某核燃料后處理廠共去污及钚線建筑設計優化★

李鑫 陳勇 秦永泉

(中國核電工程有限公司，北京 100840)

0 引言

開展任何規模核燃料后處理廠房建筑設計前，首先需根據后處理工程任務，進行總體規劃，某核燃料后處理廠經總體規劃后將工程建筑物分為五部分:主廠區、三廢區、公用區、廠前區和廠外區。主廠區包括乏燃料接收與貯存設施、首端處理設施、共去污分離設施、钚凈化及钚產品貯存設施、鈾凈化及鈾產品貯存設施、分析中心、中央控制室、高放廢液玻璃固化設施、排風塔等建筑物。共去污分離設施主要任務是:接收首端處理設施已調好的1AF料液，通過鈾、钚的共去污，實現鈾、钚與裂片元素的初步分離，再將鈾钚進行分離，鈾钚分離后，含鈾的1CU送鈾凈化及鈾產品貯存設施，含钚的1BP送钚凈化及钚產品貯存設施，本設施產生的高放廢液送高放廢液玻璃固化設施進行玻璃固化。钚凈化及钚產品貯存設施主要任務是:將共去污分離設施送來的1BP溶液進行純化、濃縮和草酸钚轉化，最終生成二氧化钚產品，并進行貯存。

根據共去污分離和钚凈化及钚產品貯存部分工藝任務、工藝流程和廠房布置與維修原則開展了廠房建筑設計，本文提出了共去污分離和钚凈化及钚產品貯存部分合并前后兩個建筑設計方案以優化設計，本文重點介紹這兩個建筑設計方案及其比較。

1 廠房建筑布置與維修原則

根據各建筑物任務、工藝流程以及設計參考標準確定后處理廠主工藝廠房建筑布置和維修采用以下原則:

縱深防御多層屏障原則;動態封閉與靜態封閉相結合;分區布置原則;建筑物按工藝過程分塊布置原則;合理組織通風氣流，保持四區之間的負壓梯度，防止污染擴散;人流、物流分開，合理走向，避免交叉污染;以人為本，操作維修方便;采用“最少維修”和“混合維修”。

2 建筑設計方案比較

2.1 設計方案一

共去污分離、钚凈化和钚產品貯存按三個獨立設施考慮，共去污分離設施作為一個子項(車間)管理(子項代號A子項)，考慮到钚凈化和钚產品貯存人流物流聯系頻繁，將钚凈化設施和钚產品貯存設施共同納入一個子項(車間)并進行管理(子項代號B子項)。

針對A和B兩個單獨子項，根據工程設計經驗，開展了多方案設計比較，形成了各自的最優建筑設計方案，下文將闡述A和B子項最優的建筑設計方案。

2.1.1 A 子項

A子項廠房建筑為框(排)架剪力墻結構，地上3層，地下2層，由共去污分離循環、高放廢液處理、高放廢液暫存、酸回收和尾氣處理等系統用房、輔助工種用房及服務系統用房等部分組成，該廠房建筑按照三排設備室平行并列布置，廠房建筑布置相關數據見表1。

2.1.2 B 子項

钚凈化及钚產品貯存設施建筑物包括钚線主工藝廠房(钚凈化和钚尾端)(B/1廠房)和钚產品貯存區(B/2廠房)，在B/1廠房和A子項合并前后B/2廠房布置不變，只將B/2廠房代號更換為A/2，因此在本章節只闡述B/1廠房建筑基本布置情況。

B/1廠房建筑為框(排)架剪力墻結構，地上4層、地下2層。B/1廠房建筑由钚尾端和钚凈化系統用房、輔助工種用房及服務系統用房等部分組成，钚尾端兩條生產線按照兩排熱室“面對面”布置，钚凈化循環系統按照兩排設備室平行并列布置，廠房建筑布置相關數據見表1。

表1 A子項和B/1廠房合并前后數據比較

2.2 設計方案二

由于A子項和B子項處理對象都涉及含钚的高放料液，這種料液具有高放射性、高毒性等特性，因此對建筑物的屏蔽要求和密封要求都很高，均需至少按照四區布置，工藝過程需要采取遠距離操作，盡量采用免維修設備及儀表，采用混合維修方式進行維修(盡量采用遠距離維修和間接維修)。而且兩個子項的處理對象特征決定了這兩個建筑物均需按照放化安全1級以及抗震Ⅰ類進行設計。此外，兩個子項都采用了脈沖萃取柱作為萃取設備，采用空氣提升進行高中放射性料液的輸送，脈沖萃取柱和空氣提升對空間要求較大，需采用高設備室布置方案。兩個子項各自的溶劑回收、尾氣處理系統、蒸汽復用、冷卻水等系統可以統一考慮，服務系統和輔助工種用房也可以合并設計。另外，在B子項中，由于钚尾端熱室操作區(綠區)和檢修區(橙區)存在高α污染風險，因此這兩個區不能與钚凈化設備室檢修區和取樣廊等其他橙區和綠區房間直接相通，需要采取設置兩個安裝檢修廳及兩套通排風系統等措施，浪費較大。因此，本文認為需要進行A和B子項合并前后建筑設計方案的比較，以優化設計。

合并總體思路為:

B子項中的钚凈化廠房(B/1)與A子項合并，按照一個建筑物進行設計，成為新A子項的A/1廠房，钚產品庫(B/2)為完全獨立的建筑物，合并后廠房建筑布置方案不變，作為新A子項的A/2廠房(以下章節對钚產品庫不做闡述)。

通過多方案比較，形成了合并后A/1廠房最優建筑設計方案，下文將按照這個最優建筑設計方案進行闡述。

A/1廠房建筑仍然按照框(排)架剪力墻結構設計，地上5層，地下2層。廠房由钚尾端、共去污、钚凈化、高放廢液處理、酸回收、高放廢液貯存和尾氣處理等工藝系統用房、輔助工種用房及服務系統用房等部分組成，根據钚尾端和高放廢液貯存的特點，將钚尾端系統和高放廢液貯存系統布置在相對比較獨立的兩個建筑物中，這兩個建筑物的大部分輔助工種用房及工藝服務用房與主建筑物公用;钚尾端熱室檢修區(橙區)和熱室操作間(綠區)不與主建筑物橙區和綠區直接相通，均設置過渡間進行過渡，而且钚尾端設置獨立的紅區、橙區和綠區排風系統，而钚凈化系統完全融于主建筑物，與共去污系統共享服務和輔助系統，適當減少了浪費，優化了設計。整個建筑群人員公用一個白區和綠區出入口，人員通過這兩個出入口與其他子項聯系。主建筑物按照典型的“H形”設備室布置方式布置。

2.3 建筑設計方案比較

2.3.1 數據比較及經濟性分析

對A子項和B/1廠房合并前后建筑設計方案的廠房占地面積、建筑面積、通風體積、設備與閥門數量、人員編制等方面進行比較，比較結果見表1。

由表1可知，A子項和B/1廠房合并后總建筑面積將減少約14 740 m2，建筑工程費用按照6 000元/m2計算，僅此一項節省投資約8 844萬元。由于吊車、貨運電梯、貯槽、泵、檢修容器等常用工藝設備及閥門、管件等的減少將大大節約投資，并考慮通風、電器、儀控、給排水、通信和劑量檢測等相關工種設備減少量，預計合并后設備費節省約2 000萬元，預計安裝工程費用和設備運雜費可節省約600萬元。不考慮征地費、前期工作咨詢費、建設單位管理費、工程設計費、工程監理費等其他費用減少量，預計靜態總投資將節省1億元以上。

紅區、橙區和綠區通風換氣次數均按5次/h計，通風量減少300 000 m3/h，風機(L=60 000 m3/h，37 kW)將減少 5 臺，每年節約用電162萬度;橙區和綠區面積減少13 960 m2(紅區和白區房間照明用電很少，不予考慮)，照明用電按照8 W/m2考慮，照明時長按照12 h/d計算，每年節約用電49萬度;各工種用泵將減少20臺以上，按照每天工作4 h計算，每年將節約用電4.8萬度;僅考慮以上節省，每年節約用電210萬度以上，運行費用每年節省150萬元以上。另外，由于人員編制的減少也節約了運行成本。因此，預計每年節省的運行費用將超過500萬元。

橙區和紅區設備的減少將使得放射性固體廢物年產生量減少(僅通排風過濾器的減少將每年減少3.5 m3固體廢物)，橙區面積的減少使得特下水的量也有所減少，這些減少量使得廢物處置費用相應降低。

2.3.2 建筑設計方案優缺點比較

A子項和B/1廠房合并前，廠房任務相對單一，建筑物內管理相對方便，單個廠房面積相對較小，結構相對簡單，施工難度相對小，通風體積大小和工藝系統規模較小，房間內大氣及工藝尾氣負壓調節相對方便。A子項和B/1廠房之間存在人流物流接口，接口管理不便，合并后可以減少接口。

合并后由于廠房占地面積和總建筑面積相對A子項或B/1廠房單個建筑物而言較大，結構相對較復雜，施工難度較大，尤其是伸縮縫的處理存在一定難度，但是仍然是可施工可解決的，可以在伸縮縫處預留管道及設備安裝洞，待建筑物沉降比較穩定后安裝設備及管道。合并后建筑物管理、建筑物通風和工藝尾氣負壓調節、消防等難度加大，可以通過加強聯系、強化人員培訓、重視管理、設置兩套建筑物通風和工藝尾氣系統、嚴格按照標準要求設置自動消防報警與噴淋系統以及設置消防通道等措施予以解決。

3 結語

通過共去污和钚線主工藝廠房建筑合并前后建筑設計方案的比較，可知合并前后的建筑設計方案是安全可靠的，滿足工藝要求。雖然合并后存在一些不足，但是這些不足是可以通過工程措施和管理措施彌補的，而且合并后的設計方案總占地面積和建筑面積大量減少;減少了很多重復性房間、設備和工作崗位，運行操作控制及維修更加方便;減少了高放廢液輸送距離，提高了建筑物的安全性;在確保安全和完成任務的前提下降低了大量的靜態投資和運行成本。總之，合并后的建筑設計方案具有相對優勢。建議在某后處理廠工程設計中，將共去污和钚線主工藝廠房合并成一個建筑物以優化設計。