核電站溝道設計問題分析與改進建議

文／唐丹 中核集團三門核電有限公司 浙江三門 317112

1、引言

管線是構成核電站水、電、氣完整系統的重要組成部分，部分管線根據運行環境或檢修需求敷設在溝道內。這些溝道根據工藝和電氣系統接口位置的不同，通常會分布在電廠的各個區域。

與管線布置原則類似，溝道的布置也應滿足短捷、順直，適當集中的原則，有利于減少廠區室外用地。溝道埋深和寬度與管線的管內介質、布置要求和施工維修需求密切相關，核電站的溝道設計還需要考慮其特殊要求，如穿越實物保護圍欄需要加設紅外探測系統及格柵探測系統；溝道內部分系統管線和閥門定期檢查和試驗時需要頻繁開啟溝道蓋板；廠區GIS 設備對沉降較為敏感溝道需要采用樁基等。

核電站溝道設計的合理性直接影響電廠生產運行期間使用和維護的便利性，另外從提高溝道使用壽命、降低建造/維護成本和工業安全的角度考慮，溝道蓋板還應結合溝道內介質特性、室內外環境和所處功能區域等情況選擇合理的承載能力，并選用合理的材質。

2、三門核電一期工程溝道設計情況

三門核電一期工程溝道主要分布在主廠區、廢水處理車間、循環水泵房和化水區域，另外還有穿越廠區范圍較廣的輔助蒸汽溝道、220kV 電纜溝和500kV GIL 溝道。廠區溝道以地表溝為主，溝道蓋板主要采用混凝土蓋板，蓋板的寬度50cm 左右，其長度、厚度和配筋與溝道寬度和承載能力相關。化水和廢水處理車間等部分內部有腐蝕性液體的溝道采用玻璃鋼蓋板，室內電纜溝等少部分溝道采用花紋鋼蓋板，具體如下：

（1）主廠區室外溝道：主要是電纜溝和除鹽水管線，寬度0.4m-0.8m,采用混凝土蓋板。

（2）輔助蒸汽溝道：分為過道路段和非過道路段，寬度為0.7m、1.4m,采用混凝土蓋板。

（3）廢水處理車間區域：包括廢水管線、電纜溝和酸堿加藥管溝等，寬度在1.0m 左右，室外為混凝土蓋板、酸堿加藥管溝采用玻璃鋼蓋板，室內電纜溝采用花紋鋼蓋板。

（4）循環水泵房/加氯車間區域：包括加氯管線、排水溝和電纜溝，寬度0.8m-1.9m，排水溝采用玻璃鋼鋼板、電纜溝采用花紋鋼蓋板，其他溝道為混凝土蓋板。

（5）開關站區域：主要是電纜溝，寬度為1.3m，采用混凝土蓋板。

（6）化水區域：主要是水系統相關的管溝，寬度不等，主要采用混凝土蓋板、室內少量采用玻璃鋼格柵/蓋板。

（7）三廢區域溝道：主要是化學廢液管線和電纜溝，均采用混凝土蓋板。

（8）220kV 電纜溝：寬度為1.3m，地表充沙溝，采用混凝土蓋板。

（9）500kV GIL 溝道：采用樁基基礎，寬度為3.5m，采用混凝土蓋板。

3、溝道蓋板材質對比分析

核電站溝道蓋板常用的主要有混凝土蓋板、花紋鋼蓋板和玻璃鋼蓋板等幾種。不同材質蓋板的優缺點和對比情況如下：

（1）混凝土蓋板

混凝土溝蓋板優點是：剛度大，承載能力高；適應室外環境，耐腐蝕，使用壽命長；材料簡單，預制方便，價格低廉。缺點是厚度較厚、重量大，安裝和開啟較困難。

（2）花紋鋼蓋板

花紋鋼蓋板一般采用碳鋼制作，其優點是強度高、厚度薄，重量相對較輕。缺點是在鹽霧環境下容易腐蝕；剛度低，易變形。通常較少采用不銹鋼蓋板，因為需要定制，且不銹鋼蓋板相對于普通鋼蓋板材料成本增加3～5 倍。

（3）玻璃鋼蓋板

玻璃纖維增強塑料俗稱“玻璃鋼”，是以合成樹脂為基體材料、以玻璃纖維及其制品為增強材料，通過一定的成型工藝制成的聚合物復合材料。玻璃纖維是玻璃鋼中的主要承力組分，玻璃鋼的力學性能在很大程度上取決于玻璃纖維增強材料的性能、含量和使用狀態。玻璃鋼質輕高強且耐腐蝕，密度只有碳鋼的1/4～1/5，抗拉強度略低于碳鋼的強度，具有非常優越的耐酸、耐堿、耐有機溶劑的性能。

但玻璃鋼也存在明顯的局限性：1）易老化，耐久性差，使用壽命短。玻璃鋼材料在日光和空氣的作用下容易發生老化，出現表面失去光澤,樹脂與玻璃纖維剝離,機械強度下降等問題，限制了在戶外的應用。通常玻璃鋼材料的使用壽命為15～20年，且不同廠家玻璃鋼的耐久性差別較大；2）剛性不足。樹脂材料本身是低彈性材料，在相同的荷載下，玻璃鋼的變形性更大。

表1 溝道蓋板優缺點對比

核電站一般位于沿海地區，長期處于鹽霧腐蝕環境下，室外溝道采用花紋鋼蓋板容易發生腐蝕，進而增加維護成本和工業安全隱患。玻璃鋼蓋板質輕高強，是一種較優質的材料，但根據某核電站玻璃鋼格柵蓋板破裂導致人員墜落事件的經驗反饋，以及三門核電室外玻璃鋼蓋板實際使用情況來看，多處玻璃鋼蓋板出現了微裂紋和變色的情況。因此，玻璃鋼蓋板在室外環境下容易老化，影響使用壽命。

因此，考慮核電站位于沿海環境，且運行壽命長達60年，建議廠區室外溝道以混凝土蓋板為主，在條件允許且滿足功能要求的區域（如室內），采用玻璃鋼蓋板或鋼蓋板。

4、三門核電溝道設計問題與經驗反饋

三門核電一期工程建設期間和投運后，發現部分區域的溝道設計存在混凝土溝道蓋板較重開啟困難、拆卸工作量大，以及溝道蓋板承載能力不足等問題，對生產運行的使用和維護帶來不便。主要問題如下：

4.1 溝道設計考慮不完善，導致運行使用不便

變壓器區域220kV 電纜溝內較低的區域原設計考慮溝道內積水通過地滲的方式，實際運行發現溝道的密封效果不佳，大量雨水進入溝道后無法通過滲入地下的方式排出，導致電纜溝內存在積水。后續機組220kV 電纜溝設計增加了排水措施，將積水接入就近的雨水井。

輔助蒸汽管溝和RO 濃水管溝道采用聚脲防腐涂料，運行階段多次發現溝道內聚脲出現破損、脫落的問題，且聚脲施工工藝和施工條件要求高，修補難度大。經過評估，后續機組將取消輔助蒸汽管溝內的聚脲防腐涂料，同時RO 濃水管溝的聚脲防腐改為環氧涂料。

化水區域室外溝道內的工藝管道設計尺寸為DN400，管溝的設計寬度為800mm，由于溝道過窄，導致溝道內管道的出口閥門和膨脹節法蘭連接處檢修空間不足。后續機組工程設計時將考慮設備檢維修空間，局部增加溝道寬度。

500kV GIL 溝道埋深較深，在后續道路照明施工過程中發現有許多需要穿過500kV GIL 溝道的路燈線，而溝道側壁未預留相應的電氣預埋管，不得不采用在溝道側壁打孔埋管和下穿溝道敷設的方式。

500kV GIL 溝道內設計有SF6 壓力表，生產人員需要定期進入溝道內進行巡檢，但由于溝道入口采用混凝土蓋板，巡檢人員無法直接開啟，每次均需要通過吊車或搭設腳手架用手拉葫蘆才能將蓋板打開，導致人員巡檢困難，后續機組考慮將人孔蓋板改為輕質材料。

循環水泵房內設備檢修等工作時，需要將大量工器具和必要的材料運輸至廠房內循環水泵坑附近，但運輸路徑上的室內電纜溝采用花紋鋼蓋板，承載力不足，無法滿足車輛通行需求，一期工程在花紋鋼蓋板上部增加混凝土承重蓋板。后續機組將根據一期工程經驗反饋，將其中5～6m寬度范圍的花紋鋼蓋板改為過道路混凝土蓋板，頂標高與地面平齊，同時不設置凸出蓋板的吊耳，便于車輛通行和材料轉運。

4.2 廠房室外溝道蓋板較重，開啟困難

除鹽水廠房西南側室外至酸堿間的溝道寬度為1.8m，混凝土蓋板設計承載為10kN/m2。生產人員需要經常開啟蓋板檢查溝道內管道是否存在滲漏和查看閥門狀態等。由于蓋板較重，兩人配合也無法直接將蓋板抬起打開，且溝道區域沒有設計吊車可駛入的道路。

循環水泵房室外加氯管線溝道蓋板也存在開啟困難的問題，該溝道位于循環水泵房檢修場地北側，溝道寬1.3m，選用過道路溝道混凝土蓋板，蓋板厚度達20cm。經核實，檢修場地的空間滿足要求，該區域所選溝道蓋板的承載能力過高，后續機組可改為按照10kN/m2承載能力設計，混凝土蓋板厚度可降至8cm，能夠大幅降低蓋板重量。

一期工程地震監測系統自由場探頭豎井，設計的混凝土井蓋厚度近20cm，無法用人力挪動，給調試工作以及后續的預防性維修、故障排查以及地震后的數據采集帶來了較大不便，每次試驗都需要提前申請吊車配合，對進度安排以及費用有較大的影響。經討論，后續機組的豎井井蓋將采用輕量化設計。

4.3 廠區室外溝道蓋板金屬邊框和擱置角鋼等鐵件銹蝕問題

生產人員在巡檢時發現一期工程500kV GIL 表面出現銹跡，主要溝道蓋板金屬邊框發生腐蝕，并隨雨水經蓋板間空隙滴落至GIL 設備表面所致。該溝道寬3.5m，選用混凝土蓋板，設計時考慮為避免吊裝和運輸過程中板角碰壞，在四周設計Q235B 的扁鋼框。雖然金屬邊框涂刷防腐油漆，且蓋板之間用水泥砂漿勾縫封堵，但由于蓋板磕碰和安裝平整度等原因，蓋板仍出現邊框腐蝕和封堵滲水的問題。一期工程對GIL 管溝蓋板縫隙進行了密封處理，并增加GIL 管溝通風口，改善溝道內部環境。

另外，在廢水處理車間區域也發現了溝道蓋板金屬邊框銹蝕的問題，影響現場整體感觀。循環水泵房室外溝道內擱置蓋板用的槽鋼發生銹蝕情況。鑒于碳鋼材料在室外環境下容易生銹腐蝕，蓋板支撐角鋼銹蝕后強度降低，存在人員踩踏后塌陷的安全風險。后續機組將支撐蓋板的角鋼改為不銹鋼或鋼筋混凝土梁。混凝土蓋板碳鋼包邊銹蝕后，影響現場整體感觀，經分析該區域蓋板開啟頻率較低，因此后續機組取消了混凝土蓋板的金屬包邊，腐蝕情況見圖1。

圖1 廠區溝道相關鐵件銹蝕情況

4.4 廠區混凝土溝道蓋板吊耳設計問題

廠區溝道蓋板吊耳在使用過程中存在一些問題：1）部分蓋板吊耳凸出地面，存在人員絆倒風險；2）部分吊耳位于蓋板凹槽內，若凹槽不采用砂漿封堵，則下雨后積水淹沒吊耳容易發生腐蝕；若用砂漿填實，每次蓋板開啟均需要鑿除和回填砂漿，較為麻煩。

經過討論，按照標準圖集《地溝及蓋板》做法，吊耳凸出蓋板50mm，同時運行期間將蓋板吊耳納入防腐工作范圍，定期檢查吊耳狀態并涂刷警示色油漆，避免銹蝕和提醒人員注意。設計改進前后溝道蓋板吊耳的設計詳圖見圖2。

圖2 溝道蓋板吊耳做法

5、核電站溝道設計優化和改進建議

溝道的設計本身并不困難，但對于系統管線復雜、檢維修要求高的核電站來說，充分考慮使用需求顯得尤為重要，因此在設計階段收集參考電站設計存在的不足和問題，做好經驗反饋，才能提高后續核電機組溝道的設計質量。

在設計階段充分考慮使用需求，能夠提高后續施工和運行的便利性，也有利于降低生產運行成本。通過對三門核電一期工程溝道相關設計問題的梳理和分析，為后續核電機組設計提供如下優化思路和改進建議：

（1）埋深較深的溝道設計時應與埋地管線統籌考慮平面設計和豎向設計，避免沖突，重點關注對重力流管線的影響。對于可能存在積水的溝道，底部應設置一定坡度用于收集雨水，并排入附近的雨水井，若溝道底標高較低，可考慮設置集水坑通過水泵將積水排出。

（2）溝道布置對廠區道路運輸較大，設計時應充分考慮電站運行階段的設備檢維修運輸路徑，按相應的承載能力開展溝道結構設計，并選取合適的蓋板。溝道標高也應提前考慮，特別是廠房室外坡道區域與廠區道路交叉位置等，應保證標高的匹配性。

（3）溝道設計還應考慮運行階段檢維修的需求，溝道寬度結合人員巡檢和設備檢修需求確定，溝道人孔選擇輕質蓋板便于人員開啟，取消溝道內不必要的防腐涂層或采用環氧類涂料便于維護。

（4）溝道蓋板和支撐結構應結合所處環境和使用壽命情況合理選擇，核電站位于海邊鹽霧腐蝕環境，室外溝道盡量采用混凝土蓋板，對于開啟不頻繁的蓋板，可以考慮不設置金屬包邊，擱置蓋板的短梁也應采用鋼筋混凝土梁。

（5）對于蓋板重量較重、無法通過人力開啟的溝道區域，應在規劃合適的道路或場地空間，便于吊車等起重設施的到達和操作蓋板，提高工作效率。對于用綁帶吊運開啟的溝道蓋板，可以取消吊耳設計。

（6）輔助蒸汽管溝等與后續工程共用或連通的溝道還應做好預留接口設計和臨時封堵，預留接口位置建議在圍欄外側一定距離，避免溝道后續施工開挖對前期工程已建的圍欄基礎等設施造成影響。