中国散裂中子源通用设施给排水设计概述

李建俊

(广东省建筑设计研究院，广东广州 510010)

1 工程概况

中国散裂中子源(简称CSNS)是国家发改委立项的国家重大科技基础设施建设项目之一，是开展前沿学科及高新技术研究的先进大型实验平台(见图1)。CSNS用地位于广东省东莞市大朗镇水平村南，毗邻松山湖科技产业园区，用地总面积267 622 m2。园区主要分为三大功能区:综合配套区、CSNS主装置区和辅助设备区。给排水系统设计根据应用范围分为建安给排水系统和通用设施给排水系统:建安给排水系统主要是生活给排水及雨水排放系统的设计;通用设施给排水系统则是工艺循环水、纯水制备、低放废水及废气收集和排放系统的设计。

2 工艺循环冷却水系统

CSNS拥有很多电力电子设备，需要消耗大量的电能，这部分能耗最终都将转化为热量。水冷系统的功能就是吸收这些设备所产生的热量，同时也作为某些温度变化敏感部件的恒温调节手段，以保证CSNS设备的正常稳定运行。

图1 中国散裂中子源

除了满足工艺设备本身的水冷设计参数(流量、温度、压力、水质等)外，还需考虑下面的因素:降低某些用电设备的漏电流，即对水有一定的电绝缘要求;防止管道、阀门等腐蚀结垢和用水设备管路的堵塞;尽量减少水的感生活化，防止水中活化颗粒散发于大气中。基于以上因素及类似工程经验，水冷系统采用双循环冷却方式，即采用低电导率循环水作为传热介质与冷却对象直接接触，组成封闭式内循环回路(一次水)，带走这些设备的热功耗，并通过板式换热器将热量传递给外循环冷却水(二次水)，因温度精度要求较低，外循环回路采用冷水机组提供的冷水。最后，装置散发的热量经冷水机组的冷却水系统冷却塔散发于外界大气中。

一次冷水系统的功能是为直线加速器、同步加速器、靶站等发热设备提供冷却用水，系统总体布局将按照冷却对象的不同工艺要求(温度、压力、材质、水质等)、放射污染程度及地区分布，共设置18个独立子系统分散就近布置，设于所需用水点附近的设备间内。一次水回路为封闭式机械循环回路，由水泵、板式换热器、电加热器及调功器(恒温系统)、过滤器、离子交换柱、膨胀水箱、稳压装置、供回水干管及配水管，以及流量、温度、压力、液位、水质等监测仪表、相应的动力设施和控制系统等组成。在一次水回路设置旁流离子交换柱以维持一定的水质指标，部分水质要求较高的子系统，设有膜脱气装置。对于有放射污染的子系统则采用无泄漏的屏蔽泵。

一次冷水水质为去离子水，其水质指标如下:

电阻率:0.5 MΩ·cm～2 MΩ·cm(25℃)。

pH 值:6 ～7.5。

Fe3+，Fe2+:＜1 ppm。

Cu2+＜0.3 ppm。

一次水系统典型工艺原理见图2。

图2 一次水系统典型工艺原理图

二次冷水系统的功能是为一次冷水系统、通风空调系统提供冷源，系统设备集中布置，设于冷冻站。二次冷水系统的主要设备有:水冷冷水机组、水泵、过滤器、定压装置，其中水冷冷水机组由循环水冷却，主要设备为冷却塔、循环水泵。二次水对于末端用水设备较少的系统，管路设计采用异程循环设计;对于末端用水设备较多、传输距离较长的系统，管路尽量按同程循环设计。

各部分单体建筑二次水由冷冻站集中供水，通过室外冷冻水管网，经综合管沟敷设至各区设置的水冷泵房和各需直接采用冷冻水进行冷却的用水设备。二次水设计供水温度约14.5℃，回水温度约22.5℃，温差8℃左右。各单体建筑内二次水系统管路按照异程循环设计，各二次水支路末端设置静态平衡阀及动态压差平衡阀进行水力平衡。

CSNS主装置工艺设备一次水系统设计冷负荷约14 757.9 kW(其中:一次水工艺设备各系统总设计负荷13 037.7 kW;一次水系统水泵功耗955.2 kW;电加热器总设计功率为792.0 kW，取0.5的同时使用系数，负荷为396.0 kW)，二次水系统冷负荷约1 892.8 kW，总的工艺设备设计冷负荷为16 650.7 kW，总设计流量为 1 640.5 m3/h。

工艺设备冷冻水系统室外管网、入户装置及其附件由空调专业负责设计，接口至水冷泵房和单体建筑入口处，水冷泵房内部和单体建筑内的工艺设备管道则属给排水专业设计范围。

3 纯水制备系统

纯水制备的主要目的是提供工艺系统循环补充水(一次水补水)和其他实验用水。纯水制备设备集中设置在位于冷冻站的纯水制备间内。纯水制备间旁设置阴阳离子树脂再生装置及酸碱系统，安装空间相对隔离，同时在建筑外侧设埋地式中和池。纯水供水主干管沿室外综合管沟敷设，通过支管连接至各用水点。

纯水制备系统的工艺由预处理系统、反渗透系统(前级脱盐)、EDI系统及后处理系统共四部分组成，其中EDI系统具有降低能源消耗、出水水质稳定、运行费用低、操作管理方便及对环境无污染等优点。纯水制备系统设计制水量5 m3/h，出水DO含量小于20 ppb，其余指标符合国标GB/T 11446.1-1997规定的EW-Ⅰ级水质标准。

4 低放废水的收集及排放系统

CSNS工艺废水中包括普通废水和低放废水(带有低放射性的废水)两部分，其中普通工艺废水视水质情况直接排放或经处理后排放，低放废水需集中收集储存进行自然衰减，经检测后按国家相关标准规范要求排放。

根据CSNS主装置区低放废水排放点的分布共设置3个废水集中储存间:1)LRBT废水储存间:设置于LRBT隧道层，负责直线设备楼及隧道、LRBT设备楼及隧道带放废水的储存;2)RCS废水储存间:设置于RCS环设备楼十字管廊层，负责RCS设备楼及隧道、RTBT设备楼及隧道带放废水的储存;3)靶站废水储存间:设置于靶站地下室，与靶站系统的废水储存间合用，负责靶站谱仪低带放废水的储存。

5 自动控制及监测

CSNS工艺循环冷却水监控系统必须满足水冷工艺要求，能够长期连续稳定运行，有极高的可靠性和易维护性，具备在强电磁干扰和高辐照下的高精度测量控制，通体和分级监控管理的网络通讯能力以及系统的先进性和可扩展性，并与装置中央控制室联网。

根据水冷设备总体布置，工艺循环冷却水监控系统分为直线加速器、RCS环、冷冻站3个控制本地站。

水冷系统自控及监测的主要对象包括各水泵机组、流量调节阀、储水箱、储水罐、电加热器、低放废水集水井以及各管路系统。

6 结语

中国散裂中子源(CSNS)是国内在建和已建中最大的大科学装置，机电设备管线较多，工艺复杂，通用设施给排水设计目前只能参考北京正负电子对撞机和上海光源等早期建成的大科学装置，同时借鉴美国散裂中子源(SNS)和日本散裂中子源(J-PARC)的技术应用。在这里十分感谢中科院高能物理所各先进科技人员在技术方面提供的大力支持。

CSNS建成后将成为发展中国家拥有的第一座散裂中子源，同时也将跻身世界第四大脉冲散裂中子源，从而大幅提升我国生命、材料、纳米等学科前沿基础研究和高技术的水平，缩短与世界前沿技术的差距。

［1］中国散裂中子源(CSNS)总体布局及工艺要求［Z］.

［2］中国散裂中子源(CSNS)初步设计［Z］.2011.

［3］中国散裂中子源(CSNS)通用给排水施工图［Z］.2013.

［4］中国科学院高能物理所CSNS项目组.CSNS通用设施及环境保护方案简介［Z］.2009.

［5］武 一.中国大朗散裂中子源经济影响评估［Z］.2011.