某核电厂电气厂房空调系统滴水原因浅析

谢顶良 徐维会



某核电厂电气厂房空调系统滴水原因浅析

谢顶良 徐维会

（广西交通设计集团有限公司 南宁 530001）

介绍了南方某核电厂电气厂房空调系统的形式，分析了电气厂房空调系统运行中滴水的原因，并提出了相应的解决方案。

核电厂；电气厂房；空调；滴水；分析

0 引言

在民用建筑或工业建筑中，空调系统运行中滴水现象时有发生，无论对于建筑本体、还是建筑内的管道和设备，甚至人员，空调系统滴水都会产生不良影响。在核电厂中，空调系统是保证核电厂安全运行的重要系统，空调系统运行中滴水的产生，可能影响到核电厂工艺使用功能及工艺设备的安全。因此，本文以南方某核电厂电气厂房空调系统滴水为例，浅析空调系统运行中滴水的原因，并给出相应的解决方案。

1 电气厂房空调系统简介

电气厂房布置在核辅助厂房旁边，为核系统各厂房服务，没有直接对外的外围护结构，室内热负荷主要是设备负荷，散热量比较固定[1]。电气厂房空调系统用于电气厂房内各房间的降温通风，以保证各功能房间的温湿度满足设备运行和人员长期停留的需要，电气厂房空调系统根据工艺需求，室内空气不循环，空调系统采用直流式全空气系统，另根据各房间功能不同，在温湿度需求高的房间设有二级冷却盘管系统[2]。第一级冷却盘管007RF，服务于电气房间，同时作为第二级冷却盘管的预处理设备用；第二级冷却盘管008RF，服务于更衣室。另外，为了控制更衣室的温湿度，另设有电加热器001RS。空调系统设有温湿度控制系统，冷却盘管007RF设有温度传感器101MT，通过温度传感器控制冷水管上电动三通阀001VD的开度来控制空调出风温度；冷却盘管008RF设有温度传感器102MT，通过温度传感器控制冷水管上电动三通阀002VD的开度来控制空调出风温度；另设有温湿度传感器103MT、101MZ，通过温湿度控制更衣室电加热器001RS的运行。各传感器设定值为：101MT—30℃，102MT—20℃，103MT—25℃，101MZ—70%。电气厂房空调系统流程图如图1所示。

图1 空调系统流程图

2 问题描述

2016年夏天，随着室外环境温度的升高，2号机组电气厂房空调机房内风管出现滴水现象，随着室外温度升高，风管滴水情况越来越严重，并沿着空调风管蔓延到电气房间1，引起电气房间1内电气盘柜受潮而报警，严重影响2号机组安全稳定运行。因此，电厂运行方委托设计单位现场调查并给出解决方案。电气厂房空调布置及滴水位置见图2。

图2 空调布置图

3 原因分析

3.1 空调系统产生冷凝水原理

空气中一般都含有水蒸气，被称之为湿空气，湿空气中水蒸气的状态由其分压力P和湿空气的温度确定。对于未饱和湿空气，若保持水蒸气分压力不变的情况下加以冷却，使湿空气温度下降，当温度下降到一定值时，尽管水蒸气含量不变，但是湿空气也会达到饱和状态，此温度值为湿空气的“露点温度”，如温度持续下降，则空气中水分将凝结出来，俗称结露[3]。结露是一种物理现象，当物体表面温度低于所处在空气的露点温度时，那么空气中的水蒸气就会凝结在物体表面[4]。空调系统正是运用空气结露这种物理现象，使空气流过表面温度低于空气露点温度的冷却盘管，把空气中水蒸气凝结出来，达到降温降湿的目的[5]。

3.2 现场数据测量及设备构造

经现场测量，第一级冷却盘管007RF表面温度15℃，冷却器出口空气温度22.2℃；第二级冷却盘管出口空气温度20.2℃；电气间1、电气间2室内平均温度26.5℃，相对湿度68%；更衣室室内温度26℃，相对湿度66%；室外空气温度32.1℃，相对湿度73%；送风机风量8745m3/h，送风机入口端压力-121Pa，送风机出口端压为255Pa；冷却盘管007RF宽度1.02m，高度1.02m，流通有效率0.8（摘自设备数据表），冷却盘管007RF设备构造图见图3。

图3 设备构造图

3.3 原因分析

（1）水的来源

通过现场数据测量，第一级冷却盘管007RF表面温度15℃，室外空气露点温度约为26.3℃，室外空气通过冷却盘管007RF时，冷却盘管表面将产生冷凝水。另外，现场检查发现风管保温良好，保温外表面无冷凝水产生。因此，空调风管内水的来源主要是空调冷凝水。

（2）冷却盘管风速

《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50019—2015）[6]第8.5.4条对冷却盘管有如下规定：迎风面的空气质量流速宜采用2.5kg/(m2·s)～3.5kg/(m2·s)，当迎风面的空气质量流速大于3kg/(m2·s)时，应在冷却盘管后设置挡水板。冷却盘管007RF迎风面风速按下式计算：

式中：为迎风面空气质量流速，kg/(m2·s)；为通过冷却盘管风量，m3/s；为计算温度对应的空气平均密度，取=1.2kg/m3。

下面再计算冷却盘管出口到挡水板处运行时间1及冷凝水从冷却盘管最高点落到滴水盘需要的时间2，计算公式如下：

式中：1、2为运行时间，s；为距离长度，m；为迎风面空气质量流速，kg／(m2·s)；为计算温度对应的空气平均密度，取=1.2kg/m3；为高差，m；为重力加速度，取=9.8m/s2。

（3）水封高度

水封高度按下式计算：

式中：Δ为水封高度，mm；为冷却盘管出口处压力，Pa；为重力加速度，取=9.8m/s2；50为安全裕量。

经计算，水封高度

（4）自动控制

电气厂房室内热负荷主要是设备负荷，散热量比较固定，二级冷却盘管008RF采用定送风温度的控制方式。在现场调查期间，更衣室房间的温度传感器103MT出现高温报警，说明此时008RF担负的更衣室房间温度超过25℃，从图1可以看出，温度传感器101MT测量的是更衣室及电气间的回风混合温度，当103MT升高时，相应的101MT也相应的升高，而101MT升高会使冷水管上的电动三通阀001VD开度增大，冷水流量增大，进一步加剧了冷凝水的产生[8]。

综合以上分析，空调风管滴水主要有以下两个方面原因：

①挡水板设计不合理。第一级冷却盘管007RF迎风面空气质量流速超过3kg／(m2·s)，但从冷却盘管出口到挡水板距离过短，挡水板未完全起作用，冷凝水被风带入风管内，并顺着竖直风管流至最低点，从风管法兰连接处漏出。

②温度传感器设置位置不合理。温度传感器101MT设置在更衣室与电气间回风混合后的风管上，测量的温度不能反映电气间实际温度，且随着更衣室房间温度升高，温度传感器101MT测得的温度也将升高，引起水管上的电动三通阀001VD开度加大，通过第一级冷却盘管007RF的冷水流量增大，007RF冷却盘管将产生更大的冷凝水量。

4 处理方案及结果

现场调查发现，空调机房面积过小，已经无法通过修改空调机房内的风管来解决问题。同时，对于房间内的风管，因电气盘柜不能停机，风管也不能作大改动且不能动火。鉴于此，处理风管滴水问题建议从以下两个方面考虑：

图4 风管改造方案

（1）局部改造末端风管，增加冷凝水排出管。

对竖直风管最低点进行改造，改造方案见图4。

风管改造方案主要包括以下3点：

①在L910与L911管段之间增加挡水板，挡水板高0.3m，防止冷凝水随风流入L911后管段。

②更换L909与L910管段之间连接法兰垫片，换为密封性更好的B性垫片（丁基橡胶垫片），减少冷凝水从法兰连接处漏水。

③在L909管段最低点开口，并增加排水管，将冷凝水排至地漏。

改造完成后，L909管段新增疏水管不断有冷凝水排出，改造效果明显，风管漏水量减少，但仍有部分冷凝水从风管漏出。

（2）调整温度设定值。

查相关设计文件，更衣室房间设计温度为22～25℃，房间温度超过25℃时报警。为降低更衣室室内温度，在室内散热量不变情况下，需降低二级冷却盘管送风温度，原送风温度定值102MT为20℃，房间热负荷导致空气温升大约6℃，为将房间温度降至25℃，决定将送风温度102MT调整至18℃。另外，在原设计状态下，101MT的测量值为26.5℃，说明此时电气房间的温度低于设定值，也有调整空间。定值调整对007RF冷凝水量影响见图5。

图5 定值调整影响图

温度传感器102MT定值调整后，更衣室送风温度由20℃降为18℃，房间温度下降，温度传感器103MT高温报警消除。而回风温度降低后，温度传感器101MT将调整三通阀001VD开度，阀门角度由调整前30°降至10°，流过一级冷却盘管007RF的冷水流量明显减小。此时，第一级冷却盘管007RF出风口温度由22.2℃升高至24℃，007RF冷凝水产生量减少，对应的电气间室内温度升高至28.8℃，在设定范围值内。温度传感器102MT调整定值后，持续观察一个月，空调系统风管未再出现滴水情况，滴水问题得到解决。

5 结论

电气厂房空调系统风管滴水问题的排查，为后续同类问题提供了思路；同时，对于解决方案，是以不能对现状空调系统作大调整为前提的，也为后续处理同类问题提供了借鉴方案。另外，空调系统在设计时，对于二级盘管系统，一级盘管可以根据情况设置成干盘管系统；自动控制方面，温湿度建议采用需控制房间的回风温湿度作为基准。

[1] 谢顶良,李新志.火电厂厂用配电装置室通风设计[J].制冷与空调,2014,28(6):687.

[2] DL/T 5035—2016,发电厂供暖通风与空气调节设计规范[S].北京:国家能源局,2016.

[3] 沈维道,童钧耕.工程热力学[M].北京:高等教育出版社,2001:341-355.

[4] 刘威等.某核电站常规岛地下空间防结露浅析[J].暖通空调,2016,46(8):98-99.

[5] 何天祺.供暖通风与空气调节[M].重庆:重庆大学出版社,2002:40-67.

[6] GB 50019—2015,工业建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].北京:中国计划出版社,2015.

[7] 陆耀庆.实用供热空调设计手册（第二版）[M].北京:中国建筑工业出版社,2008:160-181.

[8] 刑纪锋.浅谈某银行办公楼暖通空调系统改造设计[J].制冷与空调,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

谢顶良（1981.11-），男，本科，工程师，E-mail：83790171@qq.com

2018-12-28