辅助蒸汽生产系统移动式模块单元的创新设计

□杜 广 许克凤 纪立军

一、辅助蒸汽生产系统容量的选型分析

锅炉台数和容量的选择需遵循的原则，即当其中一台锅炉因故停用，其余锅炉的总容量应能满足以下工况的要求：维持工艺所需要的最小汽量；各工况蒸汽用户使用量(见表1)；各用户的辅助蒸汽用量需求。

通过辅助蒸汽用户在各个工况下的用气量分析，一台机组冷启，一台机组冷停工况需要的用气量最大，所需蒸汽量为93.24t/h。在此工况下，考虑用户不同时用汽，可以错峰使用，但必须保证主给水除氧器(35t/h)、汽机轴封系统(24t/h)、辅助给水系统除氧器(4.3t/h×2=8.6)以及热水生产分配系统(5t/h)，同时在机组停机过程中核岛三废处理用汽为间断性用汽，通过对运行电厂的调研，三废系统的实际用量只有4.5t/h。辅助蒸汽系统的管网损失10%，电锅炉的实际使用效率99.5%，蒸汽用户的用汽总量约为85.3t/h。锅炉净容量需选用2×45t/h的锅炉。

由于核电机组的冷启具有可操控性，锅炉容量的计算可不考虑一台机组冷启一台机组冷停同时发生的工况，现只需考虑首台机组启动时各用户蒸汽的需求量，首台机组启动时核岛三废处理系统不用汽，辅助给水汽动泵调试不同时使用蒸汽，辅助蒸汽系统的管网损失约10%，同时辅助电锅炉的使用效率为99.5%，首台机组启动的用汽量为53.8×1.1/0.995=59.48t/h，因此可以考虑锅炉的净出力取为2×33t/h容量的锅炉；同时考虑辅助电锅炉给水加热和除氧器自用14t/h蒸汽，两台锅炉必须提供80t/h的蒸汽流量。

通过上述分析，当一台核电机组未投入运行时另一台机组的启动辅助蒸汽由辅助锅炉房提供，当一台核电机组运行时，另一台机组启动时所需的辅助蒸汽由投入运行机组的主蒸汽提供，所以辅助锅炉房锅炉容量的计算可只考虑首台机组启动时所需的最大用气量，根据锅炉设备厂家调研分析，锅炉容量型号单台容量可调节为20～50t/h；只要选择的容量在此范围内都可以选择同一型号的锅炉。通过对华龙一号堆型各项目的用气量分析，辅助锅炉房采用两台容量为50t/h的锅炉进行标准化设计，可满足各项目厂址用户的用气需求。

二、国内核电站锅炉房创新设计的发展趋势

目前随着电极锅炉设备的国产化以及国外的设计及安全运行经验，辅助锅炉房设计可采取辅助蒸汽用户需求的错峰使用，降低蒸汽用汽总量的措施，通过对辅助锅炉合理选型并满足目前所有三代堆型的用汽量需求；针对辅助锅炉房进行标准化、单元模块化；从而实现辅助锅炉房可移动式拆装单元化模块，完成国产化设计自主供货，满足各厂址之间的辅助锅炉房共用；辅助锅炉房采用单元模块化可移动式创新设计方案有效地提高了施工进度，进一步缩短了建设工期，提高了电厂建设的经济性。

(一)辅助锅炉房模块单元分区划分。根据辅助锅炉房的房间功能进行单元划分，分为锅炉间、设备水泵间、除氧间、楼梯间、变配电间、仪表配电控制间、楼梯间六个模块单元，具体如图1所示。每个功能房间进行独立施工安装，最后进行现场整体安装组合。

图1 辅助锅炉房模块单元划分示意图

(二)机械设备与土建结构整体单元化设计。对辅助锅炉房划分的单元模块进行整体设计，独立标准化施工制造并在现场整体安装。每个单元都是一个独立的个体，包含土建结构框架及系统单元内的设备及附属管道、支吊架，电缆以及通风设备管道，在安装运输时具有灵活性，同时厂房屋顶采用可折叠自动化设计，满足锅炉间的设备模块整体吊装要求。模块化建筑是一种新兴的建筑结构体系，该体系以单个房间作为一个模块单元在工厂进行预制生产，并在工厂内对单元房间内的设备管道、通风电缆等辅助设施进行布置安装，然后运输到现场通过吊装将模块可靠地连接为建筑整体。

三、创新方案经济性提升分析

辅助蒸汽生产系统采用可移动式模块单元化设计，各厂址间可共享使用，提高了核电建设的经济性。辅助电锅炉房标准化设计的建筑面积为820平方米，电锅炉土建成本3,000元/平方米，土建成本大约246万元，辅助蒸汽生产每套电锅炉设备及辅助设备管道的价格大约1,200万元；每个辅助锅炉房可节省成本大约1,500万。除以上有形成本以外，单元模块化结构体系预制比例高，节约物力、人力，同时还可以使施工周期得到明显缩短，现场施工工人数量减少，降低了施工时带来的职业安全危害的概率。同时采用标准化设计后设计效率也得到了明显提高。

四、创新方案安全性、创新性提升分析

辅助锅炉房可移动便携安装模块单元式设计创新方案来自于新冠疫情期间模块式病房安装设计理念；核电站辅助锅炉房采用可移动拆卸式模块单元化设计突破了核电常规的设计思维，有效提高了施工进度；各厂址间可形成相互协调使用满足各用户需求，具有灵活性的同时也具有非常可观的经济性。目前核电站可移动式系统已经有车载移动电源，模块单元整体便携安装设计融合民用基建、船舶等先进设计理念，可在BOP子项辅助锅炉房及其他辅助厂房系统相继应用；三代核电设计在保证安全性的同时突破常规的设计理念，从而达到世界领先水平。此项设计理念也可以应用于快堆、后处理项目等厂房设计中。