王 鵬 趙福強(qiáng) 趙翠蓮

國(guó)核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 北京 100094

0 前言

核電是安全、清潔和高效的能源，已成為世界電力的三大支柱之一。根據(jù)正在建設(shè)和具備開工條件的廠址情況分析，到2014年，我國(guó)核電裝機(jī)總?cè)萘繉⑦_(dá)到3800萬(wàn)千瓦［1］，2020年前將超過(guò)7500萬(wàn)千瓦?？紤]到核電廠的壽期一般為40年，AP1000核電壽命更長(zhǎng)達(dá)60年，因此如何降低核電站的運(yùn)行費(fèi)用有著重要的現(xiàn)實(shí)意義，本文對(duì)AP1000核電常規(guī)島廠房的布置方案進(jìn)行探討，提出了局部下沉的布置方案。

1 常規(guī)島廠房布置

由于核安全方面的考慮，我國(guó)的濱海核電廠一般均為干廠址［2］，其廠坪標(biāo)高相對(duì)較高，因此常規(guī)島廠房布置主要有三種方案：

1.1 地上布置

常規(guī)島廠房底層標(biāo)高與廠坪標(biāo)高基本一致，見(jiàn)圖1。其檢修和運(yùn)行條件好，但循環(huán)水泵揚(yáng)程高，廠用電高，國(guó)內(nèi)的二代加核電一般采用這種方式，如嶺澳二期核電站［3］。

圖1 廠房底層標(biāo)高與廠坪標(biāo)高示意圖

1.2 半地下布置

常規(guī)島廠房底層整體下沉，中間層與廠坪標(biāo)高基本一致，見(jiàn)圖2。

圖2 廠房底層整體下沉示意圖

由于降低了凝汽器最上排換熱管的標(biāo)高，充分利用虹吸高度，相應(yīng)降低了循環(huán)水泵揚(yáng)程，減少設(shè)備造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用，但開挖量較大，初投資高，檢修和運(yùn)行不便，秦山三期采用了此種方式。

1.3 局部下沉布置

上述兩個(gè)方案在國(guó)內(nèi)核電項(xiàng)目都有應(yīng)用，其優(yōu)缺點(diǎn)也都較明顯。在三代核電自主化依托項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)過(guò)對(duì)上述兩個(gè)方案進(jìn)行研究，根據(jù)廠址條件，提出了局部下沉布置方案，見(jiàn)圖3。

圖3 廠房底層局部下沉示意圖

常規(guī)島廠房底層標(biāo)高與廠坪標(biāo)高基本保持一致，而將凝汽器設(shè)備降低，這樣既保留了地上方案檢修和運(yùn)行條件好的優(yōu)點(diǎn)，也降低了循環(huán)水泵的揚(yáng)程。

2 局部下沉布置方案的技術(shù)分析

為保障汽機(jī)房底層的工作環(huán)境，局部下沉和地下布置方案均需增設(shè)機(jī)械通風(fēng)設(shè)施。地下布置的給水泵揚(yáng)程增加7.5m，給水和主蒸汽管道長(zhǎng)度各增加7.5m。

凝汽器層均位于廠坪標(biāo)高以下，常規(guī)島廠房基礎(chǔ)設(shè)計(jì)成鋼筋混凝土大平板基礎(chǔ)，以增強(qiáng)廠房的整體剛度。在汽機(jī)基座底板與廠房地下室底板之間設(shè)置伸縮縫，伸縮縫處設(shè)置多道防水措施抵抗地下水通過(guò)巖石裂隙的滲漏。

3 局部下沉布置方案的經(jīng)濟(jì)分析

3.1 機(jī)組出力

局部下沉方案，凝汽器喉部高度方向增加了2.5m，會(huì)導(dǎo)致低壓缸排汽阻力增加。凝汽器喉部加長(zhǎng)2.5m，排汽阻力增加約0.1kPa，也就是相當(dāng)于額定工況時(shí)凝汽器背壓從3.89kPa增加到3.99kPa。由于該段范圍內(nèi)汽機(jī)的功率-背壓曲線非常平滑，汽機(jī)出力基本不變。

3.2 循環(huán)水泵運(yùn)行費(fèi)用

根據(jù)冷端優(yōu)化的結(jié)果，單臺(tái)機(jī)組的循環(huán)水量為65m3/s。

循環(huán)水泵的揚(yáng)程＝循環(huán)水泵的幾何揚(yáng)程＋循環(huán)水系統(tǒng)總的水頭損失。

循環(huán)水系統(tǒng)總水頭損失和系統(tǒng)的布置有關(guān)，對(duì)于上述三種布置方案，如采用相同口徑的進(jìn)排水管，總水頭損失基本相同，幾何揚(yáng)程的變化是影響循環(huán)水泵揚(yáng)程的主要因素。

幾何揚(yáng)程是設(shè)計(jì)低水位和虹吸井堰上水位的差值，而堰上水位是凝汽器第一排管子頂標(biāo)高扣除虹吸利用高度確定的。所以循泵幾何揚(yáng)程HA為：

式中：

HB—凝汽器第一排管子頂標(biāo)高：地上布置為10.4m，局部地下為7.9m；

HC—虹吸利用高度［4］一般為7～8m，取7.4m；

HL—設(shè)計(jì)低水位 因本工程為海水直流循環(huán)，按平均低潮位－1.18m。

地上布置方案，循泵幾何揚(yáng)程在平均低潮位時(shí)為4.18m；局部下沉和地下布置方案，幾何揚(yáng)程均為1.68m，兩者相差2.5m。

電機(jī)功率差值N（kW）為［5］：

式中：

H—循環(huán)水泵的揚(yáng)程差值 取2.5m；

γ—海水的容重 取1030 kg/m3；

Q—夏季循環(huán)水泵的流量 65 m3/s；

η—循環(huán)水泵的效率，取0.87。

相比常規(guī)島廠房地上方案，局部下沉和地下布置方案，每臺(tái)機(jī)組循環(huán)水泵功率可節(jié)省1886kW。

4 局部下沉布置方案工程量和投資

4.1 局部下沉布置方案工程量

主要從以下幾個(gè)方面考慮：主要管道和設(shè)備費(fèi)用、常規(guī)島廠房負(fù)挖、常規(guī)島廠房結(jié)構(gòu)、循環(huán)水取排水管道、消防排水設(shè)施等，地上和局部下沉方案，常規(guī)島主蒸汽管道、主給水管道等主要系統(tǒng)管道布置基本一致，因此工程量相當(dāng)。

地下布置方案，主要管道增加費(fèi)用160萬(wàn)元［6］。

4.2 局部下沉布置方案工程量和投資

投資費(fèi)用比較見(jiàn)表1。

表1 一臺(tái)機(jī)組各方案的投資

5 結(jié)論

在考慮常規(guī)島廠房布置方式時(shí)，要在虹吸井堰上水位盡量低的前提下，充分利用虹吸高度；同時(shí)由于局部下沉布置時(shí)，常規(guī)島廠房底層標(biāo)高與廠坪標(biāo)高基本保持一致，雖然將凝汽器設(shè)備降低，但降低的高度有限，凝汽器喉部加長(zhǎng)在一定范圍（3M）以內(nèi)，所以常規(guī)島局部下沉布置方案技術(shù)簡(jiǎn)單，安全可靠，投資省，運(yùn)行費(fèi)用明顯降低，為首選的布置方案。

［1］祁恩蘭.我國(guó)核電的建設(shè)形勢(shì)及思考［J］.電力建設(shè)，2009，（05）：1-4.

［2］陳鋒.我國(guó)濱海核電廠廠坪標(biāo)高的確定［J］.核安全，2006，（02）：44-48.

［3］吳祖兵.嶺澳核電站二期工程常規(guī)島主廠房布置設(shè)計(jì)優(yōu)化［J］.核動(dòng)力工程，2009，（04）：59-61.

［4］DL/T5339-2006火力發(fā)電廠水工設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［5］郭立君，何川.泵與風(fēng)機(jī)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2004.

［6］孫琳.核電常規(guī)島主廠房下沉式布置方案經(jīng)濟(jì)性分析［J］.科技與信息，2007，（32）：620-621.