核电厂热交换盘管调试试验方法的分析与改进

核电厂热交换盘管调试试验方法的分析与改进

王小信严颖第刘海蛟

（福建福清核电有限公司福建福清350318）

摘要：加热及冷却盘管是核电厂暖通空调系统(HVAC)的重要组成部分，对核电厂区域的温、湿度控制具有重要意义。加热及冷却盘管换热性能的评价方法是现场工况下的盘管计算换热量与设计工况下额定换热量相比较，其偏差不超过10%。在核电厂调试阶段，设计单位提供了专门的调试导则，用于指导现场加热及冷却盘管换热性能的评价。但是，该调试导则部分参数由加热及冷却盘管的供货商提供，而供货商未能提供相应的参数，导致了该调试导则在现场不具备可执行性，需要重新研究，并予以改进提高。

关键词：加热及冷却盘管；换热性能；暖通空调系统；调试导则

Abstract:HeatingandcoolingcoilisanimportantpartoftheHVACsystem,whichisofgreatsignificancetothetemperatureandhumiditycontrolinnuclearpowerplant(NPP).Theevaluationmethodforheattransferperformanceofheatingandcoolingcoilisthatthecalculationofheattransferundertheworkingconditionandcomparedwiththeratedheatchangeinthedesigncondition.Thedeviationofthecoilisnotmorethan10%.DuringthecommissioningphaseoftheNPP,thedesignunitprovidesaspecialcommissioningguidefortheevaluationoftheheattransferperformanceoftheon-siteheatingandcoolingcoil.But,theguidepartparametersprovidedbytheequipmentsupplier,thesupplierfailstoprovidethecorrespondingparameters,ledtotheguideon-siteunenforceability,needtostudyandimprovement.Onthebasisofmulti-partyinvestigation,FuqingNPPhasputforwardthetestmethodsuitableforcommissioningsite.

KeyWords:heatingandcoolingcoil;heattransferperformance;HVAC;commissioningguide

1核电厂HVAC热交换盘管的作用

根据《福清核电厂3、4号机组最终安全分析报告》（FSAR）可知，机组正常运行期间需维持设备区域在适宜的冬季和夏季温度[1]；某些特殊设备还有湿度控制的要求，如电气设备控制室和相关机柜设备所在地的相对湿度需控制在45%-65%RH之间[2]。对于如主控室等对人员居留场所则又要求工作环境必须保证人体的舒适性，空调与通风系统的设计应在正常工况下满足“室内温度18-25℃，相对湿度20%-60%RH”的要求[3]。因而，核电厂暖通空调系统（HVAC）在形成一道防止放射性外漏的安全屏障的同时还需保证各厂房的温度、湿度在一个设计范围之内，而热交换盘管作为温、湿度调节的关键设备在核电厂中扮演重要的角色。

2核电厂HVAC热交换盘管性能试验的必要性

从换热盘管传热性能的角度出发，影响传热性能的因素一般有肋片型式、肋片间距、肋片材料以及表面清洁度等多种因素[4]，福清核电的热交换盘管设计中为了应对磷酸盐腐蚀的要求，根据运营经验将锡黄铜更改为更耐应力腐蚀的紫铜[5]，但在核电厂的建安和运营阶段仍不可避免产生以下后果：

由上可知，热交换盘管性能不仅仅受制于基于设备固有的静态的因素，还受盘管的安装环境、运行条件、空气质量、地理位置等交错的动态的影响。而由暖通空调系统盘管系统的变工况特性可知，不同工况下的盘管的制冷量是变化的；同时从安全角度考虑，核电厂通风系统上在设计与厂家设备制造的时会预留了一部分容量，盘管选用设备规格书中仅提供了其在标准工况下的制冷量，而风机盘管在实际运行中往往处于非标准工况，通风系统的制冷机组在大部分时间内也处于部分负荷状态。目前我国核电站多分布在东南沿海地区，湿度水平相对较高（图1），加上系统设备运行的所产生的热量，此问题会更突出，如何保证设备运行环境的温湿度在设计范围，校验通风系统盘管的冷却、除湿性能就显得尤为重要。

图12015年福清核电厂址室外湿度

Fig.1OutdoorhumidityofFuqingNPPin2015

3核电厂HVAC热交换盘管性能试验的方法及存在的问题

M310机组暖通空调系统试验导则[9]要求在盘管清洗合格，风量与水流量达到额定流量，系统的运行条件与设计工况十分接近的条件下方可对暖通系统的冷却盘管性能进行计算与判定。导则参考方法主要内容是通过测量、计算冷却盘管空气侧换热量W1=Qm•Cp/R•△t（kW）与冷却水侧的实换热量W2=Qw•Cp•△t（kW），试验工况下的理论换热量Wt=K•S•△m•F（kW）。通过W1与W2，Wt与W1、W2的平均值Wm进行对比，二者误差在10%以内可判定合格。

对于W1与Wm的测量与计算就存在以下问题：导则中W1的计算方法较为适用于干盘管的计算，通过测量盘管道前后的温度与风量即可得知；用于湿盘管的计算时还要测量盘管前后的湿度来计算R值（R=显热/全热），该值的取得需要查阅湿空气性能曲线，这使得计算繁琐；而Wt的计算存在传热系数K无法得出的问题（需根据竣工文件中盘管的性能曲线查找盘管对空气流传热系数后再通过计算得出，性能曲线反映的是盘管对空气流动的传系数与盘管的质量迎面风速的关系，而此曲线需要在盘管制造阶段依据不同工况下尽可能多的试验数据绘制，竣工文件中无法给出此曲线）。

调研同行电厂目前采用的两种方法：一、仅对冷冻水三通阀的控制曲线进行验证，不检查冷却盘管本体的传热性能；二、直接引用设计换热量作为理论换热量。方法一只对三通阀控制曲线进行验证，没达到对盘管性能核验的要求；方法二的设计换热量是根据设计参数换算而来，考虑的是极端天气的最大换热能力。而现场室外空气温湿度参数不可能恰好达到设计值；即使室外条件达到设计值，由于系统多采用的是新风加回风而非全新风的进风设计，连续稳定运行后空气温湿度已经变化，运行参数跟设计参数相比差别较大。因此亟需研究探讨一种更加贴近现场，同时可以减少现场实际计算量又能提升准确度的方法。

4核电厂HVAC热交换盘管性能验证的新设想

调试试验导则中要求的盘管性能曲线是反映盘管的单位面积的质量流量与流经盘管的空气传热系数的特性关系，需通过大量的试验数据得到，因此无法提供每个盘管的性能曲线用于计算试验工况下的理论换热量。

制造业中，较多的设备的制造与选型都是经过数以千计的试验得出相关的数据，并进行设备的再次优化与升级。通过调研设备制造商在设备选型过程中的最终换热量计算可知，设备制造商在设备选型过程中正向试选（选型）、逆向验证（校核计算）思路的基础上，提出了针对冷却盘管试验工况下理论换热量的校核计算法，先根据设计气侧、水侧入口参数范围在符合条件标准型号中初选，再根据选出的设备型号逆向验算设备的换热量以及出口参数满足设计要求。使用该方法，不仅极大地提高了计算精度和可信度，同时由于利用了计算机设计平台和建模，减少了现场试验人员计算环节的工作量，提高了试验效率。

针对冷却盘管试验工况下理论换热量的校核计算法—视现场已经定型的冷却盘管为试选的设备，调试性能试验利用设备制造商的设计平台和数据库，将试验工况下的实测参数作为新的设计输入条件对冷却盘管进行校核计算，计算出来的设计换热量即作为该试验工况下的理论换热量。计算过程中通过使用设备制造商的数据库建模，导出适用于任意工况的冷却盘管传热系统的经验公式：

根据现场测量的试验数据可计算出平均换热量Wm=216.52KW，按照等效设计换热量法，该盘管的理论换热量Wt=330KW，|Wm-Wt|/Wt=35.1%，计算结果远远超出了10%验收标准，试验结果不合格；若按照校核计算法，试验工况下的理论换热量为Wt=212.64KW，|Wm-Wt|/Wt=1.83%，试验测算的平均换热量与理论换热量基本一致，偏差在验收标准范围内，试验结果合格。

6结论与评价

针对原调试导则文件部分关键参数缺失，导致其提供的参考方法在调试现场不具备可执行性的缺陷，本文给出了一种替代方法，经权威检测机构试验结果证明，本文使用的计算软件，其计算结果真实有效，满足国标要求；同时，该方法现场可操作性强，计算精度高，可以用于指导现场试验的开展和试验报告的编制工作。通过使用新的计算方法和计算软件，能够快速地处理试验数据，减少了现场试验人员计算环节的工作量，提高了试验效率，对核电工程建设及运营期间换热盘管的性能检查不失为有益的尝试。

参考文献：

[1]中国核电工程公司.福清核电厂3、4号机组最终安全分析报告[R].2014年.

CNPE.FSARofFuqingNuclearPowerPlant3-4#[R].2014.

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GB50019-2015,Designcodeforheatingventilationandairconditioningofindustrialbuildings[S].ChinaNationalStandard，2015.

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[9]中国核电工程公司.福清核电厂3/4号机组通风系统（DVX）调试大纲[R].2013年.

CNPE.CommissioningprogrammeforventilationsysteminFuqingNuclearPowerPlant3-4#[R].2013.

作者简介

王小信（1982-），男，福建闽清人，工程师，从事核电厂公用系统调试工作。