“華龍一號(hào)”非能動(dòng)安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)布置優(yōu)化研究

王 凱，高 元

(中國(guó)核電工程有限公司，北京 100840)

“華龍一號(hào)”共設(shè)計(jì)有三個(gè)非能動(dòng)的安全系統(tǒng)，分別是非能動(dòng)安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)(PCS)、堆腔注水冷卻系統(tǒng)(CIS系統(tǒng))和二次側(cè)非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)(PRS系統(tǒng))。在設(shè)計(jì)時(shí)，為了滿足PCS系統(tǒng)的要求，在反應(yīng)堆的安全殼外高處設(shè)置有換熱水箱，換熱水箱的底部設(shè)置閥門管道間，以供PCS和PRS相關(guān)閥門和管道的布置使用。

1 PCS系統(tǒng)的功能

在核電站發(fā)生嚴(yán)重事故時(shí)，PCS系統(tǒng)通過(guò)設(shè)置在安全殼內(nèi)的換熱器將殼內(nèi)的熱量導(dǎo)出到換熱水箱，經(jīng)汽水分離器分離后，蒸汽進(jìn)入到導(dǎo)熱隔間，經(jīng)過(guò)排氣管道排入自然環(huán)境中。這一過(guò)程不需要能動(dòng)部件的參與，利用水和蒸汽的物理特性實(shí)現(xiàn)自然循環(huán)。經(jīng)過(guò)這一循環(huán)過(guò)程，導(dǎo)出安全殼內(nèi)的熱量，降低安全殼內(nèi)的溫度和壓力，從而確保嚴(yán)重事故下安全殼的完整性，保證放射性物質(zhì)不會(huì)外泄。

1.1 事故后安全殼冷卻

PCS系統(tǒng)用于在超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故工況下安全殼的長(zhǎng)期排熱，包括與全廠斷電、噴淋系統(tǒng)故障相關(guān)的事故。在電站發(fā)生超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故(包括嚴(yán)重事故)時(shí)，將安全殼內(nèi)的壓力和溫度降低至可以接受的水平，保持安全殼完整性。

1.2 安全殼冷卻水箱水質(zhì)保持

PCS系統(tǒng)配備了外置安全殼冷卻水箱的液封措施，防止安全殼換熱水箱水質(zhì)被殼外環(huán)境污染。電站正常運(yùn)行和檢修時(shí)，系統(tǒng)配置了循環(huán)水泵和加藥措施防止安全殼外換熱水箱微生物滋生和水質(zhì)降低。

1.3 安全殼第三道屏障的完整性

系統(tǒng)安全殼內(nèi)換熱器、安全殼外隔離閥和兩者之間的管道為電站第三道安全屏障的組成部分。在系統(tǒng)設(shè)備、管道出現(xiàn)破口時(shí)，及時(shí)關(guān)閉隔離閥，防止放射性物質(zhì)外泄，確保電站第三道安全屏障的完整性。

1.4 其他功能

換熱水箱為PRS系統(tǒng)提供冷卻水源。在二次側(cè)喪失動(dòng)力和冷卻水源的時(shí)候，為蒸發(fā)器二次側(cè)提供自然循環(huán)冷卻動(dòng)力和冷卻水源。

收集事故后換熱器外表面冷凝水，匯流至CIS系統(tǒng)，用于事故后堆腔注水和冷卻。

2 PCS系統(tǒng)現(xiàn)有的施工難點(diǎn)

2.1 PCS換熱器的安裝不方便

每組PCS換熱器的尺寸非常大，又是安裝在安全殼內(nèi)壁的鋼襯里上，環(huán)吊吊鉤行程無(wú)法將換熱器直接安裝到位，需要設(shè)置臨時(shí)的安裝平臺(tái)，而這部分平臺(tái)的高度差較大，容易帶來(lái)危險(xiǎn)。

2.2 PCS換熱器的安裝不方便

PCS換熱水箱和閥門管道間采用外懸挑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而安全殼筒體采用整體抬升大模板施工方式，因此外掛水箱無(wú)法隨筒體一起施工，需要對(duì)閥門管道間和換熱水箱進(jìn)行二次澆注。

在二次澆注時(shí)，由于水箱本身自重很大，施工時(shí)對(duì)施工縫處理的難度較大。經(jīng)測(cè)算，PCS水箱重量約3 000 t，PRS補(bǔ)水箱重量約1 000 t，混凝土結(jié)構(gòu)其自身自重約9 500 t。墻體需要的混凝土量約為2 316 m3(不含女兒墻、不含39.05 m～42.3 m墻)；樓板需要的混凝土量約為1 240 m3。

在土建施工時(shí)，由于該處位置較高，距離LX廠房屋面11.5 m(42.3～30.8 m),距離SR廠房15.7 m(42.3～26.6 m)、距離SL廠房20.7 m(42.3～21.6 m)，所需要搭建的腳手架高度差大、工程量大，從而導(dǎo)致施工風(fēng)險(xiǎn)較大。

3 對(duì)施工難點(diǎn)的處理方案及后續(xù)改進(jìn)方案

3.1 對(duì)施工難點(diǎn)的處理方案

3.1.1 對(duì)換熱器安裝方式的處理方案

修改換熱器三角支撐的設(shè)計(jì)，將原有的支撐進(jìn)行了延長(zhǎng)和加固，安裝時(shí)可以直接將換熱器放置在新增的三角支撐上，然后人工推拉到位后固定換熱器。安裝完成后新增的三角支撐與蒸發(fā)器隔間頂部連接，作為人員通道的一部分。

3.1.2 對(duì)結(jié)構(gòu)施工難點(diǎn)的處理方案

對(duì)結(jié)構(gòu)施工難點(diǎn)的處理方案可以從以下四個(gè)方面考慮：

1) 懸挑結(jié)構(gòu)與反應(yīng)堆廠房APC殼同時(shí)施工，這種施工方式能減少腳手架的使用時(shí)間，可以從時(shí)間上減少危險(xiǎn)性。水箱與APC殼同時(shí)澆筑，不存在施工縫的問(wèn)題，但會(huì)稍微增加APC殼的施工時(shí)間。

2) 采用模塊化設(shè)計(jì)，可以將水箱及混凝土部分做成結(jié)構(gòu)模塊在地面整體澆筑，待筒體施工完成后吊裝就位。其優(yōu)點(diǎn)在于：模塊化施工可以交叉作業(yè)，節(jié)省工期。

3) 將閥門管道間及換熱水箱整體上移到穹頂?shù)奈恢?，使其外徑與反應(yīng)堆廠房APC殼外徑一致，不會(huì)產(chǎn)生懸挑結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是解決了施工中的問(wèn)題，無(wú)需大面積搭設(shè)腳手架，降低施工難度和風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)增加了水頭高度。

4) 在閥門管道間的底部設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)，按照一定的角度將型鋼插入到反應(yīng)堆廠房的APC大殼上?？梢詫⑿弯撛O(shè)置成上下兩層，上層用以支撐水箱的部分重量，下層用作人員的通道和施工平臺(tái)，這種方式可以有效的減少腳手架的搭建工作，減少風(fēng)險(xiǎn)的產(chǎn)生。

3.2 后續(xù)改進(jìn)設(shè)計(jì)

因排氣管直接與大氣接觸，換熱水箱內(nèi)的水與大氣環(huán)境不是絕對(duì)密封的，在海邊潮濕的氣候下，空氣中的部分鹽離子可能會(huì)進(jìn)入到換熱水箱內(nèi)，使水質(zhì)變差，而這些鹽離子是不能通過(guò)加藥系統(tǒng)進(jìn)行凈化的。因此，在后續(xù)的設(shè)計(jì)中可以在循環(huán)回路中設(shè)置永久性除鹽床。

為保證換熱質(zhì)量和速度，布置在安全殼內(nèi)的換熱器傳熱管的壁厚只有2 mm，且直接暴露于環(huán)境中，容易被外部事件破壞。因此在PCS換熱器的后續(xù)設(shè)計(jì)中可以考慮將導(dǎo)熱管襯于鋼襯里和混凝土之間，以類似水冷壁的形式進(jìn)行設(shè)計(jì)和布置，其優(yōu)點(diǎn)在于不需要在安全殼內(nèi)增加設(shè)備，不需要對(duì)鋼襯里進(jìn)行開(kāi)孔操作，并能利用鋼襯里進(jìn)行大面積換熱。并且其部分管道和閥門可以設(shè)置在雙殼之間，減少外部閥門管道間的設(shè)備和管道數(shù)量，能有效地減少現(xiàn)在閥門管道間的擁擠程度。

4 結(jié)論

“華龍一號(hào)”PCS系統(tǒng)作為一個(gè)全新的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在前期已經(jīng)通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證和評(píng)估，驗(yàn)證了PCS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是合理的、可行的。在施工的過(guò)程中雖然也遇到了一些問(wèn)題，但通過(guò)對(duì)這些問(wèn)題的分析和研究，可以對(duì)后續(xù)的設(shè)計(jì)改進(jìn)積累豐富的經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)“華龍一號(hào)”全球首堆PCS系統(tǒng)的施工驗(yàn)證，為今后的工作積累下豐富的布置與設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，這些經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)將在后續(xù)的機(jī)組建設(shè)中將使得PCS系統(tǒng)的布置更加優(yōu)化。