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摘要：核电厂燃料厂房的燃料水池是燃料操作大厅最大的气载放射性来源。通过设置池面排风，优化燃料操作大厅的气流组织，抑制池面蒸发产生的气载放射性物质在燃料操作大厅的扩散，使操作人员所受到的辐照剂量合理可行尽量低，满足辐射防护最优化的要求。
关键词：燃料大厅；池面排风；气流组织
1.引言
核电厂燃料厂房燃料水池内贮存乏燃料，池面蒸发时会有大量的包含气载放射性物质的水蒸气进入操作大厅，对操作人员造成危害。从辐射防护分区上讲，燃料操作大厅被划分为绿区，根据EJ316/T-2001中对于绿区的要求，气载放射性浓度应不超过0.1DAC。某三代核电研发项目对气载放射性浓度与通风量之间的关系进行了实际计算评估，结果显示，只要操作大厅的通风量大于5000m3/h，即可以很好的满足规定中对操作大厅内气载放射性浓度的要求。现有的主要核电技术路线都是通过加大换气次数，提高通风系统的风量来达到这一要求的。
但是，现有的CPR1000、EPR、AP1000技术路线中，燃料操作大厅通风系统的送排风管都布置在大厅中上部，池面蒸发时产生的气载放射性物质在排向排风口的过程中，会经过操作人员（操作人员位置为燃料水池上方1.5m左右），并向整个燃料操作大厅扩散。如果能够优化燃料操作大厅的气流组织，使产生的气载放射性物质不向燃料操作大厅扩散，而是尽早的被排风带走，不经过操作人员，这样就更有利于对操作人员的防护。
此外，HAD102-15《核动力厂燃料装卸和贮存系统设计》5.2.6.5章节中规定：对于可能增加的放射性物质释放或可以产生悬浮颗粒的操作（例如在燃料再组装期间）应采取措施（例如，将通风系统和空调系统吸入口贴近池水表面）防止燃料水池表面气载放射性物质（包括卤素）的扩散。
鉴于上述情况和规定，本文拟把燃料操作大厅的排风设计成贴近池面排风的形式，以便满足最新的法规要求，同时更好的对运行人员进行辐射防护。
2.设计方案
燃料水池大厅通风方案设计如下：在燃料操作大厅中部设置送风管，在贴近池面的位置和操作大厅顶部分别设置排风管，并控制操作大厅上下部的排风分配，使得绝大部分操作大厅的排风都经由池面排风口排走，少部分从操作大厅上部的排风口排走。这样，操作大厅形成中送，上、下回的气流组织，使得水池池面产生的气载放射性物质尽可能的在扩散到人员操作区域前就被排风带走，减少操作人员受到的放射性剂量。池面排风方案布置示意图如下：
图1 燃料水池池面排风方案布置示意图
3.模拟分析
利用Airpark软件对设置燃料水池池面排风后的燃料操作大厅气流组织进行计算分析，以确定排风方案的效果。
3.1物理模型
燃料水池面积：121.2㎡
燃料操作大厅自由空间10541m3：（长29.6m，宽17.5m，高20.35m）
燃料水池池面温度：30/40/50℃
环境温度：30℃
送风量：20000m3/h（假定）
送风温度：20℃
送风口：共10个，风口尺寸400×300mm
池面排风口：共20个，风口尺寸400×200mm
顶部排风口：共6个，风口尺寸400×200mm
人员活动区域：池面上空1.5m
根据上述参数建立房间模型如下：
假定人员在距离水面1.5m高度区域活动，该高度风速云图、速度矢量图、高度方向剖面图见图3、4、5。
图5 1.5m高度风速剖面图
从图3、4、5可以看出，人员附近气流大部分呈向下流动趋势。
3.3小结
1）燃料水池不同温度条件下，池面上方风速变化不大，水池上方0.1m处，最大风速0.38m/s，平均风速0.064m/s（50℃）。
2）水池上方1.5m处人员工作区气流总体呈向下运动趋势，蒸发携带的气载放射性物质绝大部分未经过操作人员工作区而直接被下部排风口排走。
4.影响分析
池面排风方案有效限制了气载放射性物质向工作区的扩散，但由于风口贴近水池表面，提高了池面风速，增大水池蒸发量，会带来两方面的影响：
池面风速增加，可能引起水面波动，对换料操作产生影响；
1） 蒸发水量增加，可能对补水系统和空气调节系统产生影响；
2） 下面将对这两方面的影响逐一分析。
根据第3节的模拟计算结果显示，采用池面排风后，燃料水池上方0.1～0.2m处的平均风速0.1m/s，风速较小，不会引起水面波动，对换料操作无影响。
计算采用池面排风后的蒸发水量的变化。水池的蒸发水量可按如下公式进行计算[1]：
由计算结果可知，燃料水池水温在50℃时蒸发水量最大，采用池面排风方案后，蒸发水量增加5.26%（约15kg/h），该增加量在补水系统和空调系统可接受范围之内。
5.结论
通过上述的分析、计算，采用池面排风方案后，很好的满足法规的要求，同时将排风口设置在操作人员的下方，池面蒸发出的气载放射性物质绝大部分未经过人员就被排走，相比于上部排风方案，操作人员照射到的剂量更低，也限制了气载放射性物质向燃料操作大厅的扩散。
同时，池面排风会在燃料水池上方0.1～0.2m处产生0.1m/s的风速，蒸发水量增加约5.26%。经确认，增加的风速对换料操作无影响，增加的蒸发水量也在补水系统和空气调节系统的接受范围。因此，燃料操作大厅设置池面排风方案是合理可行的。
参考文献
[1]朱颖心.建筑环境学.中国建筑工业出版社，2005.07：66
论文作者:付玉
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年12期
论文发表时间:2019/10/9
标签：燃料论文; 操作论文; 水池论文; 大厅论文; 放射性论文; 排风论文; 风速论文; 《建筑学研究前沿》2019年12期论文;