趙振暉,彭春華,李海冰(中國(guó)核電工程有限公司,北京 100840)
嶺澳二期電氣廠(chǎng)房冷凍水系統(tǒng)設(shè)計(jì)改進(jìn)
趙振暉,彭春華,李海冰
(中國(guó)核電工程有限公司,北京 100840)
電氣廠(chǎng)房冷凍水系統(tǒng)(DEL)作為安全相關(guān)系統(tǒng)(DCS/DVC)的支持系統(tǒng),若DEL系統(tǒng)喪失,將會(huì)導(dǎo)致DVC和DCS系統(tǒng)不可用,而DCS設(shè)備的不可用,將直接導(dǎo)致核電機(jī)組的安全操作不能正常進(jìn)行,核電機(jī)組的安全狀態(tài)不能監(jiān)視,這樣將會(huì)使整個(gè)電站處于非受控狀態(tài),更為嚴(yán)重的后果將是可能會(huì)因此而引發(fā)核安全事故。因此,DEL系統(tǒng)的喪失是不可接受的,DEL系統(tǒng)的可靠性將直接影響到DCS設(shè)備運(yùn)行的安全性、可靠性以及主控室的可居留性。對(duì)DEL系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化以及消防改進(jìn),對(duì)DEL管道布置產(chǎn)生了巨大的影響。根據(jù)廠(chǎng)房的實(shí)際情況和廠(chǎng)房設(shè)計(jì)的通用原則,重新布置,新增了設(shè)備、管道、支架及其附件,同時(shí)進(jìn)行力學(xué)計(jì)算,以確保系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)施。改進(jìn)后的電氣廠(chǎng)房冷凍水系統(tǒng)保證了正常運(yùn)行、SSE、H1工況、LOCA工況期間及事故以后對(duì)相關(guān)通風(fēng)系統(tǒng)的有效支持,進(jìn)而為核電站的運(yùn)行提供了可靠的安全保障。
核電站;電氣廠(chǎng)房冷凍水系統(tǒng)(DEL);DCS系統(tǒng)改進(jìn);優(yōu)化設(shè)計(jì)
嶺澳核電站二期是以嶺澳核電站一期為參考電站,但儀表控制系統(tǒng)采用國(guó)際上成熟而又先進(jìn)的分布式儀表控制系統(tǒng)(DCS)。更新的設(shè)備DCS系統(tǒng)機(jī)柜對(duì)于房間的環(huán)境要求不同于嶺澳一期,環(huán)境溫度和濕度要求更高[1]。為了保證DCS設(shè)備操作運(yùn)行的安全性和可靠性,為機(jī)柜及工作站進(jìn)行通風(fēng)空調(diào)控制的主控制室空調(diào)系統(tǒng)(DVC)也相應(yīng)地進(jìn)行了改進(jìn)。這些改進(jìn)引起了為主控室通風(fēng)系統(tǒng)(DVC)提供冷源的電氣廠(chǎng)房冷凍水系統(tǒng)(DEL)的安全功能的改進(jìn)。
文章闡述了嶺澳二期DEL系統(tǒng)針對(duì)上述改進(jìn)引起的布置上的變化。
DEL系統(tǒng)是一個(gè)封閉式的冷凍水回路[2],其功能是將電氣廠(chǎng)房的各通風(fēng)系統(tǒng)(DVC系統(tǒng)、DVE系統(tǒng)、DVL系統(tǒng))冷卻盤(pán)管回收的熱量,通過(guò)冷水機(jī)組傳遞給設(shè)備冷卻水系統(tǒng)(RRI)。電氣廠(chǎng)房冷凍水系統(tǒng)(DEL)是為電氣廠(chǎng)房的下列通風(fēng)系統(tǒng)的冷卻盤(pán)管提供8 ℃的冷凍水。
DVC: 主控制室空調(diào)系統(tǒng);
DVL:電氣廠(chǎng)房主通風(fēng)系統(tǒng);
DVE:電纜層通風(fēng)系統(tǒng)。
2.1 DCS改進(jìn)引起DEL系統(tǒng)的升級(jí)要求
由于DCS的改進(jìn),DEL系統(tǒng)是安全相關(guān)系統(tǒng)(DCS/DVC)的支持系統(tǒng),它間接的對(duì)核電廠(chǎng)的運(yùn)行安全有重要貢獻(xiàn)。為了滿(mǎn)足安全功能要求,DEL系統(tǒng)被定義為RCCP-3級(jí)。
DEL系統(tǒng)的核安全分級(jí)可劃分為兩部分:與DVC主控制室空調(diào)系統(tǒng)相關(guān)的各部件均為RCCP-3級(jí);與H1工況相關(guān)的設(shè)備、管線(xiàn)和附件以及與DVE通風(fēng)系統(tǒng)、DVL通風(fēng)系統(tǒng)相關(guān)的各部件均為非安全級(jí)。
DEL系統(tǒng)中的RCCP-3級(jí)設(shè)備包括:水冷式冷水機(jī)組(001/002GF)、冷凍水循環(huán)泵(001/002PO)、膨脹水箱(001BA)、與DVC系統(tǒng)相關(guān)部分的閥門(mén)和管道。其余部分為非安全級(jí),但有抗震要求。
2.2 DEL系統(tǒng)流程的改變
由于DCS改進(jìn),控制機(jī)柜分成了A、B兩個(gè)系列,嶺澳一期原有的主控制室通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)(DVC)在功能和負(fù)荷兩方面均不能滿(mǎn)足要求。經(jīng)過(guò)改進(jìn),主控制室通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)置DVCI和DVCⅡ兩套系統(tǒng),分別對(duì)應(yīng)A、B列。DVCI負(fù)責(zé)主控制室及部分DCS電氣設(shè)備間空調(diào)通風(fēng);DVCⅡ負(fù)責(zé)其他部分DCS電氣設(shè)備間空調(diào)通風(fēng)。每套系統(tǒng)設(shè)備按照2×100%設(shè)置,互為冗余。
為DVC系統(tǒng)提供冷凍水的DEL系統(tǒng)相應(yīng)增加了兩套供水管路。
2.3 H1工況對(duì)DEL系統(tǒng)的設(shè)計(jì)影響
在RCC-P(1991版1995修訂)的第4.5.4.2“喪失全部熱阱”節(jié)中要求,在全部喪失熱阱后維持機(jī)組處于安全狀態(tài)1個(gè)月,以恢復(fù)最終熱阱。在考慮到設(shè)備冷卻水系統(tǒng)(RRI)的喪失(H1工況),將導(dǎo)致水冷式冷水機(jī)組不可用。因此DEL系統(tǒng)每個(gè)堆增加一臺(tái)風(fēng)冷式冷水機(jī)組和一臺(tái)冷凍水循環(huán)泵。單獨(dú)為主控制室空調(diào)系統(tǒng)(DVC)提供冷凍水,用以確保主控制室的DCS設(shè)備在事故情況下的正常運(yùn)行。
由于H1工況為超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故,并根據(jù)單一故障準(zhǔn)則,每臺(tái)核電機(jī)組設(shè)置一臺(tái)風(fēng)冷式冷水機(jī)組和與之相應(yīng)的一臺(tái)冷凍水循環(huán)泵,無(wú)冗余設(shè)置,且為非安全級(jí)設(shè)備。
DEL水冷式冷水機(jī)組和與之配套的冷凍水循環(huán)泵及相應(yīng)的管道、閥門(mén)被設(shè)計(jì)成能夠承受核電廠(chǎng)安全停堆地震(SSE)的影響,其設(shè)備設(shè)計(jì)符合可運(yùn)行性準(zhǔn)則(1A、1F)。
DEL冷凍水系統(tǒng)應(yīng)在LOCA事故期間及事故以后繼續(xù)運(yùn)行。
如果喪失設(shè)備冷卻水系統(tǒng)(H1工況),則水冷式冷水機(jī)組停運(yùn)。同時(shí),啟動(dòng)風(fēng)冷式冷水機(jī)組(DEL003GF)和相應(yīng)的冷凍水循環(huán)泵(DEL003PO)為DVC系統(tǒng)提供必要的冷凍水,從而保證主控制室和DCS機(jī)柜的正常云行。
當(dāng)水冷式冷水機(jī)組故障且不能使用時(shí),一臺(tái)儲(chǔ)存有冷凍水的儲(chǔ)罐(DEL002BA)可向主控制室的冷卻盤(pán)管DVC005RF(或DVC006RF)和DVC007RF(或DVC008RF,3號(hào)和4號(hào)核電機(jī)組),以及冷卻盤(pán)管DVC051RF和DVC052RF(4號(hào)核電機(jī)組)短期內(nèi)提供必要的循環(huán)冷凍水。
除風(fēng)冷式冷水機(jī)組(DEL003GF)外,DEL系統(tǒng)的設(shè)備、閥門(mén)、管道等均安裝在電氣廠(chǎng)房的相關(guān)房間內(nèi)。風(fēng)冷式冷水機(jī)組被安裝在核島廠(chǎng)房附近的室外。
4.1 DEL系統(tǒng)主要設(shè)備的房間布置情況
DEL系統(tǒng)主要設(shè)備的房間布置情況見(jiàn)表1。
4.2 DEL系統(tǒng)的升級(jí)對(duì)布置的影響
由于DEL系統(tǒng)升級(jí)為核安全三級(jí),為滿(mǎn)足DEL系統(tǒng)的安全功能要求,對(duì)相應(yīng)的管道、支吊架等進(jìn)行了力學(xué)計(jì)算,布置方面根據(jù)力學(xué)計(jì)算的結(jié)果對(duì)管道及支架進(jìn)行了調(diào)整。
4.3 DEL設(shè)備間(L201/L203)的布置變化
嶺澳一期兩臺(tái)DEL水冷式冷水機(jī)組(DEL001GF/DEL002GF)放置于LX廠(chǎng)房±0.00 m的L201/L241房間,同時(shí)布置了兩臺(tái)冷凍水循環(huán)泵(DEL001PO,DEL002PO)。嶺澳二期這個(gè)房間發(fā)生了很大的變化。
1)由于嶺澳二期DEL冷水機(jī)組機(jī)房(L201/ L241)的消防改進(jìn)方案的要求(A、B系列不能放在同一個(gè)防火分區(qū)),沿312/417軸線(xiàn)增加防火隔墻A13、A14/E36、E37,L201(L241)被隔離成兩個(gè)安全防火分區(qū)。兩臺(tái)冷水機(jī)組分別放在獨(dú)立的防火分區(qū)內(nèi),造成房間的設(shè)備管道和支架布置以及機(jī)組的維修空間的緊張。
2)嶺澳二期的DEL水冷式冷水機(jī)組(DEL001GF/DEL002GF)安全等級(jí)為RCCP-3級(jí),冷水機(jī)組機(jī)型改變,接管方式變化。冷凍水(DEL)接口由原來(lái)的側(cè)進(jìn)側(cè)出改為兩端進(jìn)出,冷卻水(RRI)接口由原來(lái)的四個(gè)接口改為兩個(gè),接口位置也發(fā)生了變化。導(dǎo)致與機(jī)組接口的DEL和RRI管道重新布置。
DEL水冷式冷水機(jī)組接管示意圖如圖1所示。
3)在H1工況下,每個(gè)堆DEL系統(tǒng)增設(shè)了一臺(tái)風(fēng)冷式冷水機(jī)組(DEL003GF)和一臺(tái)冷凍水循環(huán)泵(DEL003PO)及部分管網(wǎng)。新增的冷凍水泵(DEL003PO)放在新劃分的L203/L243房間里,距V7201/V8201墻930 mm的位置。新增的風(fēng)冷式冷水機(jī)組(DEL003GF)放在廠(chǎng)房外部(詳見(jiàn)第4.7節(jié))。DEL003GF的進(jìn)出口管道穿過(guò)V7201/V8201墻到達(dá)廠(chǎng)房外部,與布置在DX廠(chǎng)房外側(cè)的DEL003GF連接。
表1 DEL系統(tǒng)主要設(shè)備的房間布置Table1 Layout of DEL equipment
圖1 嶺澳二期DEL水冷式冷水機(jī)組接管示意圖Fig.1 Piping connect sketch map of DEL chilled water in Ling'ao phase 2
4)由于這個(gè)房間分為兩個(gè)房間,通風(fēng)系統(tǒng)(DVL)需要滿(mǎn)足兩個(gè)房間通風(fēng)要求。原L201/ L241的表冷器DVL009RF仍留在L201/L241房間。同時(shí)在L203/L243房間增加通風(fēng)管道,DEL系統(tǒng)為新增表冷器DVL011RF提供冷凍水,需要在313/416軸線(xiàn)附進(jìn)增加一套DEL的進(jìn)出水管道。
5)由于冷凍水儲(chǔ)罐D(zhuǎn)EL002BA由+11.50 m的W501/L544房間移到-7.60 m的L002/ L034房間,與冷凍水儲(chǔ)罐相連的進(jìn)出水管道DEL023-6″和DEL005-6″經(jīng)過(guò)L201/L241/ L243房間到L002/L034房間。
這些變化導(dǎo)致DEL系統(tǒng)制冷機(jī)房的空間局促,給設(shè)備檢修,管道支架設(shè)計(jì)和人員通道等布置帶來(lái)了很大的困難。
DEL設(shè)備間(L201/L203)的布置如圖2所示。
4.4 通風(fēng)設(shè)備間(W501/L544)的布置變化
由于DCS改進(jìn),控制機(jī)柜分成了A、B兩個(gè)系列,嶺澳一期原有的主控室通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)(DVC)在功能和負(fù)荷兩方面均不能滿(mǎn)足要求。經(jīng)過(guò)改進(jìn),主控制室通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)置DVCI和DVCⅡ兩套系統(tǒng),分別為A、B兩個(gè)系列送風(fēng),每個(gè)系統(tǒng)設(shè)備按照2×100%設(shè)置,互為冗余。嶺澳一期放置DVC相關(guān)設(shè)備的房間(W704/W744),只能放置DVCI;而新增的DVCⅡ則放置在原來(lái)DEL002BA所在的W501(見(jiàn)圖3)和L544房間。
圖2 嶺澳二期±0.00 m DEL設(shè)備間(L201/L203)三維立體圖Fig.2 Three-dimensional map of ±0.00 m DEL equipment room(L201/L203)in Ling'ao phase 2
該房間嶺澳一期布置了DEL001BA和DEL002BA兩個(gè)罐子。由于新增的DVCⅡ的兩臺(tái)空調(diào)機(jī)組DVC003ZK和DVC004ZK的加入,原來(lái)空曠的房間變得狹小,只能將冷凍水儲(chǔ)罐D(zhuǎn)EL002BA移到LX廠(chǎng)房-7.60 m的空房間(L002/L034)。
膨脹水箱DEL001BA是DEL系統(tǒng)的定壓罐,它的作用是系統(tǒng)補(bǔ)水、膨脹及維持系統(tǒng)定壓。另外它的容積只有0.4 m3,體積很小,不占地方,仍留在W501房間。
圖3 嶺澳二期+11.50 m平面W501房間三維立體圖Fig.3 Three-dimensional map of +11.50 m room W501 in Ling'ao phase 2
DEL系統(tǒng)為新增的DVCⅡ的兩臺(tái)空調(diào)機(jī)組DVC003ZK和DVC004ZK的表冷器(DVC007RF/DVC008RF)提供冷凍水。由于新增的通風(fēng)管道占據(jù)了房間的大部分頂部空間,對(duì)DEL管道上的支架生根造成了困難。
4.5 通風(fēng)設(shè)備間(W704/W744)的布置變化
上節(jié)提到的主控制室通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)DVCI系統(tǒng),設(shè)置一用一備兩臺(tái)空氣處理器機(jī)組DVC001ZK和DVC002ZK。放在原來(lái)的通風(fēng)設(shè)備間(W704/L747)。
嶺澳一期的1DVC001ZK和1DVC002ZK是沿著117軸線(xiàn)布置,但是由于嶺澳二期空調(diào)機(jī)組體積增大,已經(jīng)布置不下了。將原W704與W702房間隔墻打掉,重新調(diào)整房間。嶺澳二期3DVC001ZK和3DVC002ZK沿著M軸線(xiàn)布置。由于空間的限制,3DVC001ZK和3DVC002ZK中間留有一定寬度的通道,上面做了一個(gè)整體的混凝土做的煙道,煙道底板距離風(fēng)機(jī)頂部只有200 mm。這個(gè)通道是人員通道和設(shè)備檢修通道。同時(shí)要布置給DVCI空氣處理器機(jī)組的表冷器(3DVC005RF/3DVC006RF)提供冷凍水的DEL的管道。
為了不影響人員通道,DEL管道布置在混凝土風(fēng)道的下面,支架只能生根在混凝土煙道的底板下。但是這個(gè)混凝土煙道的底板(h=200 mm)不能受力,給管道支架的生根造成困難。經(jīng)與土建協(xié)商,將這段混凝土底板增厚(h=350 mm),再根據(jù)管道力學(xué)計(jì)算的結(jié)果埋上預(yù)埋板用于管道支架的生根。
+19.40 m平面W704房間布置如圖4所示。
圖4 嶺澳二期+19.40 m平面W704房間三維立體圖(立面)Fig.4 Three-dimensional map (section plane) of +19.40 m room W704 in Ling'ao phase 2
4號(hào)堆DVCI系統(tǒng)的兩臺(tái)空氣處理器機(jī)組DVC001ZK/DVC002ZK分別放在+19.40 m的L747和W744兩個(gè)房間,縱向布置,DEL管道從+0.00 m沿墻411軸線(xiàn)一直走到+19.40 m的L747房間給表冷器(4DVC005RF)提供冷凍水,再經(jīng)過(guò)W745房間到W744房間給表冷器(4DVC006RF)提供冷凍水。管道支吊架基本上可以生根在V8726墻上。
+19.40 m平面L747/W744房間布置如圖5所示。
圖5 嶺澳二期+19.40 m平面L747/W744房間三維立體圖Fig.5 Three-dimensional map of +19.40 m room L747/W744 in Ling'ao phase 2
4.6 冷凍水儲(chǔ)罐(DEL002BA)的重新布置
冷凍水儲(chǔ)罐D(zhuǎn)EL002BA從W501和L544分別移到LX廠(chǎng)房-7.60 m的空房間(L002/L034)。由于位置變化,DEL002BA成為DEL系統(tǒng)最低點(diǎn),系統(tǒng)泄水通過(guò)DEL002BA完成,但L002和L034房間設(shè)有潛污泵,排水不存在問(wèn)題。L002和L034房間的空間也滿(mǎn)足DEL002BA的空間要求,且在房間內(nèi)地面上增加了圍堰(圍堰尺寸:5 700 mm×3 300 mm;寬:150 mm;高:800 mm),將儲(chǔ)水罐破裂之后罐內(nèi)的水擋在圍堰之內(nèi),防止泄漏的水影響核電站的其他系統(tǒng)。
4.7 風(fēng)冷式水冷機(jī)組(DEL003GF)的布置
在H1工況下,每個(gè)堆DEL系統(tǒng)增設(shè)了一臺(tái)風(fēng)冷式冷水機(jī)組(DEL003GF)和一臺(tái)冷凍水循環(huán)泵(DEL003PO)及相應(yīng)管網(wǎng)。風(fēng)冷式水冷機(jī)組(DEL003GF)需要布置在室外。
首先考慮將風(fēng)冷式機(jī)組放在DX廠(chǎng)房(即柴油機(jī)廠(chǎng)房)的屋面,但屋頂上有排煙的煙囪,在柴油機(jī)工作狀態(tài)下,排出大量的熱量和油污,這樣造成風(fēng)冷式機(jī)組運(yùn)行工況非常惡劣。且在DX廠(chǎng)房屋頂上有柴油機(jī)房的通風(fēng)口,尺寸16 000 mm×5 000 mm,高度為3.7 m。不能滿(mǎn)足風(fēng)機(jī)的布置空間的要求,另外通風(fēng)口處出口熱風(fēng)溫度為50 ℃,不利于風(fēng)冷機(jī)組的運(yùn)行。
經(jīng)過(guò)到嶺澳一期的現(xiàn)場(chǎng)考察,與中廣核工程公司和大亞灣核電運(yùn)營(yíng)管理有限責(zé)任公司的相關(guān)技術(shù)人員討論,決定將3號(hào)堆風(fēng)冷機(jī)組布置在3DX廠(chǎng)房外側(cè)地面上(±0.00 m),具體布置如圖6所示。
圖6 3DEL003GF的管道三維立體圖Fig.6 Three-dimensional piping layout map of 3DEL003GF
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況,考慮到地面的設(shè)施(選址下方有兩個(gè)井,所以需要搭建鋼平臺(tái)),4號(hào)堆風(fēng)冷機(jī)組布置在4DX廠(chǎng)房外側(cè)2 m標(biāo)高的鋼平臺(tái)上,具體情況如圖7所示。
圖7 4DEL003GF的管道三維立體圖Fig.7 Three-dimensional piping layout map of 4DEL003GF
嶺澳二期電氣廠(chǎng)房冷凍水系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)安全功能的要求并結(jié)合嶺澳二期現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況所進(jìn)行的改進(jìn)項(xiàng)的設(shè)計(jì),可以滿(mǎn)足嶺澳二期工程電氣廠(chǎng)房冷凍水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。在改進(jìn)項(xiàng)實(shí)施的過(guò)程中,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況合理的解決了布置過(guò)程中的困難,并對(duì)改進(jìn)項(xiàng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。改進(jìn)后的電氣廠(chǎng)房冷凍水系統(tǒng)保證了正常運(yùn)行、SSE、H1工況、LOCA工況期間及事故以后對(duì)相關(guān)通風(fēng)系統(tǒng)的有效支持,進(jìn)而為核電站的運(yùn)行提供了可靠的安全保障。
[1] 范新舉.DCS系統(tǒng)在核電站中的應(yīng)用[J].機(jī)電信息,2010,(24):191-192.(FAN Xin-ju.The Application of DCS in nuclear power station[J]. Mechanical and Electrical Information,2010,(24):191-192.)
[2] 崔巍,劉占盛,王紅燕. DEL水冷式冷水機(jī)組的研制 [J]. 機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新,2011,24(2):71-73.(CUI Wei,LIU Zhan-Sheng,WANG Hong-Yan. Development of DEL Water-cooled Water Chillers[J]. Development & Innovation of Machinery & Electrical Products, 2011,24(2):71-73.)
Design Improvement of Electrical Building Chilled Water in Ling'ao Phase 2 Nuclear Power Station
ZHAO Zhen-hui,PENG Chun-hua,LI Hai-bing
(China Nuclear Power Engineering Co.,Ltd., Beijing 100840, China)
The electrical building chilled water system(DEL) is the support system of safetyrelated system(DCS/DVC). If DEL lose its function, the DCS and DVC will lose its function too, and it will result in nuclear power station safe operate can't be performed, and safety condition can't be monitored. So the nuclear power station is out of control, and maybe lead to accident. The loss of DEL is unacceptable. The reliability of DEL will influence safety and reliability of DCS equipment , and also influence residence of main control room. The design improvement and improvement of fire-fighting bring gigantic influence to piping layout of DEL. The added equipment, piping, supporting and attachment is arranged over again according the building condition and general design principle. For actualize the improvement, the system has calculated by mechanics. The ventilation system can be supported in normal、SSE、H1、LOCA and accident condition after the electrical building chilled water system is improved.
TL38 Article character: A Article ID: 1674-1617(2013)01-0035-06
TL38
A
1674-1617(2013)01-0035-06
2012-09-21
趙振暉(1970—),女,北京人,工程師,熱能工程專(zhuān)業(yè),從事核電廠(chǎng)設(shè)計(jì)工作。
Key words:nuclear power station;electrical building chilled water(DEL);improvement of DCS;design improvement