核電廠生產(chǎn)區(qū)室外管溝平面布置經(jīng)濟性提升研究

王 威 張 凡 吳德成

中國核電工程有限公司 北京 100840

1 前言

核電廠生產(chǎn)區(qū)（控制區(qū)圍欄內(nèi)）總平面布置需要綜合考慮工藝流程、室外管線（管溝）的布置、交通運輸關(guān)系以及施工期間對平面布置的特殊要求等[1]，總平面布置優(yōu)化就是同時降低各因素對平面布置的影響，提高電廠各項技術(shù)經(jīng)濟指標的過程。

本文以華龍一號為例，將生產(chǎn)區(qū)室外管線、管溝布置作為總平面布置優(yōu)化的切入點，通過建構(gòu)筑物及功能分區(qū)的布置優(yōu)化從根本上解決管線、管溝布置不合理的問題。通過管線布置優(yōu)化研究，以期提高華龍后續(xù)機組廠區(qū)平面布置經(jīng)濟性。

2 核電廠室外管溝優(yōu)化布置

2.1 合理規(guī)劃管溝、管線路徑，減少敷設(shè)長度

核電廠室外主要溝道主要有重要廠用水進水管溝（GA溝）、綜合廊道（GB溝）、廢液排放管溝（GC溝）、循環(huán)水進水管溝（GD1溝）、循環(huán)水排水管溝（GD2溝）、重要廠用水排水管溝（GS溝）、500KV電纜廊道（DG溝）以及220KV電纜溝（GJ溝）等。

2.1.1 循環(huán)水進、排水管溝布置

以華龍一號為例，根據(jù)GA溝、GS溝、GD1溝、GD2溝的工藝聯(lián)系，與其布置相關(guān)的功能分區(qū)為主廠房區(qū)、循環(huán)水設(shè)施區(qū)及廢水及污水處理設(shè)施區(qū)。

（1）聯(lián)合泵房（PX）布置于常規(guī)島一側(cè)時

當PX布置于常規(guī)島一側(cè)時（如圖1所示，兩臺機組核島中心間距X≥190m），經(jīng)分析可知當A點與F點水平距離Y為112.3m～X-59.1m時，GA溝與GD溝水平總長度介于一個較小的范圍內(nèi)，GA溝與GD溝的土建造價較小。

圖1 聯(lián)合泵房位于常規(guī)島一側(cè)時

（2）PX泵房位于核島一側(cè)時

當PX泵房位于核島一側(cè)時（如圖2所示，兩臺機組核島中心間距X（190≤X≤225m）），經(jīng)分析可知當A點與F點水平距離Y為104m～127m附近時，GA溝與GD溝水平總長度介于一個較小的范圍內(nèi)，GA溝與GD溝的總長度較小。

圖2 聯(lián)合泵房位于核島一側(cè)時

由于核島及常規(guī)島冷卻水需排入虹吸井（CC井），當CC井位于兩臺機組排水點B點至C點之間范圍時，廠內(nèi)排水管線最為短捷。

2.1.2 綜合管廊（GB溝）布置

綜合管廊作為聯(lián)系全廠的主要管溝，涉及了生產(chǎn)區(qū)內(nèi)的各功能分區(qū)，其中主要是主廠房區(qū)與輔助生產(chǎn)設(shè)施區(qū)。

除鹽水廠房主要通過GB溝為核島、常規(guī)島、制氯站、附加電源柴油機發(fā)電機廠房等提供除鹽水，因此宜將除鹽水廠房靠近上述子項進行布置，以減少室外管線連接長度；

200KV開關(guān)站引接的外部電源經(jīng)輔助變壓器區(qū)域及6.6KV配電間(JX)降壓后通過GB溝輸送至核島，應(yīng)急柴油機房(DY)產(chǎn)生的電源作為廠區(qū)附加電源，必要時也需通過GB溝接入核島；

空氣壓縮機房（ZC）產(chǎn)生的壓縮氣體經(jīng)核島及常規(guī)島處理后供全廠BOP子項使用；

制氫站(ZB)主要為主廠房服務(wù)，但由于其具有防爆要求，因此應(yīng)在滿足與周圍建、構(gòu)筑物安全距離的前提盡量使管線短捷順暢。

2.1.3 放射性廢液排放管溝（GC）布置

與放射性廢液排放管溝（各子項至物排放廠房段為GC1溝，排放廠房至虹吸井段為GC2溝）相關(guān)的功能分區(qū)主要為主廠房區(qū)、放射性輔助生產(chǎn)設(shè)施區(qū)及廢水及污水處理設(shè)施區(qū)。

由于GC1溝有抗震要求，因此應(yīng)將放射性輔助生產(chǎn)設(shè)施區(qū)各子項盡量靠近核輔助廠房及核島/常規(guī)島液態(tài)流出物排放廠房（QA、QB），放射性機修及去污車間（AC）、特種汽車庫、放射性固體廢物處理廠房及暫存庫（QS、QT）、廠區(qū)實驗樓（AC）等進行組團式布置。

當放射性輔助生產(chǎn)設(shè)施區(qū)內(nèi)各子項為兩臺機組共用時，放射性機修及去污廠房、廠區(qū)實驗樓、以及虹吸井應(yīng)盡量布置于兩臺機組核輔助廠房之間的區(qū)域范圍內(nèi)，以減少放射性廢液管溝和重要廠用水排水管溝的連接長度。

2.1.4 500KV(DG溝)以及220KV（GJ溝）布置

與DG溝、GJ溝室外布置涉及的功能分區(qū)主要是主廠房區(qū)以及配電裝置區(qū)。為保證電力出線管廊的短捷順暢，應(yīng)盡量將開關(guān)站布置于兩臺機組主變區(qū)域中心。

當配電裝置區(qū)與循環(huán)水設(shè)施區(qū)均布置于常規(guī)島一側(cè)，且均布置于兩臺機組主變之間時，電纜溝與循環(huán)水給管溝均能達到最為短捷。參照已有核電項目，當兩臺機組核島間距為210m時，配電裝置區(qū)與循環(huán)水設(shè)施區(qū)均能處于最合理的平面位置。

2.2 主要管溝每延米造價

根據(jù)核電項目工程經(jīng)驗，核電廠主要管溝每延米造價如表1所示。

表1 核電項目主要管溝單位造價一欄表

根據(jù)上表可知，在核電項目室外管溝中DG溝以及GA、GD溝造價較高，在總平面規(guī)劃過程中要合理布置聯(lián)合泵房及500KV開關(guān)站與主廠房的相對位置關(guān)系。

2.3 各主要管溝對地基的要求

室外主要管溝功能等級及抗震類別如表2所示。

表2 核電項目室外主要管溝功能等級及抗震類別一覽表

對于具有安全等級及抗震要求的管溝，在總平面規(guī)劃時應(yīng)考慮布置在地基條件好的基巖區(qū)域，以減少地基處理費用。對于其他無安全功能也無抗震要求的廊道，在實際工程項目施工時為避免管溝的不均勻沉降引起的廊道內(nèi)管道損壞，一般也需要對管溝地基進行處理[2]。

3 基于室外管溝最優(yōu)化的廠區(qū)總平面布置方案

3.1 布置方案規(guī)劃條件

廠址總體規(guī)劃及總平面布置條件中最基礎(chǔ)的工藝條件是循環(huán)水進排水以及電力進出線相關(guān)工藝流程[3]，根據(jù)核電廠取排水方向與電力進出線方向，可分為以下四種規(guī)劃條件：

（1）取水方向與電力輸出方向相同，與排水方向不同；

（2）取水方向與排水方向相同，與電力輸出方向不同；

（3）排水方向與電力輸出方向相同，與取水方向不同；

（4）取、排水方向以及電力輸出方向均相同。

根據(jù)四種不同的功能分區(qū)布置形式，可得出四種相對較優(yōu)的廠區(qū)平面布置方案，詳見圖3～圖6。四種規(guī)劃方案均能使生產(chǎn)聯(lián)系密切的子項集中布置，室外管線布置不交叉、不迂回，極大的縮短了工藝管線、管溝的敷設(shè)長度。

圖3 廠區(qū)布置方案一（對應(yīng)規(guī)劃條件1）

圖4 廠區(qū)布置方案二（對應(yīng)規(guī)劃條件2）

圖5 廠區(qū)布置方案三（對應(yīng)規(guī)劃條件3）

圖6 廠區(qū)布置方案四（對應(yīng)規(guī)劃條件4）

3.2 各平面布置方案管溝長度及用地面積比較

各方案主要管溝長度及造價比較表詳見表3。

表3 各方案主要管溝造價一欄表

通過表3可知：

（1）管線長度

取水泵房位于核島一側(cè)時重要廠用水進水管溝長度比位于常規(guī)島一側(cè)時有所減少（500m左右），但也會使循環(huán)水進水管溝長度增加（300m左右）；

CC井位于核島一側(cè)或常規(guī)島一側(cè)時對循環(huán)水排水管溝的長度影響較小，但對重要廠用水排水管溝長度有較大影響，位于常規(guī)島一側(cè)時增長了重要廠用水排水管溝的敷設(shè)長度（約1900m左右），同時還會增加放射性廢液排放管溝的敷設(shè)長度；

放射性輔助生產(chǎn)區(qū)集中布置于核島一側(cè)可有效控制放射性廢液排放管溝的長度，在理想條件下方案一是較為合理的布置形式；

開關(guān)站布置于兩臺機組主變之間時500kV電纜溝的敷設(shè)長度是最為經(jīng)濟的。

（2）管線造價

由于四種方案均采用了理想狀態(tài)下的總平面布置，室外管線也較為短接順暢，整體來看四種方案的室外管線造價基本相當。在實際工程中，需要結(jié)合室外布置方案的地基條件及其處理費用等因素進行綜合經(jīng)濟比較。

4 結(jié)論

核電廠室外主要管線布置是一項綜合性工作，需結(jié)合工藝流程、工程費用以及現(xiàn)場施工條件等多方面因素綜合確定。目前核電項目工程造價偏高，提高核電項目經(jīng)濟性應(yīng)作為一項重要工作進行精細化管理，在后續(xù)核電機組前期總平面規(guī)劃專題工作中需進一步加強室外管線布置經(jīng)濟性的研究工作。