岭澳二期电气厂房冷冻水系统设计改进

赵振晖，彭春华，李海冰（中国核电工程有限公司，北京 100840）

岭澳二期电气厂房冷冻水系统设计改进

赵振晖，彭春华，李海冰
（中国核电工程有限公司，北京 100840）

电气厂房冷冻水系统（DEL）作为安全相关系统（DCS/DVC）的支持系统，若DEL系统丧失，将会导致DVC和DCS系统不可用，而DCS设备的不可用，将直接导致核电机组的安全操作不能正常进行，核电机组的安全状态不能监视，这样将会使整个电站处于非受控状态，更为严重的后果将是可能会因此而引发核安全事故。因此，DEL系统的丧失是不可接受的，DEL系统的可靠性将直接影响到DCS设备运行的安全性、可靠性以及主控室的可居留性。对DEL系统的设计优化以及消防改进，对DEL管道布置产生了巨大的影响。根据厂房的实际情况和厂房设计的通用原则，重新布置，新增了设备、管道、支架及其附件，同时进行力学计算，以确保系统的优化设计的实施。改进后的电气厂房冷冻水系统保证了正常运行、SSE、H1工况、LOCA工况期间及事故以后对相关通风系统的有效支持，进而为核电站的运行提供了可靠的安全保障。

核电站；电气厂房冷冻水系统（DEL）；DCS系统改进；优化设计

岭澳核电站二期是以岭澳核电站一期为参考电站，但仪表控制系统采用国际上成熟而又先进的分布式仪表控制系统（DCS）。更新的设备DCS系统机柜对于房间的环境要求不同于岭澳一期，环境温度和湿度要求更高[1]。为了保证DCS设备操作运行的安全性和可靠性，为机柜及工作站进行通风空调控制的主控制室空调系统（DVC）也相应地进行了改进。这些改进引起了为主控室通风系统（DVC）提供冷源的电气厂房冷冻水系统（DEL）的安全功能的改进。

文章阐述了岭澳二期DEL系统针对上述改进引起的布置上的变化。

1 DEL系统主要功能

DEL系统是一个封闭式的冷冻水回路[2]，其功能是将电气厂房的各通风系统（DVC系统、DVE系统、DVL系统）冷却盘管回收的热量，通过冷水机组传递给设备冷却水系统（RRI）。电气厂房冷冻水系统（DEL）是为电气厂房的下列通风系统的冷却盘管提供8 ℃的冷冻水。

DVC: 主控制室空调系统；

DVL：电气厂房主通风系统；

DVE：电缆层通风系统。

2 DCS改进引起电气厂房冷冻水系统DEL的系统改进

2.1 DCS改进引起DEL系统的升级要求

由于DCS的改进，DEL系统是安全相关系统（DCS/DVC）的支持系统，它间接的对核电厂的运行安全有重要贡献。为了满足安全功能要求，DEL系统被定义为RCCP-3级。

DEL系统的核安全分级可划分为两部分：与DVC主控制室空调系统相关的各部件均为RCCP-3级；与H1工况相关的设备、管线和附件以及与DVE通风系统、DVL通风系统相关的各部件均为非安全级。

DEL系统中的RCCP-3级设备包括：水冷式冷水机组（001/002GF）、冷冻水循环泵（001/002PO）、膨胀水箱（001BA）、与DVC系统相关部分的阀门和管道。其余部分为非安全级，但有抗震要求。

2.2 DEL系统流程的改变

由于DCS改进，控制机柜分成了A、B两个系列，岭澳一期原有的主控制室通风空调系统（DVC）在功能和负荷两方面均不能满足要求。经过改进,主控制室通风空调系统设置DVCI和DVCⅡ两套系统，分别对应A、B列。DVCI负责主控制室及部分DCS电气设备间空调通风；DVCⅡ负责其他部分DCS电气设备间空调通风。每套系统设备按照2×100%设置，互为冗余。

为DVC系统提供冷冻水的DEL系统相应增加了两套供水管路。

2.3 H1工况对DEL系统的设计影响

在RCC-P(1991版1995修订)的第4.5.4.2“丧失全部热阱”节中要求，在全部丧失热阱后维持机组处于安全状态1个月，以恢复最终热阱。在考虑到设备冷却水系统（RRI）的丧失（H1工况），将导致水冷式冷水机组不可用。因此DEL系统每个堆增加一台风冷式冷水机组和一台冷冻水循环泵。单独为主控制室空调系统（DVC）提供冷冻水，用以确保主控制室的DCS设备在事故情况下的正常运行。

由于H1工况为超设计基准事故，并根据单一故障准则，每台核电机组设置一台风冷式冷水机组和与之相应的一台冷冻水循环泵，无冗余设置，且为非安全级设备。

3 设计基准

DEL水冷式冷水机组和与之配套的冷冻水循环泵及相应的管道、阀门被设计成能够承受核电厂安全停堆地震（SSE）的影响，其设备设计符合可运行性准则（1A、1F）。

DEL冷冻水系统应在LOCA事故期间及事故以后继续运行。

如果丧失设备冷却水系统（H1工况），则水冷式冷水机组停运。同时，启动风冷式冷水机组（DEL003GF）和相应的冷冻水循环泵（DEL003PO）为DVC系统提供必要的冷冻水，从而保证主控制室和DCS机柜的正常云行。

当水冷式冷水机组故障且不能使用时，一台储存有冷冻水的储罐（DEL002BA）可向主控制室的冷却盘管DVC005RF（或DVC006RF）和DVC007RF（或DVC008RF，3号和4号核电机组），以及冷却盘管DVC051RF和DVC052RF（4号核电机组）短期内提供必要的循环冷冻水。

除风冷式冷水机组（DEL003GF）外，DEL系统的设备、阀门、管道等均安装在电气厂房的相关房间内。风冷式冷水机组被安装在核岛厂房附近的室外。

4 DCS改进引起电气厂房冷冻水系统DEL的布置改进

4.1 DEL系统主要设备的房间布置情况

DEL系统主要设备的房间布置情况见表1。

4.2 DEL系统的升级对布置的影响

由于DEL系统升级为核安全三级，为满足DEL系统的安全功能要求，对相应的管道、支吊架等进行了力学计算，布置方面根据力学计算的结果对管道及支架进行了调整。

4.3 DEL设备间（L201/L203）的布置变化

岭澳一期两台DEL水冷式冷水机组（DEL001GF/DEL002GF）放置于LX厂房±0.00 m的L201/L241房间，同时布置了两台冷冻水循环泵（DEL001PO,DEL002PO）。岭澳二期这个房间发生了很大的变化。

1）由于岭澳二期DEL冷水机组机房（L201/ L241）的消防改进方案的要求（A、B系列不能放在同一个防火分区），沿312/417轴线增加防火隔墙A13、A14/E36、E37，L201（L241）被隔离成两个安全防火分区。两台冷水机组分别放在独立的防火分区内，造成房间的设备管道和支架布置以及机组的维修空间的紧张。

2）岭澳二期的DEL水冷式冷水机组（DEL001GF/DEL002GF）安全等级为RCCP-3级，冷水机组机型改变，接管方式变化。冷冻水（DEL）接口由原来的侧进侧出改为两端进出,冷却水（RRI）接口由原来的四个接口改为两个，接口位置也发生了变化。导致与机组接口的DEL和RRI管道重新布置。

DEL水冷式冷水机组接管示意图如图1所示。

3）在H1工况下，每个堆DEL系统增设了一台风冷式冷水机组（DEL003GF）和一台冷冻水循环泵（DEL003PO）及部分管网。新增的冷冻水泵（DEL003PO）放在新划分的L203/L243房间里，距V7201/V8201墙930 mm的位置。新增的风冷式冷水机组（DEL003GF）放在厂房外部（详见第4.7节）。DEL003GF的进出口管道穿过V7201/V8201墙到达厂房外部，与布置在DX厂房外侧的DEL003GF连接。

表1 DEL系统主要设备的房间布置Table1 Layout of DEL equipment

图1 岭澳二期DEL水冷式冷水机组接管示意图Fig.1 Piping connect sketch map of DEL chilled water in Ling'ao phase 2

4）由于这个房间分为两个房间，通风系统（DVL）需要满足两个房间通风要求。原L201/ L241的表冷器DVL009RF仍留在L201/L241房间。同时在L203/L243房间增加通风管道，DEL系统为新增表冷器DVL011RF提供冷冻水，需要在313/416轴线附进增加一套DEL的进出水管道。

5）由于冷冻水储罐DEL002BA由+11.50 m的W501/L544房间移到-7.60 m的L002/ L034房间，与冷冻水储罐相连的进出水管道DEL023-6″和DEL005-6″经过L201/L241/ L243房间到L002/L034房间。

这些变化导致DEL系统制冷机房的空间局促，给设备检修，管道支架设计和人员通道等布置带来了很大的困难。

DEL设备间（L201/L203）的布置如图2所示。

4.4 通风设备间（W501/L544）的布置变化

由于DCS改进，控制机柜分成了A、B两个系列，岭澳一期原有的主控室通风空调系统（DVC）在功能和负荷两方面均不能满足要求。经过改进，主控制室通风空调系统设置DVCI和DVCⅡ两套系统，分别为A、B两个系列送风,每个系统设备按照2×100%设置，互为冗余。岭澳一期放置DVC相关设备的房间（W704/W744）,只能放置DVCI；而新增的DVCⅡ则放置在原来DEL002BA所在的W501（见图3）和L544房间。

图2 岭澳二期±0.00 m DEL设备间（L201/L203）三维立体图Fig.2 Three-dimensional map of ±0.00 m DEL equipment room（L201/L203）in Ling'ao phase 2

该房间岭澳一期布置了DEL001BA和DEL002BA两个罐子。由于新增的DVCⅡ的两台空调机组DVC003ZK和DVC004ZK的加入，原来空旷的房间变得狭小，只能将冷冻水储罐DEL002BA移到LX厂房-7.60 m的空房间（L002/L034）。

膨胀水箱DEL001BA是DEL系统的定压罐，它的作用是系统补水、膨胀及维持系统定压。另外它的容积只有0.4 m3,体积很小，不占地方，仍留在W501房间。

图3 岭澳二期+11.50 m平面W501房间三维立体图Fig.3 Three-dimensional map of +11.50 m room W501 in Ling'ao phase 2

DEL系统为新增的DVCⅡ的两台空调机组DVC003ZK和DVC004ZK的表冷器（DVC007RF/DVC008RF）提供冷冻水。由于新增的通风管道占据了房间的大部分顶部空间，对DEL管道上的支架生根造成了困难。

4.5 通风设备间（W704/W744）的布置变化

上节提到的主控制室通风空调系统DVCI系统，设置一用一备两台空气处理器机组DVC001ZK和DVC002ZK。放在原来的通风设备间（W704/L747）。

岭澳一期的1DVC001ZK和1DVC002ZK是沿着117轴线布置，但是由于岭澳二期空调机组体积增大，已经布置不下了。将原W704与W702房间隔墙打掉，重新调整房间。岭澳二期3DVC001ZK和3DVC002ZK沿着M轴线布置。由于空间的限制，3DVC001ZK和3DVC002ZK中间留有一定宽度的通道，上面做了一个整体的混凝土做的烟道，烟道底板距离风机顶部只有200 mm。这个通道是人员通道和设备检修通道。同时要布置给DVCI空气处理器机组的表冷器（3DVC005RF/3DVC006RF）提供冷冻水的DEL的管道。

为了不影响人员通道，DEL管道布置在混凝土风道的下面，支架只能生根在混凝土烟道的底板下。但是这个混凝土烟道的底板（h=200 mm）不能受力，给管道支架的生根造成困难。经与土建协商，将这段混凝土底板增厚（h=350 mm），再根据管道力学计算的结果埋上预埋板用于管道支架的生根。

+19.40 m平面W704房间布置如图4所示。

图4 岭澳二期+19.40 m平面W704房间三维立体图（立面）Fig.4 Three-dimensional map (section plane) of +19.40 m room W704 in Ling'ao phase 2

4号堆DVCI系统的两台空气处理器机组DVC001ZK/DVC002ZK分别放在+19.40 m的L747和W744两个房间，纵向布置，DEL管道从+0.00 m沿墙411轴线一直走到+19.40 m的L747房间给表冷器（4DVC005RF）提供冷冻水，再经过W745房间到W744房间给表冷器（4DVC006RF）提供冷冻水。管道支吊架基本上可以生根在V8726墙上。

+19.40 m平面L747/W744房间布置如图5所示。

图5 岭澳二期+19.40 m平面L747/W744房间三维立体图Fig.5 Three-dimensional map of +19.40 m room L747/W744 in Ling'ao phase 2

4.6 冷冻水储罐(DEL002BA)的重新布置

冷冻水储罐DEL002BA从W501和L544分别移到LX厂房-7.60 m的空房间（L002/L034）。由于位置变化，DEL002BA成为DEL系统最低点，系统泄水通过DEL002BA完成，但L002和L034房间设有潜污泵，排水不存在问题。L002和L034房间的空间也满足DEL002BA的空间要求，且在房间内地面上增加了围堰（围堰尺寸：5 700 mm×3 300 mm；宽：150 mm；高：800 mm），将储水罐破裂之后罐内的水挡在围堰之内，防止泄漏的水影响核电站的其他系统。

4.7 风冷式水冷机组（DEL003GF）的布置

在H1工况下，每个堆DEL系统增设了一台风冷式冷水机组（DEL003GF）和一台冷冻水循环泵（DEL003PO）及相应管网。风冷式水冷机组（DEL003GF）需要布置在室外。

首先考虑将风冷式机组放在DX厂房（即柴油机厂房）的屋面，但屋顶上有排烟的烟囱，在柴油机工作状态下，排出大量的热量和油污，这样造成风冷式机组运行工况非常恶劣。且在DX厂房屋顶上有柴油机房的通风口，尺寸16 000 mm×5 000 mm，高度为3.7 m。不能满足风机的布置空间的要求，另外通风口处出口热风温度为50 ℃，不利于风冷机组的运行。

经过到岭澳一期的现场考察，与中广核工程公司和大亚湾核电运营管理有限责任公司的相关技术人员讨论，决定将3号堆风冷机组布置在3DX厂房外侧地面上（±0.00 m），具体布置如图6所示。

图6 3DEL003GF的管道三维立体图Fig.6 Three-dimensional piping layout map of 3DEL003GF

根据现场情况，考虑到地面的设施（选址下方有两个井，所以需要搭建钢平台），4号堆风冷机组布置在4DX厂房外侧2 m标高的钢平台上，具体情况如图7所示。

图7 4DEL003GF的管道三维立体图Fig.7 Three-dimensional piping layout map of 4DEL003GF

5 结论

岭澳二期电气厂房冷冻水系统根据系统安全功能的要求并结合岭澳二期现场的实际情况所进行的改进项的设计，可以满足岭澳二期工程电气厂房冷冻水系统的设计要求。在改进项实施的过程中，根据现场实际情况合理的解决了布置过程中的困难，并对改进项进行了优化设计。改进后的电气厂房冷冻水系统保证了正常运行、SSE、H1工况、LOCA工况期间及事故以后对相关通风系统的有效支持，进而为核电站的运行提供了可靠的安全保障。

[1] 范新举.DCS系统在核电站中的应用[J].机电信息，2010,（24）：191-192.（FAN Xin-ju.The Application of DCS in nuclear power station[J]. Mechanical and Electrical Information，2010，(24):191-192.）

[2] 崔巍，刘占盛，王红燕. DEL水冷式冷水机组的研制 [J]. 机电产品开发与创新，2011，24（2）：71-73.（CUI Wei，LIU Zhan-Sheng，WANG Hong-Yan. Development of DEL Water-cooled Water Chillers[J]. Development & Innovation of Machinery & Electrical Products, 2011，24(2):71-73.）

Design Improvement of Electrical Building Chilled Water in Ling'ao Phase 2 Nuclear Power Station

ZHAO Zhen-hui，PENG Chun-hua，LI Hai-bing
(China Nuclear Power Engineering Co.,Ltd., Beijing 100840, China)

The electrical building chilled water system(DEL) is the support system of safetyrelated system(DCS/DVC). If DEL lose its function, the DCS and DVC will lose its function too, and it will result in nuclear power station safe operate can't be performed, and safety condition can't be monitored. So the nuclear power station is out of control, and maybe lead to accident. The loss of DEL is unacceptable. The reliability of DEL will influence safety and reliability of DCS equipment , and also influence residence of main control room. The design improvement and improvement of fire-fighting bring gigantic influence to piping layout of DEL. The added equipment, piping, supporting and attachment is arranged over again according the building condition and general design principle. For actualize the improvement, the system has calculated by mechanics. The ventilation system can be supported in normal、SSE、H1、LOCA and accident condition after the electrical building chilled water system is improved.

TL38 Article character: A Article ID: 1674-1617(2013)01-0035-06

TL38

A

1674-1617(2013)01-0035-06

2012-09-21

赵振晖（1970—），女，北京人，工程师，热能工程专业，从事核电厂设计工作。

Key words:nuclear power station；electrical building chilled water（DEL）；improvement of DCS；design improvement