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1、核电站通风系统的设计2005生国夕卜核动力第3期核电站通风系统的设计英国】CoIinFu1.1.enRayFryett1简介在核设施中,通风系统对于放射性的防护是至关重要的.除r具有提供可接受的工作环境的作用以外.通风系统还提供和维持密封以及进行空气过浓排放.当必须考虑将其作为安全壳整体中的一部分时,通风系统是相当复杂的.这其中包括建筑结构,手套箱（取样测量用）,相关的平衡设施,屏障系统和更衣室,设备恢复系统及相应的管理控制系统.AECP1054的设计规范给出了这些系统有关结构的设计导则,但设计者可以灵活运用这些概念来提供安全和可行的设计,以期达到最佳效果而又不违背有关的强制规则和法规.本文不
2、仅是针对通风技术本身而言,而是对英国核电站在通风系统设计方面所采用的方法进行全面概括,同时也望核领域的从业者们周知.2通风系统设计总则通风系统的设计目的是应用压力梯度和气流通道来限制污染物的扩散.为达此目的,系统应确保主要的放射性防护准则得以满足.1999年的电离放射性法规包含了所需的放射性控制剂量要求,其本质体现在如下规则：每一次实践导致的放射性剂量应由其产生的实际净得利益来判定.也就是说:得到的好处要超过任何相关的损害；将所有的照射剂量保持在合理可行尽量低的水平(A1.ARP);?所有的剂量总和及指定剂量不应超过剂量限值.通风系统通常的功能要求包括可提供适合于环境条件的维护(在工作区域内和
3、供运行人员操作这两方面都应得到满足)和在有火灾发生的情况下限制浓烟和气体的扩散.对设施和特殊排放总量的要求也可能促使对情性气体环境的设计,以及对诸如氢,氢.京放射性气体的控制,稀释或排放设计.通风系统应设计成为在核电机组运行时可连续运行且可通过操作来控制的系统,并且必须设计为从低污染区域向可能的高污染区域阶流式的空气排放方式.在确定可能的污染级别时必须以放射性防护顾问,操作人员和设计人员提供的数据为依据,这也是在任何核电设施通风系统设计中至关重要的一部分.必须充分认识遏制火灾和烟雾的设计要求,因为对其整个系统的布置和结构有着重大的影响.3阶流式通风系统出于下列原因,绝对的物理密封壳体通常是不需
4、要的,也是不可行的:37全面的密封壳体不利于运行和维修的需要；由于反应堆厂房的物资和人员入口,以及机器,设备的进出等因素的存在,完全的密封不可能实现.这些要求导致的设计理念是:危险物质被一个个屏障区间包围,进而形成不同的隔离区域.当其接近外部环境时,污染的可能性就减小了.根据潜在的污染情况,将反应堆厂房进行放射性区域划分,通风系统通过这些区间产生的压差来加强密封壳体的安全】生,通过工程手段和加设外部贯穿件使空气从较低污染区向较高污染区流动.为减少空气的处理量,阶流通风系统通常是将所用的空气从一个区域传送至一个高污染的区域,从而使这个区域通风.这种通风有以下的益处：?减小整个系统的复杂性；9减少
5、备用过滤器,因而也减少了整体的废物量和由于更换过滤器可能增大的剂量图1阶流式通风示意图4区域放射性分级任何一个核通风系统的基本设计应包括区域放射性分级,这也决定了需要采用阶流通风系统设计.1999年英国的电离放射性法规规定了对雇主所指定的控制和监督区域的有关污染和放射性要求.英国的现场执照所有者已开发的划分控制和监督区域系统在所有的情况下都要遵守法规要求,而且在许多情况下还要高于这些要求.有些现场执照人员运用彩色码系统来指明不同的污染和放射性水平,其它一些机构人员则使用简单的字母.数字码(如R1.到R5和c1.到C5)来标明放射性和污染的增加风险.通常区域放射性分级文件由安全执照工程师,设计者
6、及放射性防护顾问协作制定.其目的是:(1辨证遵守法规和现场执照要求;(2)协助控制个人放射性剂量;(3)确保协调发展和电站有效规划.在制定防止污染扩散的规划中,运用了屏障系统,包括：(I)整体屏蔽;(2)诸如用密封胶泥(水泥油灰)和湿密封之类的密封系统;(3)屏蔽和密封门:(4)人员屏蔽通道(PSA)1;(5)带有人员通道(PA)门的曲位系统;(6)手套箱,样品柜;(7)烟橱(通风橱);(8)建筑覆层.(注意:上述的一些措施起着双重作用,如整体屏蔽提供了放射性防护,但当用作整体包裹体结构时.它又起限制污染扩散的作用.)这些工程上的系统方法联合应用于通风系统.用以控制污染的扩散.5防火设计早期和
7、近期的防火工程师,现场防火负责人员,电站规划工程师以及与通风系统设计者之间的协作是对防火理念充分理解的根本保证.具有代表性的是建筑被细分为能防火的间隔单元.通风输送系统通常穿越这些间隔单元的边界,因而这又是维持这些边界(如此来限制火和烟的扩散)所需的方法.两种原38则上的方法为:(1)防火通风输送管;(2)预备防火门.方法(1)是常用于维持通风非常重要的场所,且很少有其它火和烟可能扩散的区域.方法能有效地控制通风的流动.导管和防火门的防火等级(即在规定的情况下,一个问隔单元能阻止火势的总时间)至少要与整体的间隔单元相当.由于控制污染的扩散要通过维持一定的压差来实现,要求有些厂房可能在水灾发生期
8、间也要连续通风.然而通风系统的运行在有些情况下会助长火势.因而需要对整个设计过程缜密考虑,以便响应火灾事件的整体战略.相关的火灾安全导则和应用规范包括了AECP1070的第13部分,以及BS5588建筑的结构,设计和火灾预防应用;第9部分一通风和空调管道系统应用规范.6HVAC(暧通空调)系统关键设计要求维持核设施适当的环境应包括对下列因素的监测和控制：(1)外部污染物;(2)温度;(3)湿度;(4)放射性,易燃或其它危险气体;(5)气体排放；能效和寿期成本问题;维护活动的设计考虑.7外部污染物进口空气通常带有气体传播的污染物和尘垢,有可能对设施和处理工艺造成不良的后果.比如在靠海的工作环境中
9、含有的氯化物,硫酸盐及其它污染物就增加了对环境控制的困难因素.尽早地将污染物从通风空气中去除是有必要的,这就尽可能地限制了对通风系统设备和生产电站的损害使用凝聚式过港器,将其安装在靠近进气口百叶窗处,可以限制湿气和小粒状物的进入.凝聚化处理也起到去除空气中氯化物的作用.高效微粒空气过滤器(HEPA)通常应用于核工业,以提高空气的纯度.在特定的环境下.对进13空气的监测是必需的,这样可以对来H邻近核电站的放射性污染发出警告.8温度通风系统的要求之一是能对其生产运行区域的温度进行控制,当然这同样也适合于对人员通道区域的要求对于废物贮存设施而言,还要求对通风系统进口空气的温度进行控制,用以调节指定贮
10、存区域内的空气温度,来保证所存物项的完整性.对进13空气（如取H环境）进行加热以防止结霜和过滤器冻结阻塞.按要求对空气进行加热和冷却,以便维持在可接受的环境条件.通常这由电热器,低压热水或蒸汽加热,结箱盘管”来完成.需要冷却的原因是由于裂变衰变导致处理过的废物包（通常进行了灌浆或固化处理）也会不断产生热量.这种综合作用的结果是可以大量贮存包含数以千计的废物包和高放废物:验证金结构贮存产物的空气流通道和布效的热导出能力对于设计者来说是一个挑战.应用证明，计算流体动力模型在这项工作中的价值无法估量.39要求对废物处理设施的环境温度控制是有一系列原因的.化学处理过程需要一个稔定的环境条件.以保证不发
11、生可能从系统中获得或失去有害热能.有些工艺（处理过程）要求低温进行,并且为了减小凝结乂要空气温度高于露点,这都是设计中要考虑的.测量通风系统中的环境温度,将其反馈给控制系统以调节供给空气的温度来维持所需的环境条件对返回空气温度的测量可以给电厂操纵人员提供进一步的反馈,以及预先发现发展中的隐患最明显的是那些正在发生的火灾然而,由于设施中的空气流量相对较大,就是有较大的热源对于空气的温度影响也不会太大,因此,测量温度的方法只能作为粗略火灾探测系统中的一部分.对大量的空气进行加热或冷却是国贵的,减小新鲜空气的输入量就能降低这方面的开支.上而描述的阶流式通风系统的设计概念是实现减小新鲜空气的输入量的方
12、法之一热回收系统也能取得相应的经济效益.可以采取的多种方法中,最常用的方式是利用热回收盘管回收热能装置和再循环萃取空气.详细的成本/效益分析需要建立在这个系统的整体经济分析之后才能进行.9湿度湿度控制的几个重要因素如下：高湿度条件可能损害建筑物的结构和系统结构,以及内部构件；?低湿度条件可能产生静电问题和导致湿密封的过度蒸发；?湿化学工艺经常产生的蒸汽可能对通风管道系统有害,同时导致过滤器的堵塞：废物包长期的贮存需要对环境中的含水量进行严格控制以防包裹层破裂.用于控制空气相对湖度的一般方法是使用组合过滤器来减小入口空气中的自由水蒸气.这种装置设有过滤介质（一般是玻璃纤维）,其大表面和低吸收的特
13、点又使水蒸气被带入聚集.这乂需要组合使用冷水或冷冻方式降温盘管和并列加热器组对空气进行处理.当然也有需要增加湿度的时候,此时可用加湿器对供给空气加湿,只需将水或水蒸气注入到供气中通常使用干球温度计和海球温度计的测量值直接推导计算出相对湿度值10放射性,易燃或其它危险气体气体危险存在和产生有下列原因：?自然产生的气体,例如氨气,它可能扩散和积聚于建筑物内；?化学工艺过程中产生的气体；9可裂变物质衰减产生的气体；?被用来处理诸如钠之类的高活泼性元素的惰性气体包覆物；?引入用于防火的惰性制剂；?电厂的维护或修理中产生的气体（氯气,焊接冒烟）.对这些危险的鉴别将作为设计过程的一部分,相应的预防和探测手
14、段也将包括在整体系统中,在许多情况下,这些装置具有重大的安全意义,对其设计也应从可靠性,独立性和多样性方面考虑在设计中处理可能的危险的方法应依照下列ERIC原则：首先试图消除危害（如采用其它方法代替或使用安全失效设计）；?如果不行,就减小危害（如在化学反应中限制其反应量）；?如果不行,就抑制危害（如化学添加剂可能防止有些反应所产生的气体）；那只好试图控制危害.由此可见,通风系统也可用于在事故期间控制危害,当第一地点已采用消除,减小和抑制化学危害气体产生的手段不切实际和不可行时,这就得竟通风系统发挥作用了.因而,消除,控制和抑制系统设计人员必须为电厂提供一个整体安全水平非常高的设计.工艺设计人员
15、对于有关危害气体的存在和数量提出了建议.通常需要通过某些模拟方式建立气体的聚集和发生率模型.开发试验工作可以应用原始实验数据和流体动力计算（CFOJ模型来更多地了解气体的分布,聚集和扩散CFD也是一个很有价值的工具，它可用于确定通风系统的结构,以保证气体的聚集浓度明显低于较低可燃限制”,同时它还可用于帮助确定通风系统设备的位置.H气体排放通过通风系统的气体排放需要进行相应的过滤（例如HEPA过滤）处理,如果需要还得对其进行监测和取样.这样做的目的是为保证排放达到当局的限制标准要求之内.烟囱的高度和宜径的设计应能保证大量羽团（烟）的扩散.在建筑物内,使用组合的Q/B空气监测装置对来自含有.放射性的区域的任何泄漏进行探测报警.处理来自核电站放射性物质所有工程的空气排放都应在相应设施上安装或配备取样和监测设备.然而每个排放点都应经过审核,并且排除在正常或非正常条件下在地面上已限制的可
