压水堆安全保障水池全天候自动化池底清淤系统设计①

李福春 彭军 余峰 王小兵

摘   要：压水堆在国家新能源发展战略中拥有重要地位。安全保障水池作为压水堆重要的安全设施，承担着压水堆正常运行时的多项重要功能。厂外取水过程中大量的泥沙跟随河水进入安全水池，沉降的淤泥严重影响了对储水量的技术要求，对安全保障水池应急功能的正常使用带来了极大的隐患。同时，大量的泥沙进入系统后，对阀门、泵体、管道、设备等造成磨损，降低了设备的使用寿命。本研究主要解决了在安全保障水池正常使用过程中淤泥清除的问题。结合安全保障水池的技术文献及前期清淤工作经验，秉承绿色环保的理念，给出了设计原理及设计方案。本方案满足了不破坏安全水池物理结构、保证安全水池使用性能、自动化控制、长期水下作业、设备小型化、成本合理、便于市场推广等技术要求。该设计可推广到其他核电站、大型管道、水池等清淤领域，對水下清淤工作的研究提供了一定的参考价值。

关键词：全天候  水下清淤  压水堆  安全保障水池

中图分类号：S969                                    文献标识码：A                       文章编号：1674-098X（2019）05（b）-0052-03

安全保障水池作为压水堆重要的安全设施，承担了压水堆正常运行时的供水及水力缓冲功能、正常停堆和事故停堆后的冷却水源、全厂断电事故或厂外供水丧失事故下事故停堆的最终水源等重要功能。除以上运行及应急功能外，安全保障水池还具有以下安全功能：（1）正常停堆和事故停堆后的设备冷却水系统、余热排出系统、二回路系统提供设备冷却水源;（2）全厂断电事故或厂外取水丧失事故而导致事故停堆情况下的最终水源，维持相关的正常运行。根据《安全保障水池运行规程》及《安全保障水池功能定期试验规程》的相关规定，需要定期对安全水池进行清淤工作，以保证其稳定的使用性能。因此，加大对安全水池清淤系统的研究越发重要。

1  清淤技术现状

1.1 国内外清淤机研究现状

国内外对清淤机的研究主要为三种类型：水下清淤、半旱式清淤、旱式清淤。水下清淤是在不抽池塘水的情况下作业，特点是全年均可进行作业，不影响正常的生产工作，清淤成本低，消耗劳力少。旱式清淤、半旱式清淤方法均是把池塘水抽干，用高压水流将淤泥冲刷搅拌成泥浆状态，泥浆泵将淤泥抽送出池塘利用其他专用机械通过泥斗将淤泥送上堤坝。根据安全保障水池长期储水的特殊功能，本文主要对水下清淤及半旱式清淤进行研究比较，其主要类型及特点如表1所示[1-5]。

1.2 安全保障水池清淤现状分析

目前，安全保障水池清淤工作采用完全排尽安全保障水池水源——自然晾晒若干天——采用消防水车冲洗——人工铲除——再次注水的方式清淤。在反应堆正式安全运行期间，清淤过程中不宜采用目前排尽水源的方式进行清淤。目前的清淤方式还存在清淤周期长（10～20d）、耗费人力物力大、工作环境恶劣等缺陷。因此，调试及运行过程中如何在保证安全保障水池正常工况下清理出池底淤泥，成为一个重要的研究课题。安全保障水池三维简图及主要尺寸如图1所示。

1.3 现有技术不足分析

综合分析比较上述国内各种清淤工作的原理，虽然各具特色与优势，但也有些共同的问题：（1）现有清淤技术很难实现自动化控制，需要人工控制完成清淤工作;（2）现有清淤技术很难实现昼夜不间断的长期水下运行;（3）现有清淤技术很难实现在流水状态下的正常清淤;（4）目前70%的池塘清淤技术向旱式清淤方式发展，对水下清淤技术研究不足;（5）现有清淤技术成本较高，动辄几十万甚至更高，性价比不高[6];（6）价格相对较低的一般在水面上工作，不仅造成水体的二次污染，还无法将淤泥清洗干净，效率较低，清淤效果不理想;（7）现有清淤技术普遍要求在较宽的水域工作;（8）现有清淤设备体积普遍较大，操作笨重。

1.4 待研发的技术

结合安全保障水池具体特点，本设计欲实现以下创新性突破：（1）昼夜不间断运行;（2）清淤设备自动路径识别及自动工作控制[7];（3）水下密封防水运行;（4）不破坏现有安全保障水池设备及仪器的基础上完成清淤工作;（5）低成本批量生产;（6）设备具有较高的通用性及市场推广性。

2  现场技术特点

2.1 技术要求

安全保障水池属于非标件设计，其设计及使用均具有独特性，现有技术不能满足的工况需求主要有以下几点：（1）由于安全保障水池需长期清淤，需实现全天候长时间工作及自动化控制的要求;（2）安全保障水池需常年储水，不宜使用干式清淤技术;（3）安全保障水池水面被隔离墙划分为多个小单元，水面工作区域较小;（4）安全保障水池属于配套系统，对其研发、检修成本具有一定限制;安全保障水池的隔离墙孔洞均在液面以下，在穿越各个隔离墙时，不宜在水面工作;（5）安全保障水池隔离墙不宜进行破坏性动工，常用的管道安装技术无法引用到该设计;（6）安全保障水池处于厂区内部，不宜大型机械设备进入。

2.2 技术难点及解决方案

受安全保障水池安全性及工作特性要求，该设计主要存在的技术难点及相应的解决方案如表2所示。

3  设计原理说明

3.1 结构设计

该项目目前处于初期理论论证阶段，本文仅对工作原理进行说明介绍，清淤车组成及零件布置如图2～图6所示。

3.2 连接方式

本设计采用路径识别及远程遥控技术结合的方式实现小车全天候自行走的功用;综合考虑驱动性能及结构复杂度，采用四电机独立驱动的行走方式;增加四个配重块，以保证车体的稳定性及轮毂与地面的摩擦性能;采用两台大型淤泥泵进行淤泥抽吸，淤泥泵入口与车底盘的喇叭入口连接，出口与移动支排污管入口连接;移动支排污管出口通过增加锥形结构的导向结构及电磁铁结构与竖直支管连接;竖直支管与主管以普通快速接头的方式在安全水池顶部连接;主管铺设在安全水池顶部的人行走廊处;采用两台小型淤泥泵进行车体前端淤泥吹洗，该淤泥泵入口管设置在池水较清的水层，泵出口与吹洗管道法兰连接。

3.3 工作方式

该清淤系统具体的操作流程为：（1）清淤工作开始前，由工作人员在安全水池顶端的人行走廊处铺设主管道;（2）由工作人员铺设竖直支管，并利用快速接头实现竖直支管与主管道的连接;（3）路上检查清淤车的性能，工作人员以普通快速接头的方式连接清淤车与移动支排污管;（4）工作人员将清淤车沿安全水池内池壁放入安全水池内;（5）利用遥控的方式实现首次移动支排管尾端与竖直支管首端的结合;（6）清淤车在路径识别的控制下在第一个安全水池单元开始清淤工作;（7）第一个单元清淤工作结束后，断开电磁铁控制电源，清淤车进入第二个安全水池单元;（8）接通电磁铁控制电源，在路径识别的控制下移动支排管尾端与第二个竖直支管连接。（9）循环工作模式，直至清淤工作结束。

4  结语

本文创新性的设计了一款适合压水堆的安全保障水池清淤工作的清淤系统。该设计利用距离传感器及远程遥控控制技术，解决了清淤过程的自动化控制及全天候水下清淤的问题;通过独特的快速接头技术，解决了在不破坏安全水池内部结构的前提下将排污管合理布置的问题;采用通用淤泥泵等标准件，解决了成本控制的问题;采用清淤装置一体化的设计，解决了设备体积小型化的问题。该研究方案加工、生产、使用、维护成本不高，节能环保，对以后相关清淤设备的研究提供了一定的参考价值。

参考文献

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