某型四代核電站核島制冷站廠房布置設(shè)計(jì)

□趙自奕 劉 偉 王維謙

一、概述

此型核電站應(yīng)用的是第四代核電技術(shù)。其主要特點(diǎn)是在核電站運(yùn)行時(shí)，新產(chǎn)生的核燃料多于消耗的核燃料，實(shí)現(xiàn)燃料增值，節(jié)約能源。此型核電站對(duì)燃料的利用率高達(dá)60%～70%，這對(duì)充分利用我國(guó)的鈾資源，促進(jìn)核電持續(xù)發(fā)展，解決我國(guó)的后續(xù)能源供應(yīng)問(wèn)題具有重要意義。此型四代核電站與現(xiàn)有壓水堆核電站既有共同點(diǎn)又有不同點(diǎn)。共同點(diǎn)是廠房功能和類(lèi)型大致相同。不同之處是廠房布置結(jié)構(gòu)和反應(yīng)堆冷卻介質(zhì)不同。一般核電站所使用的冷卻介質(zhì)為輕水，而此型核電站所使用的冷卻介質(zhì)為液態(tài)金屬。現(xiàn)有壓水堆核電站無(wú)專(zhuān)門(mén)的“核島制冷站廠房”。其設(shè)備冷卻水、冷凍水均設(shè)置于核島主廠房之中，為有關(guān)用戶(hù)提供相應(yīng)冷源。但核島里面涉及的設(shè)備和管線繁多，將提供冷源系統(tǒng)設(shè)置于核島主廠房中會(huì)造成核島廠房面積增大，且冷源的獨(dú)立安全性存在隱患。因此將原有核島冷卻系統(tǒng)從核島主廠房中獨(dú)立出來(lái)，單獨(dú)設(shè)立核島制冷站(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“Z廠房”)。Z廠房位于核島主廠房的西南側(cè)，其所提供的冷卻水和冷凍水通過(guò)廠區(qū)抗震管溝與綜合管溝，分別從核島蒸汽發(fā)生器廠房和1號(hào)電氣廠房(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“E1廠房”)將相關(guān)水源送至核島，供有關(guān)用戶(hù)使用。廠房大致分布情況見(jiàn)圖1。

二、核島制冷站廠房的主要功能

Z廠房的主要功能是向核島主廠房的通風(fēng)設(shè)備與散熱設(shè)備提供冷凍水和設(shè)備冷卻水。為滿(mǎn)足上述功能的需要Z廠房?jī)?nèi)設(shè)置4個(gè)主工藝系統(tǒng)以及7個(gè)輔助系統(tǒng)。4個(gè)主工藝系統(tǒng)分別為：重要用戶(hù)冷凍水供應(yīng)系統(tǒng)(QM)、非重要用戶(hù)冷凍水供應(yīng)系統(tǒng)(QL)、設(shè)備冷卻水系統(tǒng)(KA)、重要廠用水系統(tǒng)(PA)。為保證上述主工藝系統(tǒng)的正常運(yùn)行，配置的7個(gè)輔助系統(tǒng)分別為：核島滅火系統(tǒng)(SG)、除鹽水分配系統(tǒng)(GH)、消防水疏水匯集與清除系統(tǒng)(GM)、公用壓縮空氣分配系統(tǒng)(QE)、核島加藥(磷酸三鈉)系統(tǒng)(LD)、生活飲用水分配系統(tǒng)(GK)、儀用壓縮空氣分配系統(tǒng)(QF)。

三、核島制冷站廠房工藝系統(tǒng)設(shè)備及管道布置方案

(一)Z廠房整體結(jié)構(gòu)。Z廠房占地面積為1,575平米，26米高。共設(shè)有五層，其中地下一層，地上四層。各層主要房間情況如表1所示。

表1 各層主要房間分布情況

(二)Z廠房設(shè)備就位情況。Z廠房中目前共有重要工藝設(shè)備34臺(tái)，分別布置于各層各個(gè)房間中，具體設(shè)備所在房間如表2所示。

表2 設(shè)備所在房間分布情況

(三)Z廠房工藝管道布置設(shè)計(jì)。

1.-1層管道布置設(shè)計(jì)。Z廠房-1層主要布置進(jìn)出廠房的管線。分別與UP廊道(重要廠用水廊道)、UY廊道(綜合廊道)、UB廊道(抗震廊道)、電纜溝相連接。

PA系統(tǒng)管道通過(guò)UP溝道將海水送入Z廠房，使海水通過(guò)換熱器與KA系統(tǒng)進(jìn)行換熱。QM和KA系統(tǒng)管道通過(guò)UB溝道將重要冷凍水與設(shè)備冷凍水送入核島廠房，SG系統(tǒng)的消防水通過(guò)此廊道為Z廠房提供消防水。QL系統(tǒng)管道通過(guò)UY廊道將輔助冷凍水送入核島廠房，GH、QE、LD、GK、QF系統(tǒng)管道通過(guò)此溝道進(jìn)入Z廠房。Z廠房的供電電纜是通過(guò)電纜溝進(jìn)入Z廠房進(jìn)行供電。

2.+1層管道布置設(shè)計(jì)。Z廠房+1層主要布置有與KA系統(tǒng)設(shè)冷水板換相連接的PA和KA管道，與QM系統(tǒng)冷凍機(jī)組相連接的QM和KA系統(tǒng)管道。

3.+2層管道布置設(shè)計(jì)。Z廠房+2層主要布置有與KA設(shè)冷水泵連接的KA管道。與QL冷凍機(jī)組連接的QL管道。

4.+3層管道布置設(shè)計(jì)。Z廠房+3層主要布置有與QM系統(tǒng)膨脹水箱相連接的QM、GH和LD管道，與QL分集水器、QL冷凍水循環(huán)泵、QL冷卻水循環(huán)泵相連接的QL管道。此層中Z16 103至105房間中的QL管道布置密集大口徑管道居多。

5.+4層管道布置設(shè)計(jì)。Z廠房+4層主要布置有與QL系統(tǒng)冷卻塔相連接的QL管道，與11Z21101至11Z21103房間中通風(fēng)機(jī)組相連接的QM管道。

6.各層均有布置的系統(tǒng)管道。SG系統(tǒng)管道、GM系統(tǒng)管道、QE系統(tǒng)管道、GK系統(tǒng)管道、QF系統(tǒng)管道，在Z廠房中各層均有布置。SG系統(tǒng)為Z廠房提供消防用水，正在每層都設(shè)有多個(gè)消防栓。GM系統(tǒng)在每層的各個(gè)房間均設(shè)置有消防疏水地漏并配有相應(yīng)的疏水管道，這些地漏均用于安排出個(gè)房間內(nèi)的地面積水。QE系統(tǒng)在每層的需供氣房間均設(shè)置有公用壓縮空氣供氣點(diǎn)，用于管道和維修的吹掃使用。GK系統(tǒng)為Z廠房中的洗眼器和清洗點(diǎn)提供用水。QF系統(tǒng)為Z廠房?jī)?nèi)管路和設(shè)備上的儀表提供用氣。

四、Z廠房工藝系統(tǒng)管道和設(shè)備在布置過(guò)程中遇到的問(wèn)題及解決方案

在Z廠房整體占地面積和房間結(jié)構(gòu)確定后，上游專(zhuān)業(yè)的用冷量增加了近3倍。這直接導(dǎo)致了原有房間中的設(shè)備體積增大。這些增大體積的設(shè)備主要有KA系統(tǒng)中的板式換熱器和設(shè)備冷卻水水泵、QM系統(tǒng)中的冷凍機(jī)組和冷凍水泵、QL系統(tǒng)中的冷凍機(jī)組和冷凍水泵。這些設(shè)備相對(duì)于原有體積平均增加了1.5至2倍。這樣的結(jié)果直接導(dǎo)致了廠房中管道布置和設(shè)備就位不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求?？刹捎靡韵路椒▉?lái)解決上面出現(xiàn)的問(wèn)題。

圖2 共用與非共用維修空間布置方案對(duì)比

(一)設(shè)備共用運(yùn)行維修空間。在Z廠房中每一種設(shè)備都有檢修與維修空間要求。這些空間極大占用了寶貴的管道和支架的布置設(shè)計(jì)空間，通過(guò)共用檢修與維修空間的方法能夠充分利用有限的房間面積，并將更多的空間留給管道和支架的布置，具體的做法詳見(jiàn)圖2。從圖2陰影面積可以看出通過(guò)共用空間的方法，可以有效減少一倍以上的占地面積，使現(xiàn)有的管道布置設(shè)計(jì)更加的緊湊，在一定程度上也能減少管道的布置長(zhǎng)度和使用支吊架的數(shù)量，縮減工程的造價(jià)。

圖3 操作、檢維修與通行共用空間

(二)設(shè)備檢修與維修空間借用通行空間。有些設(shè)備的操作空間和維修空間并不是一直需要被使用，只有在人員操作時(shí)才會(huì)被使用。這種情況可以將設(shè)備所需的操作與檢維修空間和人員平時(shí)通行空間合并。這樣可以給予設(shè)備連接的管道提供更大的直管段空間，用于布置限流孔板和測(cè)量裝置，這些對(duì)于管道支管道長(zhǎng)度有一定要求的設(shè)備。具體的做法詳見(jiàn)圖3。

五、結(jié)語(yǔ)

Z廠房目前是國(guó)內(nèi)此型四代核電站獨(dú)有的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。它將原本分散布置于核島廠房?jī)?nèi)提供冷源的系統(tǒng)全部匯總于一個(gè)獨(dú)立的廠房?jī)?nèi)。這種方式可以有效縮小核島廠房體積，同時(shí)可以將所用的冷源系統(tǒng)集中布置后實(shí)現(xiàn)緊湊化布置，提高廠房利用率節(jié)省施工建造費(fèi)用。這種獨(dú)立的集中緊湊布置可以提高核島冷源的可靠性，便于日常的運(yùn)行管理。