某型四代核电站核岛制冷站厂房布置设计

□赵自奕 刘 伟 王维谦

一、概述

此型核电站应用的是第四代核电技术。其主要特点是在核电站运行时，新产生的核燃料多于消耗的核燃料，实现燃料增值，节约能源。此型核电站对燃料的利用率高达60%～70%，这对充分利用我国的铀资源，促进核电持续发展，解决我国的后续能源供应问题具有重要意义。此型四代核电站与现有压水堆核电站既有共同点又有不同点。共同点是厂房功能和类型大致相同。不同之处是厂房布置结构和反应堆冷却介质不同。一般核电站所使用的冷却介质为轻水，而此型核电站所使用的冷却介质为液态金属。现有压水堆核电站无专门的“核岛制冷站厂房”。其设备冷却水、冷冻水均设置于核岛主厂房之中，为有关用户提供相应冷源。但核岛里面涉及的设备和管线繁多，将提供冷源系统设置于核岛主厂房中会造成核岛厂房面积增大，且冷源的独立安全性存在隐患。因此将原有核岛冷却系统从核岛主厂房中独立出来，单独设立核岛制冷站(以下简称“Z厂房”)。Z厂房位于核岛主厂房的西南侧，其所提供的冷却水和冷冻水通过厂区抗震管沟与综合管沟，分别从核岛蒸汽发生器厂房和1号电气厂房(以下简称“E1厂房”)将相关水源送至核岛，供有关用户使用。厂房大致分布情况见图1。

二、核岛制冷站厂房的主要功能

Z厂房的主要功能是向核岛主厂房的通风设备与散热设备提供冷冻水和设备冷却水。为满足上述功能的需要Z厂房内设置4个主工艺系统以及7个辅助系统。4个主工艺系统分别为：重要用户冷冻水供应系统(QM)、非重要用户冷冻水供应系统(QL)、设备冷却水系统(KA)、重要厂用水系统(PA)。为保证上述主工艺系统的正常运行，配置的7个辅助系统分别为：核岛灭火系统(SG)、除盐水分配系统(GH)、消防水疏水汇集与清除系统(GM)、公用压缩空气分配系统(QE)、核岛加药(磷酸三钠)系统(LD)、生活饮用水分配系统(GK)、仪用压缩空气分配系统(QF)。

三、核岛制冷站厂房工艺系统设备及管道布置方案

(一)Z厂房整体结构。Z厂房占地面积为1,575平米，26米高。共设有五层，其中地下一层，地上四层。各层主要房间情况如表1所示。

表1 各层主要房间分布情况

(二)Z厂房设备就位情况。Z厂房中目前共有重要工艺设备34台，分别布置于各层各个房间中，具体设备所在房间如表2所示。

表2 设备所在房间分布情况

(三)Z厂房工艺管道布置设计。

1.-1层管道布置设计。Z厂房-1层主要布置进出厂房的管线。分别与UP廊道(重要厂用水廊道)、UY廊道(综合廊道)、UB廊道(抗震廊道)、电缆沟相连接。

PA系统管道通过UP沟道将海水送入Z厂房，使海水通过换热器与KA系统进行换热。QM和KA系统管道通过UB沟道将重要冷冻水与设备冷冻水送入核岛厂房，SG系统的消防水通过此廊道为Z厂房提供消防水。QL系统管道通过UY廊道将辅助冷冻水送入核岛厂房，GH、QE、LD、GK、QF系统管道通过此沟道进入Z厂房。Z厂房的供电电缆是通过电缆沟进入Z厂房进行供电。

2.+1层管道布置设计。Z厂房+1层主要布置有与KA系统设冷水板换相连接的PA和KA管道，与QM系统冷冻机组相连接的QM和KA系统管道。

3.+2层管道布置设计。Z厂房+2层主要布置有与KA设冷水泵连接的KA管道。与QL冷冻机组连接的QL管道。

4.+3层管道布置设计。Z厂房+3层主要布置有与QM系统膨胀水箱相连接的QM、GH和LD管道，与QL分集水器、QL冷冻水循环泵、QL冷却水循环泵相连接的QL管道。此层中Z16 103至105房间中的QL管道布置密集大口径管道居多。

5.+4层管道布置设计。Z厂房+4层主要布置有与QL系统冷却塔相连接的QL管道，与11Z21101至11Z21103房间中通风机组相连接的QM管道。

6.各层均有布置的系统管道。SG系统管道、GM系统管道、QE系统管道、GK系统管道、QF系统管道，在Z厂房中各层均有布置。SG系统为Z厂房提供消防用水，正在每层都设有多个消防栓。GM系统在每层的各个房间均设置有消防疏水地漏并配有相应的疏水管道，这些地漏均用于安排出个房间内的地面积水。QE系统在每层的需供气房间均设置有公用压缩空气供气点，用于管道和维修的吹扫使用。GK系统为Z厂房中的洗眼器和清洗点提供用水。QF系统为Z厂房内管路和设备上的仪表提供用气。

四、Z厂房工艺系统管道和设备在布置过程中遇到的问题及解决方案

在Z厂房整体占地面积和房间结构确定后，上游专业的用冷量增加了近3倍。这直接导致了原有房间中的设备体积增大。这些增大体积的设备主要有KA系统中的板式换热器和设备冷却水水泵、QM系统中的冷冻机组和冷冻水泵、QL系统中的冷冻机组和冷冻水泵。这些设备相对于原有体积平均增加了1.5至2倍。这样的结果直接导致了厂房中管道布置和设备就位不能满足设计要求。可采用以下方法来解决上面出现的问题。

图2 共用与非共用维修空间布置方案对比

(一)设备共用运行维修空间。在Z厂房中每一种设备都有检修与维修空间要求。这些空间极大占用了宝贵的管道和支架的布置设计空间，通过共用检修与维修空间的方法能够充分利用有限的房间面积，并将更多的空间留给管道和支架的布置，具体的做法详见图2。从图2阴影面积可以看出通过共用空间的方法，可以有效减少一倍以上的占地面积，使现有的管道布置设计更加的紧凑，在一定程度上也能减少管道的布置长度和使用支吊架的数量，缩减工程的造价。

图3 操作、检维修与通行共用空间

(二)设备检修与维修空间借用通行空间。有些设备的操作空间和维修空间并不是一直需要被使用，只有在人员操作时才会被使用。这种情况可以将设备所需的操作与检维修空间和人员平时通行空间合并。这样可以给予设备连接的管道提供更大的直管段空间，用于布置限流孔板和测量装置，这些对于管道支管道长度有一定要求的设备。具体的做法详见图3。

五、结语

Z厂房目前是国内此型四代核电站独有的创新设计。它将原本分散布置于核岛厂房内提供冷源的系统全部汇总于一个独立的厂房内。这种方式可以有效缩小核岛厂房体积，同时可以将所用的冷源系统集中布置后实现紧凑化布置，提高厂房利用率节省施工建造费用。这种独立的集中紧凑布置可以提高核岛冷源的可靠性，便于日常的运行管理。