壓水堆安全保障水池全天候自動化池底清淤系統(tǒng)設(shè)計①

李福春 彭軍 余峰 王小兵

摘? ?要：壓水堆在國家新能源發(fā)展戰(zhàn)略中擁有重要地位。安全保障水池作為壓水堆重要的安全設(shè)施，承擔著壓水堆正常運行時的多項重要功能。廠外取水過程中大量的泥沙跟隨河水進入安全水池，沉降的淤泥嚴重影響了對儲水量的技術(shù)要求，對安全保障水池應(yīng)急功能的正常使用帶來了極大的隱患。同時，大量的泥沙進入系統(tǒng)后，對閥門、泵體、管道、設(shè)備等造成磨損，降低了設(shè)備的使用壽命。本研究主要解決了在安全保障水池正常使用過程中淤泥清除的問題。結(jié)合安全保障水池的技術(shù)文獻及前期清淤工作經(jīng)驗，秉承綠色環(huán)保的理念，給出了設(shè)計原理及設(shè)計方案。本方案滿足了不破壞安全水池物理結(jié)構(gòu)、保證安全水池使用性能、自動化控制、長期水下作業(yè)、設(shè)備小型化、成本合理、便于市場推廣等技術(shù)要求。該設(shè)計可推廣到其他核電站、大型管道、水池等清淤領(lǐng)域，對水下清淤工作的研究提供了一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：全天候? 水下清淤? 壓水堆? 安全保障水池

中圖分類號：S969? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）05（b）-0052-03

安全保障水池作為壓水堆重要的安全設(shè)施，承擔了壓水堆正常運行時的供水及水力緩沖功能、正常停堆和事故停堆后的冷卻水源、全廠斷電事故或廠外供水喪失事故下事故停堆的最終水源等重要功能。除以上運行及應(yīng)急功能外，安全保障水池還具有以下安全功能：（1）正常停堆和事故停堆后的設(shè)備冷卻水系統(tǒng)、余熱排出系統(tǒng)、二回路系統(tǒng)提供設(shè)備冷卻水源;（2）全廠斷電事故或廠外取水喪失事故而導(dǎo)致事故停堆情況下的最終水源，維持相關(guān)的正常運行。根據(jù)《安全保障水池運行規(guī)程》及《安全保障水池功能定期試驗規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定，需要定期對安全水池進行清淤工作，以保證其穩(wěn)定的使用性能。因此，加大對安全水池清淤系統(tǒng)的研究越發(fā)重要。

1? 清淤技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 國內(nèi)外清淤機研究現(xiàn)狀

國內(nèi)外對清淤機的研究主要為三種類型：水下清淤、半旱式清淤、旱式清淤。水下清淤是在不抽池塘水的情況下作業(yè)，特點是全年均可進行作業(yè)，不影響正常的生產(chǎn)工作，清淤成本低，消耗勞力少。旱式清淤、半旱式清淤方法均是把池塘水抽干，用高壓水流將淤泥沖刷攪拌成泥漿狀態(tài)，泥漿泵將淤泥抽送出池塘利用其他專用機械通過泥斗將淤泥送上堤壩。根據(jù)安全保障水池長期儲水的特殊功能，本文主要對水下清淤及半旱式清淤進行研究比較，其主要類型及特點如表1所示[1-5]。

1.2 安全保障水池清淤現(xiàn)狀分析

目前，安全保障水池清淤工作采用完全排盡安全保障水池水源——自然晾曬若干天——采用消防水車沖洗——人工鏟除——再次注水的方式清淤。在反應(yīng)堆正式安全運行期間，清淤過程中不宜采用目前排盡水源的方式進行清淤。目前的清淤方式還存在清淤周期長（10～20d）、耗費人力物力大、工作環(huán)境惡劣等缺陷。因此，調(diào)試及運行過程中如何在保證安全保障水池正常工況下清理出池底淤泥，成為一個重要的研究課題。安全保障水池三維簡圖及主要尺寸如圖1所示。

1.3 現(xiàn)有技術(shù)不足分析

綜合分析比較上述國內(nèi)各種清淤工作的原理，雖然各具特色與優(yōu)勢，但也有些共同的問題：（1）現(xiàn)有清淤技術(shù)很難實現(xiàn)自動化控制，需要人工控制完成清淤工作;（2）現(xiàn)有清淤技術(shù)很難實現(xiàn)晝夜不間斷的長期水下運行;（3）現(xiàn)有清淤技術(shù)很難實現(xiàn)在流水狀態(tài)下的正常清淤;（4）目前70%的池塘清淤技術(shù)向旱式清淤方式發(fā)展，對水下清淤技術(shù)研究不足;（5）現(xiàn)有清淤技術(shù)成本較高，動輒幾十萬甚至更高，性價比不高[6];（6）價格相對較低的一般在水面上工作，不僅造成水體的二次污染，還無法將淤泥清洗干凈，效率較低，清淤效果不理想;（7）現(xiàn)有清淤技術(shù)普遍要求在較寬的水域工作;（8）現(xiàn)有清淤設(shè)備體積普遍較大，操作笨重。

1.4 待研發(fā)的技術(shù)

結(jié)合安全保障水池具體特點，本設(shè)計欲實現(xiàn)以下創(chuàng)新性突破：（1）晝夜不間斷運行;（2）清淤設(shè)備自動路徑識別及自動工作控制[7];（3）水下密封防水運行;（4）不破壞現(xiàn)有安全保障水池設(shè)備及儀器的基礎(chǔ)上完成清淤工作;（5）低成本批量生產(chǎn);（6）設(shè)備具有較高的通用性及市場推廣性。

2? 現(xiàn)場技術(shù)特點

2.1 技術(shù)要求

安全保障水池屬于非標件設(shè)計，其設(shè)計及使用均具有獨特性，現(xiàn)有技術(shù)不能滿足的工況需求主要有以下幾點：（1）由于安全保障水池需長期清淤，需實現(xiàn)全天候長時間工作及自動化控制的要求;（2）安全保障水池需常年儲水，不宜使用干式清淤技術(shù);（3）安全保障水池水面被隔離墻劃分為多個小單元，水面工作區(qū)域較小;（4）安全保障水池屬于配套系統(tǒng)，對其研發(fā)、檢修成本具有一定限制;安全保障水池的隔離墻孔洞均在液面以下，在穿越各個隔離墻時，不宜在水面工作;（5）安全保障水池隔離墻不宜進行破壞性動工，常用的管道安裝技術(shù)無法引用到該設(shè)計;（6）安全保障水池處于廠區(qū)內(nèi)部，不宜大型機械設(shè)備進入。

2.2 技術(shù)難點及解決方案

受安全保障水池安全性及工作特性要求，該設(shè)計主要存在的技術(shù)難點及相應(yīng)的解決方案如表2所示。

3? 設(shè)計原理說明

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

該項目目前處于初期理論論證階段，本文僅對工作原理進行說明介紹，清淤車組成及零件布置如圖2～圖6所示。

3.2 連接方式

本設(shè)計采用路徑識別及遠程遙控技術(shù)結(jié)合的方式實現(xiàn)小車全天候自行走的功用;綜合考慮驅(qū)動性能及結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，采用四電機獨立驅(qū)動的行走方式;增加四個配重塊，以保證車體的穩(wěn)定性及輪轂與地面的摩擦性能;采用兩臺大型淤泥泵進行淤泥抽吸，淤泥泵入口與車底盤的喇叭入口連接，出口與移動支排污管入口連接;移動支排污管出口通過增加錐形結(jié)構(gòu)的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)及電磁鐵結(jié)構(gòu)與豎直支管連接;豎直支管與主管以普通快速接頭的方式在安全水池頂部連接;主管鋪設(shè)在安全水池頂部的人行走廊處;采用兩臺小型淤泥泵進行車體前端淤泥吹洗，該淤泥泵入口管設(shè)置在池水較清的水層，泵出口與吹洗管道法蘭連接。

3.3 工作方式

該清淤系統(tǒng)具體的操作流程為：（1）清淤工作開始前，由工作人員在安全水池頂端的人行走廊處鋪設(shè)主管道;（2）由工作人員鋪設(shè)豎直支管，并利用快速接頭實現(xiàn)豎直支管與主管道的連接;（3）路上檢查清淤車的性能，工作人員以普通快速接頭的方式連接清淤車與移動支排污管;（4）工作人員將清淤車沿安全水池內(nèi)池壁放入安全水池內(nèi);（5）利用遙控的方式實現(xiàn)首次移動支排管尾端與豎直支管首端的結(jié)合;（6）清淤車在路徑識別的控制下在第一個安全水池單元開始清淤工作;（7）第一個單元清淤工作結(jié)束后，斷開電磁鐵控制電源，清淤車進入第二個安全水池單元;（8）接通電磁鐵控制電源，在路徑識別的控制下移動支排管尾端與第二個豎直支管連接。（9）循環(huán)工作模式，直至清淤工作結(jié)束。

4? 結(jié)語

本文創(chuàng)新性的設(shè)計了一款適合壓水堆的安全保障水池清淤工作的清淤系統(tǒng)。該設(shè)計利用距離傳感器及遠程遙控控制技術(shù)，解決了清淤過程的自動化控制及全天候水下清淤的問題;通過獨特的快速接頭技術(shù)，解決了在不破壞安全水池內(nèi)部結(jié)構(gòu)的前提下將排污管合理布置的問題;采用通用淤泥泵等標準件，解決了成本控制的問題;采用清淤裝置一體化的設(shè)計，解決了設(shè)備體積小型化的問題。該研究方案加工、生產(chǎn)、使用、維護成本不高，節(jié)能環(huán)保，對以后相關(guān)清淤設(shè)備的研究提供了一定的參考價值。

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