謝頂良 徐維會

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某核電廠電氣廠房空調(diào)系統(tǒng)滴水原因淺析

謝頂良 徐維會

（廣西交通設計集團有限公司 南寧 530001）

介紹了南方某核電廠電氣廠房空調(diào)系統(tǒng)的形式，分析了電氣廠房空調(diào)系統(tǒng)運行中滴水的原因，并提出了相應的解決方案。

核電廠；電氣廠房；空調(diào)；滴水；分析

0 引言

在民用建筑或工業(yè)建筑中，空調(diào)系統(tǒng)運行中滴水現(xiàn)象時有發(fā)生，無論對于建筑本體、還是建筑內(nèi)的管道和設備，甚至人員，空調(diào)系統(tǒng)滴水都會產(chǎn)生不良影響。在核電廠中，空調(diào)系統(tǒng)是保證核電廠安全運行的重要系統(tǒng)，空調(diào)系統(tǒng)運行中滴水的產(chǎn)生，可能影響到核電廠工藝使用功能及工藝設備的安全。因此，本文以南方某核電廠電氣廠房空調(diào)系統(tǒng)滴水為例，淺析空調(diào)系統(tǒng)運行中滴水的原因，并給出相應的解決方案。

1 電氣廠房空調(diào)系統(tǒng)簡介

電氣廠房布置在核輔助廠房旁邊，為核系統(tǒng)各廠房服務，沒有直接對外的外圍護結(jié)構(gòu)，室內(nèi)熱負荷主要是設備負荷，散熱量比較固定[1]。電氣廠房空調(diào)系統(tǒng)用于電氣廠房內(nèi)各房間的降溫通風，以保證各功能房間的溫濕度滿足設備運行和人員長期停留的需要，電氣廠房空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)工藝需求，室內(nèi)空氣不循環(huán)，空調(diào)系統(tǒng)采用直流式全空氣系統(tǒng)，另根據(jù)各房間功能不同，在溫濕度需求高的房間設有二級冷卻盤管系統(tǒng)[2]。第一級冷卻盤管007RF，服務于電氣房間，同時作為第二級冷卻盤管的預處理設備用；第二級冷卻盤管008RF，服務于更衣室。另外，為了控制更衣室的溫濕度，另設有電加熱器001RS?？照{(diào)系統(tǒng)設有溫濕度控制系統(tǒng)，冷卻盤管007RF設有溫度傳感器101MT，通過溫度傳感器控制冷水管上電動三通閥001VD的開度來控制空調(diào)出風溫度；冷卻盤管008RF設有溫度傳感器102MT，通過溫度傳感器控制冷水管上電動三通閥002VD的開度來控制空調(diào)出風溫度；另設有溫濕度傳感器103MT、101MZ，通過溫濕度控制更衣室電加熱器001RS的運行。各傳感器設定值為：101MT—30℃，102MT—20℃，103MT—25℃，101MZ—70%。電氣廠房空調(diào)系統(tǒng)流程圖如圖1所示。

圖1 空調(diào)系統(tǒng)流程圖

2 問題描述

2016年夏天，隨著室外環(huán)境溫度的升高，2號機組電氣廠房空調(diào)機房內(nèi)風管出現(xiàn)滴水現(xiàn)象，隨著室外溫度升高，風管滴水情況越來越嚴重，并沿著空調(diào)風管蔓延到電氣房間1，引起電氣房間1內(nèi)電氣盤柜受潮而報警，嚴重影響2號機組安全穩(wěn)定運行。因此，電廠運行方委托設計單位現(xiàn)場調(diào)查并給出解決方案。電氣廠房空調(diào)布置及滴水位置見圖2。

圖2 空調(diào)布置圖

3 原因分析

3.1 空調(diào)系統(tǒng)產(chǎn)生冷凝水原理

空氣中一般都含有水蒸氣，被稱之為濕空氣，濕空氣中水蒸氣的狀態(tài)由其分壓力P和濕空氣的溫度確定。對于未飽和濕空氣，若保持水蒸氣分壓力不變的情況下加以冷卻，使?jié)窨諝鉁囟认陆?，當溫度下降到一定值時，盡管水蒸氣含量不變，但是濕空氣也會達到飽和狀態(tài)，此溫度值為濕空氣的“露點溫度”，如溫度持續(xù)下降，則空氣中水分將凝結(jié)出來，俗稱結(jié)露[3]。結(jié)露是一種物理現(xiàn)象，當物體表面溫度低于所處在空氣的露點溫度時，那么空氣中的水蒸氣就會凝結(jié)在物體表面[4]?？照{(diào)系統(tǒng)正是運用空氣結(jié)露這種物理現(xiàn)象，使空氣流過表面溫度低于空氣露點溫度的冷卻盤管，把空氣中水蒸氣凝結(jié)出來，達到降溫降濕的目的[5]。

3.2 現(xiàn)場數(shù)據(jù)測量及設備構(gòu)造

經(jīng)現(xiàn)場測量，第一級冷卻盤管007RF表面溫度15℃，冷卻器出口空氣溫度22.2℃；第二級冷卻盤管出口空氣溫度20.2℃；電氣間1、電氣間2室內(nèi)平均溫度26.5℃，相對濕度68%；更衣室室內(nèi)溫度26℃，相對濕度66%；室外空氣溫度32.1℃，相對濕度73%；送風機風量8745m3/h，送風機入口端壓力-121Pa，送風機出口端壓為255Pa；冷卻盤管007RF寬度1.02m，高度1.02m，流通有效率0.8（摘自設備數(shù)據(jù)表），冷卻盤管007RF設備構(gòu)造圖見圖3。

圖3 設備構(gòu)造圖

3.3 原因分析

（1）水的來源

通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)測量，第一級冷卻盤管007RF表面溫度15℃，室外空氣露點溫度約為26.3℃，室外空氣通過冷卻盤管007RF時，冷卻盤管表面將產(chǎn)生冷凝水。另外，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)風管保溫良好，保溫外表面無冷凝水產(chǎn)生。因此，空調(diào)風管內(nèi)水的來源主要是空調(diào)冷凝水。

（2）冷卻盤管風速

《工業(yè)建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》（GB50019—2015）[6]第8.5.4條對冷卻盤管有如下規(guī)定：迎風面的空氣質(zhì)量流速宜采用2.5kg/(m2·s)～3.5kg/(m2·s)，當迎風面的空氣質(zhì)量流速大于3kg/(m2·s)時，應在冷卻盤管后設置擋水板。冷卻盤管007RF迎風面風速按下式計算：

式中：為迎風面空氣質(zhì)量流速，kg/(m2·s)；為通過冷卻盤管風量，m3/s；為計算溫度對應的空氣平均密度，取=1.2kg/m3。

下面再計算冷卻盤管出口到擋水板處運行時間1及冷凝水從冷卻盤管最高點落到滴水盤需要的時間2，計算公式如下：

式中：1、2為運行時間，s；為距離長度，m；為迎風面空氣質(zhì)量流速，kg／(m2·s)；為計算溫度對應的空氣平均密度，取=1.2kg/m3；為高差，m；為重力加速度，取=9.8m/s2。

（3）水封高度

水封高度按下式計算：

式中：Δ為水封高度，mm；為冷卻盤管出口處壓力，Pa；為重力加速度，取=9.8m/s2；50為安全裕量。

經(jīng)計算，水封高度

（4）自動控制

電氣廠房室內(nèi)熱負荷主要是設備負荷，散熱量比較固定，二級冷卻盤管008RF采用定送風溫度的控制方式。在現(xiàn)場調(diào)查期間，更衣室房間的溫度傳感器103MT出現(xiàn)高溫報警，說明此時008RF擔負的更衣室房間溫度超過25℃，從圖1可以看出，溫度傳感器101MT測量的是更衣室及電氣間的回風混合溫度，當103MT升高時，相應的101MT也相應的升高，而101MT升高會使冷水管上的電動三通閥001VD開度增大，冷水流量增大，進一步加劇了冷凝水的產(chǎn)生[8]。

綜合以上分析，空調(diào)風管滴水主要有以下兩個方面原因：

①擋水板設計不合理。第一級冷卻盤管007RF迎風面空氣質(zhì)量流速超過3kg／(m2·s)，但從冷卻盤管出口到擋水板距離過短，擋水板未完全起作用，冷凝水被風帶入風管內(nèi)，并順著豎直風管流至最低點，從風管法蘭連接處漏出。

②溫度傳感器設置位置不合理。溫度傳感器101MT設置在更衣室與電氣間回風混合后的風管上，測量的溫度不能反映電氣間實際溫度，且隨著更衣室房間溫度升高，溫度傳感器101MT測得的溫度也將升高，引起水管上的電動三通閥001VD開度加大，通過第一級冷卻盤管007RF的冷水流量增大，007RF冷卻盤管將產(chǎn)生更大的冷凝水量。

4 處理方案及結(jié)果

現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，空調(diào)機房面積過小，已經(jīng)無法通過修改空調(diào)機房內(nèi)的風管來解決問題。同時，對于房間內(nèi)的風管，因電氣盤柜不能停機，風管也不能作大改動且不能動火。鑒于此，處理風管滴水問題建議從以下兩個方面考慮：

圖4 風管改造方案

（1）局部改造末端風管，增加冷凝水排出管。

對豎直風管最低點進行改造，改造方案見圖4。

風管改造方案主要包括以下3點：

①在L910與L911管段之間增加擋水板，擋水板高0.3m，防止冷凝水隨風流入L911后管段。

②更換L909與L910管段之間連接法蘭墊片，換為密封性更好的B性墊片（丁基橡膠墊片），減少冷凝水從法蘭連接處漏水。

③在L909管段最低點開口，并增加排水管，將冷凝水排至地漏。

改造完成后，L909管段新增疏水管不斷有冷凝水排出，改造效果明顯，風管漏水量減少，但仍有部分冷凝水從風管漏出。

（2）調(diào)整溫度設定值。

查相關設計文件，更衣室房間設計溫度為22～25℃，房間溫度超過25℃時報警。為降低更衣室室內(nèi)溫度，在室內(nèi)散熱量不變情況下，需降低二級冷卻盤管送風溫度，原送風溫度定值102MT為20℃，房間熱負荷導致空氣溫升大約6℃，為將房間溫度降至25℃，決定將送風溫度102MT調(diào)整至18℃。另外，在原設計狀態(tài)下，101MT的測量值為26.5℃，說明此時電氣房間的溫度低于設定值，也有調(diào)整空間。定值調(diào)整對007RF冷凝水量影響見圖5。

圖5 定值調(diào)整影響圖

溫度傳感器102MT定值調(diào)整后，更衣室送風溫度由20℃降為18℃，房間溫度下降，溫度傳感器103MT高溫報警消除。而回風溫度降低后，溫度傳感器101MT將調(diào)整三通閥001VD開度，閥門角度由調(diào)整前30°降至10°，流過一級冷卻盤管007RF的冷水流量明顯減小。此時，第一級冷卻盤管007RF出風口溫度由22.2℃升高至24℃，007RF冷凝水產(chǎn)生量減少，對應的電氣間室內(nèi)溫度升高至28.8℃，在設定范圍值內(nèi)。溫度傳感器102MT調(diào)整定值后，持續(xù)觀察一個月，空調(diào)系統(tǒng)風管未再出現(xiàn)滴水情況，滴水問題得到解決。

5 結(jié)論

電氣廠房空調(diào)系統(tǒng)風管滴水問題的排查，為后續(xù)同類問題提供了思路；同時，對于解決方案，是以不能對現(xiàn)狀空調(diào)系統(tǒng)作大調(diào)整為前提的，也為后續(xù)處理同類問題提供了借鑒方案。另外，空調(diào)系統(tǒng)在設計時，對于二級盤管系統(tǒng)，一級盤管可以根據(jù)情況設置成干盤管系統(tǒng)；自動控制方面，溫濕度建議采用需控制房間的回風溫濕度作為基準。

[1] 謝頂良,李新志.火電廠廠用配電裝置室通風設計[J].制冷與空調(diào),2014,28(6):687.

[2] DL/T 5035—2016,發(fā)電廠供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范[S].北京:國家能源局,2016.

[3] 沈維道,童鈞耕.工程熱力學[M].北京:高等教育出版社,2001:341-355.

[4] 劉威等.某核電站常規(guī)島地下空間防結(jié)露淺析[J].暖通空調(diào),2016,46(8):98-99.

[5] 何天祺.供暖通風與空氣調(diào)節(jié)[M].重慶:重慶大學出版社,2002:40-67.

[6] GB 50019—2015,工業(yè)建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社,2015.

[7] 陸耀慶.實用供熱空調(diào)設計手冊（第二版）[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008:160-181.

[8] 刑紀鋒.淺談某銀行辦公樓暖通空調(diào)系統(tǒng)改造設計[J].制冷與空調(diào),2018,32(1):31-35.

Leakage of Air Conditioning System Analysis of Electrical Building of a Nuclear Power Plant

Xie Dingliang Xu Weihui

( Guangxi Communications Design Group Co., Ltd, Nanning, 530001 )

This paper introduces air conditioning system mode of electrical building of a nuclear power plant in the south, and analyzes the reason of leakage of air conditioning system operation of electrical building, finally puts forward the solution.

Nuclear Power Plant; Electrical Building; Air Conditioning; leakage; analysis

TU834.3

A

1671-6612（2019）02-178-05

謝頂良（1981.11-），男，本科，工程師，E-mail：83790171@qq.com

2018-12-28