李斯亮+劉高+潘冠旭

摘 要：為了確定核電廠(chǎng)汽輪機(jī)房通風(fēng)系統(tǒng)的濕度和溫度，需要對(duì)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行模擬，并加以分析和評(píng)價(jià)，即所謂的精細(xì)化設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)稱(chēng)CFD。CFD設(shè)計(jì)方法使得核電風(fēng)機(jī)廠(chǎng)房各個(gè)點(diǎn)的溫度達(dá)到通風(fēng)需求，并且充分開(kāi)發(fā)了通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)。確保了核電廠(chǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：核電廠(chǎng) 汽輪機(jī)房 通風(fēng)系統(tǒng) 精細(xì)化設(shè)計(jì)

我國(guó)核電廠(chǎng)呈現(xiàn)不規(guī)則分布，南部沿海較多，核電廠(chǎng)發(fā)電過(guò)程中，廠(chǎng)房的溫度對(duì)于發(fā)電安全具有直接影響。核電廠(chǎng)通常采取機(jī)械通風(fēng)和自然通風(fēng)相結(jié)合的方式來(lái)確保室內(nèi)溫度和濕度，通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)決定其通風(fēng)效果。根據(jù)現(xiàn)代核電廠(chǎng)發(fā)電需求，應(yīng)對(duì)其實(shí)施精細(xì)化設(shè)計(jì)，結(jié)合室內(nèi)環(huán)境的具體特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行全新的分析與評(píng)價(jià)。

1 核電廠(chǎng)通風(fēng)系統(tǒng)概況

（1）設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介，核電廠(chǎng)一般采用機(jī)械通風(fēng)和自然通風(fēng)的結(jié)合，機(jī)械通風(fēng)作為輔助通風(fēng)方式，在核電廠(chǎng)運(yùn)行中具有重要作用。作為南方高溫地帶，機(jī)械通風(fēng)甚至占據(jù)主導(dǎo)地位。該工廠(chǎng)的自然通風(fēng)為豎井通風(fēng)，在工程的地下1層和2層設(shè)有開(kāi)放部分，機(jī)械通風(fēng)以屋頂風(fēng)機(jī)和地下一層為主，輸送風(fēng)量為350 000 m3/h。中間層同樣設(shè)有通風(fēng)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)全面通風(fēng)。工廠(chǎng)的室內(nèi)溫度較高，夏季平均最高溫度約35 ℃，空氣濕度較大，排風(fēng)溫度設(shè)置在40 ℃以下。

（2）機(jī)組發(fā)熱量，核電廠(chǎng)汽輪機(jī)一般安裝與固定的汽輪機(jī)房?jī)?nèi)，一般是由汽輪主機(jī)、輔助設(shè)備和通風(fēng)管組成，目前的核電廠(chǎng)通風(fēng)機(jī)組總發(fā)熱量約在2 274.15 kW，可以滿(mǎn)足基本的通風(fēng)需求。在核電廠(chǎng)施工通風(fēng)過(guò)程中，以焓差的方式來(lái)計(jì)算通風(fēng)系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)量。這種方式一般只能反映廠(chǎng)房?jī)?nèi)的整體溫度和濕度，但對(duì)于局部空間的溫度無(wú)法把握，在施工過(guò)程中，由于操作和室內(nèi)環(huán)境的不同，很可能出現(xiàn)局部溫度過(guò)高的現(xiàn)象。而傳統(tǒng)的基本通風(fēng)設(shè)計(jì)方案無(wú)法測(cè)試局部溫度，因此，需要對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。CFD法是目前核電廠(chǎng)普遍使用的方法，可以通過(guò)對(duì)室內(nèi)環(huán)境的整體模擬和局部模擬來(lái)測(cè)試出其溫度，對(duì)廠(chǎng)房局部是否達(dá)到通風(fēng)發(fā)電需求做出判斷，確保了核電廠(chǎng)的發(fā)電安全。

2 模擬計(jì)算工況及結(jié)果

我們通過(guò)多種設(shè)計(jì)方案來(lái)進(jìn)行核電廠(chǎng)室內(nèi)通風(fēng)效果的評(píng)價(jià)，溫度是重要參數(shù)。具體的結(jié)果如下。

（1）自然通風(fēng)對(duì)核電廠(chǎng)具有較大的影響，具有自然通風(fēng)條件的廠(chǎng)房要首先進(jìn)行自然通風(fēng)。該次設(shè)計(jì)中，沿廠(chǎng)房方向全部敞開(kāi)的子空間通風(fēng)效果明顯優(yōu)于半封閉的空間，室內(nèi)空氣條件和濕度也都能夠滿(mǎn)足發(fā)電需求。但地下2層的空間具有更高的密閉性，發(fā)熱量過(guò)大，這也說(shuō)明了設(shè)計(jì)時(shí)要盡量選擇自然通風(fēng)。

（2）該次設(shè)計(jì)中我們采用了6種方案進(jìn)行對(duì)比。發(fā)現(xiàn)工況1的效果最好，排風(fēng)溫度≤35 ℃，實(shí)現(xiàn)了給水泵、冷卻水泵等設(shè)備的降溫，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)的風(fēng)量進(jìn)入，工況1的室內(nèi)濕度也保持在合理的范圍內(nèi)，不易引起火災(zāi)，室內(nèi)的核輻射物質(zhì)的含量較低，對(duì)人體的危害降到最低。工況6雖然滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)要求，排風(fēng)溫度達(dá)到要求，但室內(nèi)設(shè)備在長(zhǎng)時(shí)間工作下，依然會(huì)造成局部溫度過(guò)高現(xiàn)象。因此，通過(guò)綜合評(píng)價(jià)和優(yōu)化設(shè)計(jì)，我們采取工況1的設(shè)計(jì)方法，即在兩相鄰廠(chǎng)房之間的排柱全部打開(kāi)，實(shí)行自然通風(fēng)，但現(xiàn)實(shí)中一些工況很難實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)，并且外部環(huán)境的變化對(duì)于自然通風(fēng)效果具有很大影響，因此，機(jī)械通風(fēng)作為輔助手段，還要進(jìn)行精細(xì)化的設(shè)計(jì)，保證其不同的出風(fēng)量，使局部通風(fēng)具有針對(duì)性，并幫助核電廠(chǎng)節(jié)省成本。

3 模擬結(jié)果的分析與優(yōu)化

（1）初步方案模擬結(jié)果，根據(jù)上文分析，通過(guò)不同的方案設(shè)計(jì)，得到的結(jié)果不同，方案1的通風(fēng)效果最佳，但在實(shí)際工程中，只能采取相應(yīng)的通風(fēng)方法，因此，應(yīng)重于方案的優(yōu)化，利用CFD設(shè)計(jì)方法，來(lái)使通風(fēng)設(shè)計(jì)優(yōu)化。針對(duì)地下2層局部設(shè)備溫度過(guò)高的情況，在核電廠(chǎng)汽輪機(jī)房地下2層適當(dāng)?shù)奈恢蒙?，沿外風(fēng)道向室內(nèi)送風(fēng)，并且風(fēng)量要大于6 000 m3/h。為降低封閉式水泵的溫度，要增加新風(fēng)機(jī)適當(dāng)?shù)叵蚱溥M(jìn)行通風(fēng)。該次增加了4臺(tái)風(fēng)機(jī)，并且每臺(tái)風(fēng)機(jī)的送風(fēng)量在20 000 m3/h。地下1層和地下2層均要增設(shè)新風(fēng)管，并且出風(fēng)口距離地面的高度為1.5 m。主要針對(duì)地下2層的封閉和通風(fēng)差特征進(jìn)行輔助送風(fēng)優(yōu)化，達(dá)到2層地下平面斷面的溫度分布合理，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案需要達(dá)到的結(jié)果參照1層通風(fēng)效果。優(yōu)化后，工程地下2層的溫度超標(biāo)范圍減少，局部高溫現(xiàn)象明顯減少，室內(nèi)通風(fēng)環(huán)境、溫度、濕度均有所改善?？梢赃_(dá)到或者超過(guò)地下1層的通風(fēng)效果。室內(nèi)溫度均在40 ℃以下。并且通過(guò)通風(fēng)優(yōu)化，地下1層的通風(fēng)效果也得到改善。尤其是針對(duì)封閉泵周邊的溫度，已經(jīng)大大降低，可以滿(mǎn)足核電設(shè)備的運(yùn)行需求。

（2）優(yōu)化效果分析，CFD軟件的模擬過(guò)程和分析過(guò)程均在核電廠(chǎng)內(nèi)完成，通過(guò)這一設(shè)計(jì)，核電廠(chǎng)室內(nèi)通風(fēng)效果更加理想?？梢钥辞迤啓C(jī)房?jī)?nèi)的每個(gè)區(qū)域的溫度分布實(shí)際狀況，提供了通風(fēng)優(yōu)化方案。上文分析了優(yōu)化后的通風(fēng)方案，從基本上可以滿(mǎn)足施工需求，尤其是針對(duì)地下2層的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在核電廠(chǎng)的具體施工中，地下施工是不可避免的，而這一過(guò)程中通風(fēng)效果不理想引發(fā)的事故也很常見(jiàn)。因此，針對(duì)地下廠(chǎng)房汽輪機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)的室內(nèi)精細(xì)化設(shè)計(jì)是必要的。經(jīng)CFD軟件模擬計(jì)算的室內(nèi)通風(fēng)方案是可行的，也是具有優(yōu)勢(shì)的。汽輪機(jī)房通風(fēng)優(yōu)化方案大范圍減少了溫度在40 ℃以上的網(wǎng)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了溫度的控制，同時(shí)對(duì)于核電廠(chǎng)施工的其他室內(nèi)參數(shù)也具有積極的改善作用。通過(guò)CFD軟件設(shè)計(jì)后，工程室內(nèi)各點(diǎn)的環(huán)境溫度也在不斷地下降，尤其是局部溫度變化明顯，其優(yōu)勢(shì)還在于可以在原設(shè)計(jì)方案上進(jìn)行修改，精細(xì)化程度較高，效果理想。要提高核電廠(chǎng)汽輪機(jī)的效果，要求供貨商要提供管道的發(fā)熱數(shù)據(jù)，并在廠(chǎng)內(nèi)建立CFD數(shù)據(jù)模型，CFD建模和評(píng)價(jià)過(guò)程室內(nèi)影響其通風(fēng)效果的關(guān)鍵。另外，通過(guò)這一設(shè)計(jì)還應(yīng)達(dá)到減小能耗的效果，取決于其對(duì)關(guān)鍵參數(shù)的控制。

4 結(jié)語(yǔ)

核電廠(chǎng)的通風(fēng)效果影響施工生產(chǎn)，因此，要對(duì)其進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)。筆者提出CFD軟件設(shè)計(jì)手段，是針對(duì)核電廠(chǎng)房室內(nèi)環(huán)境的一種模擬、評(píng)價(jià)與計(jì)算，通過(guò)對(duì)工程的CFD精細(xì)化設(shè)計(jì)，明顯改善了室內(nèi)溫度條件，可以促進(jìn)核電施工和發(fā)電過(guò)程的通風(fēng)良好，減少安全隱患。我們對(duì)于常規(guī)島汽輪機(jī)的室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行測(cè)試，通風(fēng)條件差已經(jīng)成為核電廠(chǎng)的普遍共識(shí)，加強(qiáng)核電廠(chǎng)的通風(fēng)設(shè)計(jì)精細(xì)化是核電廠(chǎng)的主要任務(wù)。

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