Атомные электрические станции и их оборудование - Вентиляционные установки

Глава пятнадцатая
ВЕНТИЛЯЦИОННЫЕ УСТАНОВКИ НА АЭС

Назначение вентиляционных установок

На АЭС все помещения подразделяются на зону строгого режима и зону свободного режима. В свою очередь, помещения зоны строгого режима подразделяются на помещения постоянного обслуживания, с периодическим обслуживанием и необслуживаемые.
К помещениям зоны строгого режима на АЭС с ВВЭР относятся реакторный зал, помещения боксов парогенераторов и ГЦН, гидроемкостей и компенсаторов давления, спецводоочистки, вытяжных вентиляционных камер. На одноконтурных АЭС добавляются еще помещения машинного зала и верхних отметок деаэраторной этажерки.
В обслуживаемом помещении возможно пребывание обслуживающего персонала при работающем реакторе в течение рабочего дня, если суммарная доза его облучения не превышает допустимых величин (центральный зал, лаборатории, коридоры и т. п.).
В полуобслуживаемых помещениях допустимо кратковременное пребывание обслуживающего персонала при работающем реакторе.
В необслуживаемых помещениях пребывание обслуживающего персонала при работающем реакторе не допускается (помещения боксов парогенераторов, компенсатора объема, ГЗЗ и др.).
В обслуживаемых помещениях (центральный зал реактора) в воздух выделяются небольшие количества теплоты и влаги, возможно появление радиоактивных аэрозолей. Вероятность появления радиоактивности в реакторном зале возрастает при проведении планово-предупредительных ремонтов (ППР) и перегрузках топлива, когда открываются шахта аппарата и бассейн выдержки.
К помещениям зоны свободного режима относятся машинный зал двух- и трехконтурных АЭС, щиты управления. Единственным требованием к вентиляции зоны свободного режима является поддержание санитарно-гигиенических норм температуры, влажности и запыленности воздуха в помещениях, где обслуживающий персонал может находиться неограниченное время.
Задачей вентиляционных систем помещений зоны строгого режима является:

1. создание необходимого разряжения, препятствующего распространению радиоактивного воздуха в соседние помещения при возможных неплотностях;
2. удаление избыточной теплоты и влаги;
3. создание нормальных условий для работы оборудования;
4. создание нормальных условий для обслуживающего персонала при работе оборудования;
5. создание нормальных условий для проведения ремонтных и перегрузочных работ в период остановки реактора.

Если на обычной ТЭС на органическом топливе назначением вентиляции является создание санитарно-гигиенических условий для работы обслуживающего персонала, то для АЭС — это еще и обеспечение радиационной безопасности персонала.

Таблица 15.1. Кратности обмена воздуха общеобменной вентиляции

Поэтому на ТЭС можно ограничиться естественной аэрацией в сочетании с вентиляцией мест с повышенным тепловыделением и влаги. На АЭС этого недостаточно и применяют мощные вентиляционные системы с большими расходами воздуха.
При этом должна обеспечиваться определенная кратность обмена воздуха, зависящая от кубатуры вентилируемого помещения и наличия радиоактивности. В табл. 15.1 приведены кратности обмена воздуха в помещениях зоны строгого режима.
В помещениях строгого режима обмен воздуха меньше, чем однократный, не допускается. При перегрузках кратность обмена воздуха в реакторном помещении удваивается.

Основы проектирования технологической вентиляции

Основные требования к специальной технологической вентиляции высокая надежность и эффективность. Эксплуатация АЭС невозможна без работающей вентиляции. Вентиляционные установки продолжают работать, даже если станция остановлена. В основу создания системы вентиляции положен принцип раздельной вентиляции помещений зон строгого и свободного режимов.
Полуобслуживаемые и необслуживаемые помещения зоны строгого режима — это в основном помещения, где располагается оборудование реакторного контура и спецводоочистки.
Технологическая вентиляция работает по принципу приточновытяжной, так как она должна обеспечивать организованные потоки воздуха и поддерживать необходимое разряжение в помещениях. Подача чистого воздуха и удаление загрязненного должны быть организованы таким образом, чтобы надежно вентилировалось все помещение без застойных зон. Потоки воздуха должны направляться из более чистых помещений в более загрязненные с исключением перетечек в обратном направлении. Приточные устройства вентиляционной установки обозначаются буквой «П» с соответствующим порядковым номером, вытяжные системы — буквой «В» с соответствующим порядковым номером приточной вентиляции. Системы вентиляции работают по разомкнутой системе с выбросом воздуха после очистки на фильтрах в вентиляционную трубу.
Вентиляционные системы поддерживают также необходимый температурный режим в помещениях: не более 40 °С в полуобслуживаемых помещениях и не выше 60°С в необслуживаемых. Если приточно-вытяжная система вентиляции эти параметры не обеспечивает. то она дополняется специальной рециркуляционной системой вентиляции для отвода теплоты и обозначается буквой «Р». Рециркуляционный воздух охлаждается в теплообменниках, в которые подается вода с температурой 10°С. В летнее время такая температура воды обеспечивается за счет работы специальной пароэжекторной холодильной машины. В помещениях с постоянным пребыванием обслуживающего персонала нужно обеспечивать не только необходимую кратность обмена воздуха, но и поддерживать температуру на уровне 20—22 °С и влажность воздуха около 60 % в течение всего года. Такой режим обеспечивается системами кондиционирования воздуха.

Рис. 15.1. Вентиляция помещений очистки радиоактивных вод.
1 — вытяжная система необслуживаемых и полуобслуживаемых помещений; II — вытяжная система обслуживаемых помещений, III— система приточной вентиляции; JV — обслуживаемое помещение; V — необслуживаемое помещение, VI — полуобслуживаемое помещение, VII — коридор обслуживания, VIII — лаборатория; IX — в вентиляционную трубу Н-100 м, 1 — масляный фильтр, 2 —калорифер; 3 — вентилятор с электродвигателем; 4 — напорный патрубок; 5 — герметичный клапан с электродвигателем, 6 — клапан обыкновенный с сеткой; 7 — клапан избыточного давления; 8 — вентили; 9 — аэрозольный фильтр

При проектировании систем специальной технологической вентиляции должны выполняться следующие правила:

1. параллельное подсоединение помещений с разной степенью радиоактивности к одной системе недопустимо;
2. для уменьшения мощности вентиляционных систем возможно последовательное подключение к одной вентиляционной системе помещений с разной степенью радиоактивности с перетоком воздуха из помещений с меньшей радиоактивностью в более загрязненные помещения. Такая система обеспечивает переток воздуха из обслуживаемых помещений в полуобслуживаемые и необслуживаемые с помощью клапанов давления, препятствующих перетоку воздуха в обратном направлении;
3. из мест повышенной радиоактивности должна быть местная вытяжная вентиляция для локализации радиоактивности;
4. обязательное 100%-ное резервирование вентиляционных установок с автоматическим включением резерва и автоблокировкой электродвигателей клапанов приточной и вытяжной систем с двигателями соответствующих вентиляционных установок;
5. выбор производительности вентиляционных систем должен выбираться с учетом перегрузок топлива и ремонтных работ, когда выход радиоактивности повышен.

На рис. 15.1 представлена схема специальной технологической вентиляции помещений очистки радиоактивных вод. Приточный воздух в воздухозаборную шахту поступает снаружи с территории АЭС, где чистота воздуха наибольшая. Воздух может содержать некоторое количество пыли, которую надо предварительно удалить. Для этих целей на входе воздуха устанавливаются масляные фильтры 1. Масляные фильтры представляют из себя движущиеся сетки, смачиваемые маслом. Внизу  масляных фильтров имеется емкость с маслом. При проходе через слой масла вращающихся сеток, происходит смыв пыли, осевшей на сетках при проходе через них воздуха. Для подогрева воздуха зимой и охлаждения летом установлены калориферы 2.
На напорной части 4 вентиляторов 3 приточной вентиляции III установлены герметичные клапаны 5, электродвигатели которых блокированы с электродвигателями вентиляторов приточной и вытяжной систем вентиляции. Это приводит к одновременному запуску приточных и вытяжных систем. Воздух поступает через клапан 6 в коридор обслуживания VII и другие обслуживаемые помещения (лаборатории, щиты обслуживания и др.) IV и VIII.
Назначение вентиляции в обслуживаемых помещениях — создание нормальных санитарно-гигиенических условий. Поэтому воздух из этих помещений через вентиль 8 вытяжной системой II направляется в вентиляционную трубу IX без предварительной очистки.
В полуобслуживаемые VI и необслуживаемые V помещения воздух поступает через клапаны давления 7. В этих помещениях возможно появление радиоактивных газов и аэрозолей. По этой причине воздух с помощью вытяжной системы 1 прокачивается через аэрозольные фильтры 9 и только после этого выбрасывается в вентиляционную трубу.
Помещения спецводоочистки и связанные с ней ХЖО являются зоной повышенной радиоактивности. Поэтому вентиляционная система имеет большую производительность. Так, для ВВЭР-440 производительность вентиляционной системы спецводоочистки составляет 80 000 м3/ч с 5-кратным обменом воздуха.
Очищенный воздух выбрасывается в вентиляционную трубу высотой 100—120 м. Для двух блоков с ВВЭР-440 сооружается одна труба высотой 120 м с диаметром в устье (на выходе) 3 м.

Таблица 15.2. Среднемесячные допустимые нормализованные выбросы (ДНВ), отнесенные к 1000 МВт, и предельно допустимые выбросы (ПДВ) для АЭС в целом при ее мощности более 6000 МВт

Таблица 15.3. Среднесуточные допустимые нормализованные выбросы (ДНВ), отнесенные к 1000 МВт мощности, и предельно допустимые выбросы (ПДВ) для АЭС в целом при ее мощности более 6000 МВт

Примечание. Допускается однократный или суточный выброс, превышающий значения, указанные в таблице, если суммарные выбросы за квартал не превысят расчетисто значения по таблице.

Общий объем выбрасываемого через нее воздуха составляет 527 000 м3/ч при скорости выброса 20 м/с.
В табл. 15.2 и 15.3 приведены предельно-допустимые выбросы на 1000 МВт установленной мощности.
Кроме вентиляционных систем, осуществляющих общеобменную вентиляцию, существуют системы подачи воздуха к средствам индивидуальной защиты (пневмокостюмам). Так, для проведения срочных работ в реакторном зале существует система вентиляции мощностью 750 м3/ч для подачи воздуха к пневмокостюмам. Пневмокостюмы подсоединяются к этой системе с помощью воздухораспределительных гребенок с гибкими шлангами. Производительность гребенки— 15 м3/ч воздуха. Установки эти — только приточного воздуха с установкой на напоре аэрозольных фильтров. Такие же системы имеются и в корпусе спецводоочистки.

Воздуховоды и вентиляционные центры

Вентиляционные установки АЭС имеют в своем составе множество агрегатов, перекачивающих в час сотни тысяч «чистого» и «загрязненного» воздуха. Для уменьшения количества обслуживающего персонала и борьбы с аэродинамическим шумом желательно объединить все агрегаты в приточные и вытяжные центры. Недостаткам такого объединения является увеличение протяженности воздуховодов. Приточные и вытяжные центры располагаются отдельно. Центр приточной вентиляции располагается в наиболее чистой зоне на АЭС как пристройка к машзалу, центр вытяжной — ближе к вентиляционной трубе как пристройка к реакторному залу. При этом в наибольшей степени обеспечивается ступенчатость приточно-вытяжной вентиляции и сокращается трассировка воздуховодов. Независимо от расположения центров приточной и вытяжной вентиляции необходимо обеспечение автоблокировки электроприводов приточных и вытяжных вентиляторов с герметичными клапанами. Центр вытяжной вентиляции устанавливается в герметичном боксе, который должен быть оборудован вытяжной вентиляцией. Помещение бокса относится к разряду полуобслуживаемых. Электропривод вентиляторов, приводной арматуры и контрольно-измерительные приборы выносятся в обслуживаемые помещения.
Диаметры воздуховодов могут быть значительны — до 1500 мм, так как приходится прокачивать большие количества воздуха. Воздуховоды выполняются из перлитных сталей с внутренним покрытием коррозионно-стойким лаком. Воздуховоды вытяжной системы должны иметь биологическую защиту, для чего желательна использовать строительные бетонные конструкции. Воздуховоды прокладываются с уклоном и устройством дренажей в нижних точках для отвода влаги.
Категорически запрещается врезка воздуховодов в вентиляционную трубу без предварительной очистки газов.