373-核电厂主控制室热控制的能流分析.pdfVIP

核电厂主控制室热控制的能流分析 同济大学 张旭 常乐 吴晓艳 摘 要：当核电厂主控制室发生事故后，为了保证事故工况 72 小时室内温升不超过 8.3℃的要求，主控制室采用0.6 m 厚的混凝土围护结构作为大惯性热阱。本文以某大型核 电厂主控制室为原型，通过建立主控室简化物理模型，分析了室内热源的散热特性，研究了 主控制室的试运行工况、正常运行工况和事故工况前2 小时下的热量流动过程，得出：试运 行工况和正常运行工况下，控制室内所有的热量全部由空调系统承担；事故工况下的前2 小 时，控制室内热源散热量全部由混凝土热阱承担，其中辐射换热强度占总散热强度的比例为 18.5%。该结果对主控制室的室温控制有一定的指导意义。 关键词： 热阱 散热特性 事故工况 热量流动 1 引言 主控制室是大型核电厂运行控制的中心，负责维持其正常运行以及发生异常或事故时， 确保其后续的正常操作。 在正常工况下，主控制室由空调系统供给冷量，经过足够长的时间，室内空气及混凝土 热阱均处于室内设定温度 22℃。当核电厂发生事故时，主控制室的空调系统停止运行，室 内温度在室内多热源的作用下迅速上升，因此主控制室采用0.6 m 厚的混凝土围护结构作为 大惯性热阱，利用混凝土的热惯性，缓解事故工况下室温快速上升的趋势，从而保证室内温 升72h 不超过安全温升限值8.3℃。 大惯性安全热阱主要由围护结构中的四面外墙、天花板组成。为强化混凝土热阱蓄热性 能，在天花板内表面预置钢结构肋片。 主控制室在正常工况和事故工况下简化的物理模型如图 1 所示，是一个由围护结构围 成的封闭空间。其围护结构有三种类型——带肋天花板、不带肋的混凝土墙体和绝热地板。 本文称天花板及墙体分别为天花板热阱及墙体热阱。主控制室混凝土热阱和室内空气均受室 内热源的影响。 图1 主控制室物理模型示意图 2 围护结构热阱结构及热源特性分析 2. 1 围护结构热阱结构 核电厂主控制室安全热阱的主体为厚度为0.6m 的混凝土，墙体混凝土层外侧为聚苯乙 烯硬质泡沫塑料（XPS ）外保温层，近外侧处预置有结构配筋。天花板混凝土层外侧为绝热 架空层，不与外界进行热交换，内表面预置钢结构肋片，肋片间距为 230mm ，肋片高度为 基金项目：同济大学研究生学科交叉创新人才国际合作培养项目（2018XKJC-011） 作者简介：张旭， 男，1955 年12 月生，博士，教授。E-mail ：zhangxu-hvac@mail.tongji.edu.cn 230mm ，肋片厚度为12.7mm。相关材料的热物性参数值如表 1 所示。地板为架空层，并做 绝热处理，由于其蓄热性能差，不作为蓄热热阱。 表1 热阱材料热物理参数表 密度kg/m3 导热系数W/(m·K) 比热容J/(kg·K) 混凝土 2355.47 1.51 836 保温材料（XPS ） 45 0.03 1200 钢筋 7860 77.33 551.76 2. 2 室内热源分类及散热特性 主控制室事故工况下室内热源情况如表2 所示。由表2 可知，事故发生后的前2 个小 时，大量设备还在继续正常运行，在失去空调供冷的条件下，热源强度比较大。将表2 中的 各种热源分成以下四类：屏幕、人员、照明和控制，下面分别描述四类热源的散热量与散热 特征。 表2 主控制室热源强度 发热设备 数量 持续时间（h ） 合计（W ） 控制台 2 0~2 500 安全盘1 2 0~24 500 安全盘2