m³/h；工况5，当汽轮机房低下一层沿厂房长度方向的两排柱子间全部开敞，屋顶排风系统总风量为1920000m³/h；工况6，当汽轮机房低下一层沿厂房长度方向的两排柱子间全部开敞，屋顶排风系统总风量为1680000m³/h。工况4到6只有通风机安装情况有区别，如下图所示，不做详细介绍^[2]。

图一 工况1竖直断面温度分布剖面图

图二 工况2竖直断面温度分布剖面图

图三 工况3竖直断面温度分布剖面图

图四 工况4竖直断面温度分布剖面图

图五 工况5竖直断面温度分布剖面图

图六 工况6竖直断面温度分布剖面图

通过分析各类工况的竖直断面温度分布剖面图可知，排风机按照工况1和工况3的安装方法，可以使汽轮机房内达到最低的温度，可见，工况1和工况3可以达到最优的排风效果。

4模拟结果分析和优化

4.1模拟结果分析

工况1中，汽轮机房地下一层沿厂房长度方向的两排柱子间的进风口全部开放，相比工况2中只开放下半部分进风口而关闭上半部进风口所达到的通风效果更好。并且，在工况2中，由于只开放下半部分进风口，使得汽轮机房地下部分通风效果较差，室内温度整体比较低，而低下二层一些高发热量的设备仍会造成机房内温度较高的情况，例如闭式冷凝水泵、凝结水泵和给水泵附近的温度都较高。这类发热量大但是体积较小的设备如果不能及时排风，保证机房内的正常温度，很容易造成设备的损坏，因此，工况1全部开敞的设计更为合理。

对比工况1和工况3的发热量模拟图可知，工况3的设计虽然能在整体上满足汽轮机房的排风要求，使汽轮机房内保持合理的温度和湿度，但是与工况2存在类似的弊病，即地下二层的闭式冷凝水泵、凝结水泵和给水泵附近的温度以及1、2、3好低压加热器疏水泵附近的温度都处于较高的水平。

可见，如果采用传统的设计方法，工况2和工况3中存在的问题便很容易被忽略，给核电厂的正常生产工作带来一定的风险。

4.2工况1设计方案优化

上文通过对比分析可知，工况1的设计情况最符合核电厂常规岛汽轮机房通风系统的通风标准，但从模拟途中可知，仍有部分温度较高的区域，为了进一步增强工况1的排风降温能力，需要对工况1进行优化设计，即在汽轮机房地下二层-5.5米处，沿着进风道给水泵增设8台有道风机，并在闭式冷却水泵附近增设4台风机，可以有效解决局部高温的问题。

总结：综上所述，采用汽轮机房地下一层沿厂房长度方向的两排柱子间的进风口全部开放，并在汽轮机房地下二层-5.5米处，沿着进风道给水泵增设8台有道风机，并在闭式冷却水泵附近增设4台风机的设计方案，可以即保证汽轮机房内温度达标，也可以解决局部温度过高的问题，是核电厂核心到汽轮机房通风系统的可行性设计方案。

参考文献：

[1]孙文龙.核电厂汽轮机房通风系统精细化设计方法[J].南方能源建设,2017,3(03):57-62.

[2]黄挺.核电厂常规岛汽轮机房通风系统设计模拟[J].暖通空调,2018,43(04):44-48.