嶺澳二期電氣廠房冷凍水系統(tǒng)設(shè)計改進

趙振暉，彭春華，李海冰（中國核電工程有限公司，北京 100840）

嶺澳二期電氣廠房冷凍水系統(tǒng)設(shè)計改進

趙振暉，彭春華，李海冰
（中國核電工程有限公司，北京 100840）

電氣廠房冷凍水系統(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)致核電機組的安全操作不能正常進行，核電機組的安全狀態(tài)不能監(jiān)視，這樣將會使整個電站處于非受控狀態(tài)，更為嚴重的后果將是可能會因此而引發(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)備運行的安全性、可靠性以及主控室的可居留性。對DEL系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)化以及消防改進，對DEL管道布置產(chǎn)生了巨大的影響。根據(jù)廠房的實際情況和廠房設(shè)計的通用原則，重新布置，新增了設(shè)備、管道、支架及其附件，同時進行力學(xué)計算，以確保系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計的實施。改進后的電氣廠房冷凍水系統(tǒng)保證了正常運行、SSE、H1工況、LOCA工況期間及事故以后對相關(guān)通風系統(tǒng)的有效支持，進而為核電站的運行提供了可靠的安全保障。

核電站；電氣廠房冷凍水系統(tǒng)（DEL）；DCS系統(tǒng)改進；優(yōu)化設(shè)計

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)采用國際上成熟而又先進的分布式儀表控制系統(tǒng)（DCS）。更新的設(shè)備DCS系統(tǒng)機柜對于房間的環(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)備操作運行的安全性和可靠性，為機柜及工作站進行通風空調(diào)控制的主控制室空調(diào)系統(tǒng)（DVC）也相應(yīng)地進行了改進。這些改進引起了為主控室通風系統(tǒng)（DVC）提供冷源的電氣廠房冷凍水系統(tǒng)（DEL）的安全功能的改進。

文章闡述了嶺澳二期DEL系統(tǒng)針對上述改進引起的布置上的變化。

1 DEL系統(tǒng)主要功能

DEL系統(tǒng)是一個封閉式的冷凍水回路[2]，其功能是將電氣廠房的各通風系統(tǒng)（DVC系統(tǒng)、DVE系統(tǒng)、DVL系統(tǒng)）冷卻盤管回收的熱量，通過冷水機組傳遞給設(shè)備冷卻水系統(tǒng)（RRI）。電氣廠房冷凍水系統(tǒng)（DEL）是為電氣廠房的下列通風系統(tǒng)的冷卻盤管提供8 ℃的冷凍水。

DVC: 主控制室空調(diào)系統(tǒng)；

DVL：電氣廠房主通風系統(tǒng)；

DVE：電纜層通風系統(tǒng)。

2 DCS改進引起電氣廠房冷凍水系統(tǒng)DEL的系統(tǒng)改進

2.1 DCS改進引起DEL系統(tǒng)的升級要求

由于DCS的改進，DEL系統(tǒng)是安全相關(guān)系統(tǒng)（DCS/DVC）的支持系統(tǒng)，它間接的對核電廠的運行安全有重要貢獻。為了滿足安全功能要求，DEL系統(tǒng)被定義為RCCP-3級。

DEL系統(tǒng)的核安全分級可劃分為兩部分：與DVC主控制室空調(diào)系統(tǒng)相關(guān)的各部件均為RCCP-3級；與H1工況相關(guān)的設(shè)備、管線和附件以及與DVE通風系統(tǒng)、DVL通風系統(tǒng)相關(guān)的各部件均為非安全級。

DEL系統(tǒng)中的RCCP-3級設(shè)備包括：水冷式冷水機組（001/002GF）、冷凍水循環(huán)泵（001/002PO）、膨脹水箱（001BA）、與DVC系統(tǒng)相關(guān)部分的閥門和管道。其余部分為非安全級，但有抗震要求。

2.2 DEL系統(tǒng)流程的改變

由于DCS改進，控制機柜分成了A、B兩個系列，嶺澳一期原有的主控制室通風空調(diào)系統(tǒng)（DVC）在功能和負荷兩方面均不能滿足要求。經(jīng)過改進,主控制室通風空調(diào)系統(tǒng)設(shè)置DVCI和DVCⅡ兩套系統(tǒng)，分別對應(yīng)A、B列。DVCI負責主控制室及部分DCS電氣設(shè)備間空調(diào)通風；DVCⅡ負責其他部分DCS電氣設(shè)備間空調(diào)通風。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DEL系統(tǒng)的設(shè)計影響

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組處于安全狀態(tài)1個月，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)致水冷式冷水機組不可用。因此DEL系統(tǒng)每個堆增加一臺風冷式冷水機組和一臺冷凍水循環(huán)泵。單獨為主控制室空調(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行。

由于H1工況為超設(shè)計基準事故，并根據(jù)單一故障準則，每臺核電機組設(shè)置一臺風冷式冷水機組和與之相應(yīng)的一臺冷凍水循環(huán)泵，無冗余設(shè)置，且為非安全級設(shè)備。

3 設(shè)計基準

DEL水冷式冷水機組和與之配套的冷凍水循環(huán)泵及相應(yīng)的管道、閥門被設(shè)計成能夠承受核電廠安全停堆地震（SSE）的影響，其設(shè)備設(shè)計符合可運行性準則（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)運行。

如果喪失設(shè)備冷卻水系統(tǒng)（H1工況），則水冷式冷水機組停運。同時，啟動風冷式冷水機組（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機柜的正常云行。

當水冷式冷水機組故障且不能使用時，一臺儲存有冷凍水的儲罐（DEL002BA）可向主控制室的冷卻盤管DVC005RF（或DVC006RF）和DVC007RF（或DVC008RF，3號和4號核電機組），以及冷卻盤管DVC051RF和DVC052RF（4號核電機組）短期內(nèi)提供必要的循環(huán)冷凍水。

除風冷式冷水機組（DEL003GF）外，DEL系統(tǒng)的設(shè)備、閥門、管道等均安裝在電氣廠房的相關(guān)房間內(nèi)。風冷式冷水機組被安裝在核島廠房附近的室外。

4 DCS改進引起電氣廠房冷凍水系統(tǒng)DEL的布置改進

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表1。

4.2 DEL系統(tǒng)的升級對布置的影響

由于DEL系統(tǒng)升級為核安全三級，為滿足DEL系統(tǒng)的安全功能要求，對相應(yīng)的管道、支吊架等進行了力學(xué)計算，布置方面根據(jù)力學(xué)計算的結(jié)果對管道及支架進行了調(diào)整。

4.3 DEL設(shè)備間（L201/L203）的布置變化

嶺澳一期兩臺DEL水冷式冷水機組（DEL001GF/DEL002GF）放置于LX廠房±0.00 m的L201/L241房間，同時布置了兩臺冷凍水循環(huán)泵（DEL001PO,DEL002PO）。嶺澳二期這個房間發(fā)生了很大的變化。

1）由于嶺澳二期DEL冷水機組機房（L201/ L241）的消防改進方案的要求（A、B系列不能放在同一個防火分區(qū)），沿312/417軸線增加防火隔墻A13、A14/E36、E37，L201（L241）被隔離成兩個安全防火分區(qū)。兩臺冷水機組分別放在獨立的防火分區(qū)內(nèi)，造成房間的設(shè)備管道和支架布置以及機組的維修空間的緊張。

2）嶺澳二期的DEL水冷式冷水機組（DEL001GF/DEL002GF）安全等級為RCCP-3級，冷水機組機型改變，接管方式變化。冷凍水（DEL）接口由原來的側(cè)進側(cè)出改為兩端進出,冷卻水（RRI）接口由原來的四個接口改為兩個，接口位置也發(fā)生了變化。導(dǎo)致與機組接口的DEL和RRI管道重新布置。

DEL水冷式冷水機組接管示意圖如圖1所示。

3）在H1工況下，每個堆DEL系統(tǒng)增設(shè)了一臺風冷式冷水機組（DEL003GF）和一臺冷凍水循環(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。新增的風冷式冷水機組（DEL003GF）放在廠房外部（詳見第4.7節(jié)）。DEL003GF的進出口管道穿過V7201/V8201墻到達廠房外部，與布置在DX廠房外側(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）由于這個房間分為兩個房間，通風系統(tǒng)（DVL）需要滿足兩個房間通風要求。原L201/ L241的表冷器DVL009RF仍留在L201/L241房間。同時在L203/L243房間增加通風管道，DEL系統(tǒng)為新增表冷器DVL011RF提供冷凍水，需要在313/416軸線附進增加一套DEL的進出水管道。

5）由于冷凍水儲罐D(zhuǎn)EL002BA由+11.50 m的W501/L544房間移到-7.60 m的L002/ L034房間，與冷凍水儲罐相連的進出水管道DEL023-6″和DEL005-6″經(jīng)過L201/L241/ L243房間到L002/L034房間。

這些變化導(dǎo)致DEL系統(tǒng)制冷機房的空間局促，給設(shè)備檢修，管道支架設(shè)計和人員通道等布置帶來了很大的困難。

DEL設(shè)備間（L201/L203）的布置如圖2所示。

4.4 通風設(shè)備間（W501/L544）的布置變化

由于DCS改進，控制機柜分成了A、B兩個系列，嶺澳一期原有的主控室通風空調(diào)系統(tǒng)（DVC）在功能和負荷兩方面均不能滿足要求。經(jīng)過改進，主控制室通風空調(diào)系統(tǒng)設(shè)置DVCI和DVCⅡ兩套系統(tǒng)，分別為A、B兩個系列送風,每個系統(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DEL002BA所在的W501（見圖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兩個罐子。由于新增的DVCⅡ的兩臺空調(diào)機組DVC003ZK和DVC004ZK的加入，原來空曠的房間變得狹小，只能將冷凍水儲罐D(zhuǎn)EL002BA移到LX廠房-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的兩臺空調(diào)機組DVC003ZK和DVC004ZK的表冷器（DVC007RF/DVC008RF）提供冷凍水。由于新增的通風管道占據(jù)了房間的大部分頂部空間，對DEL管道上的支架生根造成了困難。

4.5 通風設(shè)備間（W704/W744）的布置變化

上節(jié)提到的主控制室通風空調(diào)系統(tǒng)DVCI系統(tǒng)，設(shè)置一用一備兩臺空氣處理器機組DVC001ZK和DVC002ZK。放在原來的通風設(shè)備間（W704/L747）。

嶺澳一期的1DVC001ZK和1DVC002ZK是沿著117軸線布置，但是由于嶺澳二期空調(diào)機組體積增大，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，上面做了一個整體的混凝土做的煙道，煙道底板距離風機頂部只有200 mm。這個通道是人員通道和設(shè)備檢修通道。同時要布置給DVCI空氣處理器機組的表冷器（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道的下面，支架只能生根在混凝土煙道的底板下。但是這個混凝土煙道的底板（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號堆DVCI系統(tǒng)的兩臺空氣處理器機組DVC001ZK/DVC002ZK分別放在+19.40 m的L747和W744兩個房間，縱向布置，DEL管道從+0.00 m沿墻411軸線一直走到+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 冷凍水儲罐(DEL002BA)的重新布置

冷凍水儲罐D(zhuǎn)EL002BA從W501和L544分別移到LX廠房-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，系統(tǒng)泄水通過DEL002BA完成，但L002和L034房間設(shè)有潛污泵，排水不存在問題。L002和L034房間的空間也滿足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 風冷式水冷機組（DEL003GF）的布置

在H1工況下，每個堆DEL系統(tǒng)增設(shè)了一臺風冷式冷水機組（DEL003GF）和一臺冷凍水循環(huán)泵（DEL003PO）及相應(yīng)管網(wǎng)。風冷式水冷機組（DEL003GF）需要布置在室外。

首先考慮將風冷式機組放在DX廠房（即柴油機廠房）的屋面，但屋頂上有排煙的煙囪，在柴油機工作狀態(tài)下，排出大量的熱量和油污，這樣造成風冷式機組運行工況非常惡劣。且在DX廠房屋頂上有柴油機房的通風口，尺寸16 000 mm×5 000 mm，高度為3.7 m。不能滿足風機的布置空間的要求，另外通風口處出口熱風溫度為50 ℃，不利于風冷機組的運行。

經(jīng)過到嶺澳一期的現(xiàn)場考察，與中廣核工程公司和大亞灣核電運營管理有限責任公司的相關(guān)技術(shù)人員討論，決定將3號堆風冷機組布置在3DX廠房外側(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)場情況，考慮到地面的設(shè)施（選址下方有兩個井，所以需要搭建鋼平臺），4號堆風冷機組布置在4DX廠房外側(cè)2 m標高的鋼平臺上，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

5 結(jié)論

嶺澳二期電氣廠房冷凍水系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)安全功能的要求并結(jié)合嶺澳二期現(xiàn)場的實際情況所進行的改進項的設(shè)計，可以滿足嶺澳二期工程電氣廠房冷凍水系統(tǒng)的設(shè)計要求。在改進項實施的過程中，根據(jù)現(xiàn)場實際情況合理的解決了布置過程中的困難，并對改進項進行了優(yōu)化設(shè)計。改進后的電氣廠房冷凍水系統(tǒng)保證了正常運行、SSE、H1工況、LOCA工況期間及事故以后對相關(guān)通風系統(tǒng)的有效支持，進而為核電站的運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水冷式冷水機組的研制 [J]. 機電產(chǎn)品開發(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，熱能工程專業(yè)，從事核電廠設(shè)計工作。

Key words:nuclear power station；electrical building chilled water（DEL）；improvement of DCS；design improvement