核電站輔助給水系統M27分區工藝布置設計

蘇應斌　王帥　赫榮輝　唐涌濤　黃偉

【摘 要】本文針對參考電站ASG系統汽輪機廠房8M27區域設備管道布置較為混亂，人員操作、檢修可達性差等問題，在寧德核電一期等項目設計過程中，依據相關布置原則，基于PDMS三維平臺，對M27分區設備和管道工藝布置進行全新設計，并運用專業軟件對工藝管道進行力學評價。新布置方案已成功應用于已經商運的寧德、陽江等核電工程中。

【關鍵詞】輔助給水系統；9ASG；工藝布置

0 概述

輔助給水系統（ASG）屬于專設安全設施之一，其安全作用是在主給水系統的任何一個環節發生故障時，作為應急手段向蒸汽發生器二次側供水。它由兩大部分組成：分屬各個機組的部分（1ASG和2ASG）和兩個機組共用的部分（9ASG），其中9ASG部分設備管道布置于常規島汽輪機廠房（MX）中主蒸汽防甩擊鋼結構所在的M27分區。

在寧德核電一期工程ASG系統工藝布置設計中，參考電站8M27區域8ASG設備管道布置較為混亂，人員操作、檢修可達性差，此外，土建鋼結構設計方對M27分區所在的主蒸汽防甩擊鋼結構進行了較大設計修改，基于上述原因，需對本工程9ASG設備和管道工藝布置進行全新設計。

1 工藝流程簡介[1]

ASG系統中兩個機組共用的設備（9ASG）是一套除氧裝置，包括1臺除氧器（001DZ），兩臺循環泵（005PO和006PO），1臺再生熱交換器（001EX），加熱用蒸汽冷凝水貯存罐（002BA）及冷卻器（001RF）。

工藝流程如圖1所示，兩臺100%流量的除氧給水泵分別由兩臺機組360V交流應急電源系統供電，正常情況下一臺工作，另一臺備用。由常規島除鹽水分配系統（SER）或核島除鹽水分配系統（SED）來的除鹽水，通過再生熱交換器（001EX）初步加熱后進入除氧器（001DZ）內進行除氧處理，分別供給ASG和REA水箱。除氧器內的水由循環泵抽出經160VD分配，在001EX冷卻后供給1ASG001BA、2ASG001BA或REA水箱，或者回除氧器循環加熱、除氧。ASG001BA的水也可由循環泵006PO驅動，通過165VD、166VD、153VD和001EX，進入除氧器進行再處理。

圖1 9ASG部分工藝流程圖

2 布置設計

2.1 參考電站布置存在的問題

在參考電站布置中，將主要設備兩臺循環泵（005PO、006PO）、再生熱交換器（001EX）布置在了0.000m設備管道布置區域的中心，導致后期在設備周邊布置儀表和管線后，設備操作和檢修通道不通暢。此外，部分閥門操作、檢修可達性差，如166VD、153VD布置在于2.4m標高處，164VD、167VD、172VD、173VD等閥門過于靠近防甩擊鋼結構立柱和斜梁，造成人員操作、檢修可達性差。此外，部分管道未考慮分層布置，支吊架結構復雜，同時后期安裝公司負責的儀表管布置占用了預留空間，造成原本狹窄的人員通道更不通暢。

2.2 布置原則

在設備（泵和閥門）的布置應滿足通用要求（如應充分滿足泵的有效凈正吸入壓頭）的基礎上，應依據MX廠房空間規劃，充分考慮設備、管道和閥門的安裝、在役檢查和維修、設備拆除等方面的可達性和可操作性空間要求。具體按如下布置要求（不局限于下述要求，僅舉例說明）進行布置：

（1）除氧器安裝高度和下水管管徑的選擇及布置應進行計算，以滿足給水泵（或前置泵）所需汽蝕余量的要求；

（2）設備管道布置應結合汽輪機廠房設備及建筑情況進行，設備方位和管道走向宜與廠房軸線一致；

（3）水平管道交叉較多的位置，宜按管道的走向劃定縱橫走向的標高范圍，將管道分層布置；

（4）管道與墻、梁、柱及設備之間的凈空距離要合理，便于保溫、檢修；

（5）布置于地面上的管道與地面之間的凈空距離，應符合有關規定；

（6）管道的布置，應保證支吊架的生根結構、拉桿與管子保溫層不致相碰。

2.3 設備管道布置

根據常規島總體規劃，9ASG系統設備和管道布置在1MX廠房西南角的M27區域（東、西方向位于2/A軸與5.1/A軸范圍內，南、北方向位于2/1軸和1/3軸范圍內），該區域位于主蒸汽防甩擊鋼結構范圍內，鋼結構共有三層，標高分別為+6.200m、+11.200m和+16.170m。

本項目基于PDMS三維平臺進行布置，首先依據外部接口提資建立了MX廠房主蒸汽防甩擊鋼結構三維模型。在此基礎上，重新對設備和管道進行合理規劃和布置，以消除參考電站布置中存在的問題。

為實現系統功能，并考慮設備吊裝、檢修可達性、系統接口位置盡量集中等因素，將主要設備按如下方式布置：除氧器（001DZ）為立式筒體設備，為便于安裝和支承，將其布置于+11.200m平臺上，設備兩側支耳分別固定于兩側鋼梁上。將該設備布置于高位，可充分滿足循環泵的有效凈正吸入壓頭。依據工藝流程，將冷凝水貯存罐（002BA）布置于+6.200m平臺上。此外，將兩臺循環泵（005PO和006PO），再生熱交換器（001EX），冷卻器（001RF）布置于±0.000m地面。

以±0.000m層設備和管道布置為例，主要設備布置于4.2/A軸與3.1/A軸之間靠近西側（不同設備間留出約2.5m寬的檢修空間），東側留出約2.5m寬的通道，將相關管道、閥門集中有序布置于1.2/A軸與3.1/A軸之間，同時將所有與外單位管道接口位置集中布置于該區域南側。通過全新規劃，為設備、管道、閥門的操作、檢修提供了充足空間，如圖2。

2.4 管道支吊架三維輔助設計

在三維平臺中進行了9M27區域所有管道支吊架的三維模型搭建（如圖3），此項工作與管道力學評價并行，并同時進行三維碰撞檢查，確保各物項之間互不干涉。相比之前純二維制圖，該方法有效地提高了圖紙質量，在現場安裝過程中，設計變更和現場澄清數量得到了很好地控制。

圖3 管道支吊架三維模型

3 應力分析

3.1 管道應力評定準則和材料性能

該區域管道符合ASME B31.1動力管道規范適用范圍，因此該區域管道按照ASME B31.1-2004進行應力分析評定。

（1）管道元件一次應力（由持續載荷引起的應力）需滿足方程104.8.1（11B）的要求。

（2）管道元件二次應力（熱膨脹應力范圍）需滿足方程104.8.3（13B）的要求。

（3）管道材料性力學能取自ASME B31.1-2004，強制性附錄A。

各符號含義見ASME B31.1-2004。

3.2 分析方法和結果

管道分析采用TRIFLEX V3.3.1專業應力分析軟件，該軟件由美國AAA-PSI公司在1971年推出，廣泛應用于化工、石油、電力等行業。以設備管嘴和與外部接口單位（廣東電力研究設計院）管道接口為分析解耦邊界，本區域管道通過6個管道分析模型完成應力分析計算。通過分析與布置工作相互反饋，最終使管道一次應力和二次應力計算值均在許用范圍內，各設備接管嘴承受的最大推力和推力矩均在允許值范圍內，部分分析結果見表1和表2。

4 小結

針對參考電站布置存在設備檢修可達性較差，人員通道不通暢等問題，加之本項目主蒸汽防甩擊鋼結構相比參考電站進行了重新設計，在寧德核電一期工程設計中，對9ASG系統設備和管道進行全新布置。

新布置基于PDMS三維平臺進行，在充分理解工藝流程和相關布置原則的基礎上，對設備和管道布置進行了合理的規劃，同時運用專業軟件對布置方案進行了力學評價，以滿足力學要求。

新布置方案消除了參考電站布置存在的問題，目前已成功應用于寧德、陽江等核電工程中。

【參考文獻】

[1]蘇林森，楊輝玉，等.900MW壓水堆核電站系統與設備[M].北京：原子能出版社，2005，3：182-184.

[責任編輯：楊玉潔]