核電廠汽輪機廠房降標(biāo)高設(shè)計方案

鮑旭東，李儒鵬

（1.中核核電運行管理有限公司，浙江　海鹽　314300；2.中國電力工程顧問集團(tuán)華東電力設(shè)計院，上?！?00063）

核電廠汽輪機廠房降標(biāo)高設(shè)計方案

鮑旭東1，李儒鵬2

（1.中核核電運行管理有限公司，浙江海鹽314300；2.中國電力工程顧問集團(tuán)華東電力設(shè)計院，上海200063）

文章介紹了方家山核電工程初步設(shè)計階段對汽輪機房降標(biāo)高設(shè)計方案的評審過程及關(guān)注要點。常規(guī)島工程設(shè)計的好壞對于核電工程項目的影響巨大，應(yīng)重視設(shè)計階段的管理，增加設(shè)計審查的投入，特別是組織對設(shè)計方案的選擇、論證、優(yōu)化和評審。

汽輪機廠房標(biāo)高；降低標(biāo)高；方案評審

秦山核電廠擴建項目（方家山核電工程）廠址位于浙江省海鹽縣秦山鎮(zhèn)境內(nèi)的秦山核電基地，秦山核電基地目前已建成秦山一期、二期和三期工程。方家山核電工程建造的兩臺百萬千瓦級的壓水堆核電站的冷卻水水源取自秦山一期工程東側(cè)的杭州灣海域，通過約1 300 m長的輸水隧道將海水引入廠區(qū)，溫排水通過排水暗渠及排水隧道，向北穿過秦山一期工程海堤，排入杭州灣海域。

方家山核電工程的設(shè)計建設(shè)是以嶺澳一期核電站為參考電站，借鑒嶺澳二期的工程實踐，采用二代加改進(jìn)技術(shù)。由于廠址的地質(zhì)、環(huán)境、氣象等條件均與參考電站不同，在設(shè)計上需進(jìn)行相應(yīng)的廠址適應(yīng)性修改。中國電力工程顧問集團(tuán)華東電力設(shè)計院（以下簡稱華東院或ECEPDI）作為常規(guī)島設(shè)計院，在參考電站設(shè)計準(zhǔn)則基礎(chǔ)上，結(jié)合核電廠址條件和工程設(shè)計實踐經(jīng)驗，在工程方案設(shè)計階段，提出修改汽輪機廠房標(biāo)高設(shè)置和布置設(shè)計，以提高電站設(shè)計技術(shù)的先進(jìn)性和運行的經(jīng)濟性。

1　設(shè)計審查的要求

方家山核電工程采用EPC管理模式，由中國核電工程有限公司（CNPE）作為工程總承包方，負(fù)責(zé)全面的工程設(shè)計審查，對合同電廠的設(shè)計負(fù)總體責(zé)任。按照總承包合同規(guī)定，方家山核電工程項目業(yè)主秦山核電有限公司（QNPC）有權(quán)委托獨立第三方或組織專家組進(jìn)行專項的設(shè)計審查。在核電工程的總體設(shè)計階段，對核電工程設(shè)計改進(jìn)項的評審是設(shè)計管理的重點工作之一，通過綜合考慮設(shè)備采購和工程建設(shè)進(jìn)度要求，選擇在技術(shù)上是成熟的，并有可借鑒的工程設(shè)計方案，通過業(yè)主組織的專項設(shè)計審查確定工程設(shè)計方案，可以降低改進(jìn)項對工程質(zhì)量、進(jìn)度、工期帶來的風(fēng)險。

2　常規(guī)島廠房標(biāo)高設(shè)計方案

2.1常規(guī)島廠房的布置設(shè)計

常規(guī)島廠房主要由汽輪機房和輔助間組成，廠房設(shè)計一般為底層、中間層和運轉(zhuǎn)層三層布置。在總體設(shè)計階段要充分考慮布置方案的包絡(luò)性，通過國內(nèi)設(shè)備制造廠的調(diào)研，常規(guī)島廠房布置方案設(shè)計時考慮了主機設(shè)備制造廠推薦的三缸四排汽、加缸和加長葉片的三種可能方案。

華東院（ECEPDI）在方家山核電工程的可行性研究階段提出了常規(guī)島汽輪機房降標(biāo)高布置設(shè)計方案。由于汽輪機房降低標(biāo)高布置的這類重大設(shè)計改進(jìn)項對核電工程的建造質(zhì)量和投資費用，以及今后電廠的運行維護(hù)及節(jié)能都有至關(guān)重要的影響。在2007年9月QNPC項目業(yè)主組織召開汽輪機房降標(biāo)高布置方案專題分析報告的專家評審，重點對汽輪機廠房標(biāo)高設(shè)置方案的技術(shù)可行性和安全經(jīng)濟性進(jìn)行了審查。華東院依據(jù)確定的汽輪機房降標(biāo)高設(shè)計方案，順利開展了汽輪機冷端優(yōu)化、常規(guī)島系統(tǒng)初步設(shè)計以及廠房布置優(yōu)化設(shè)計等深入的設(shè)計工作。

2.2汽輪機房降低標(biāo)高設(shè)置的必要性

濱海核電廠都是采取海水冷卻水直冷方式，海水通過循環(huán)水泵從附近的海域抽取送到汽輪機廠房的凝汽器。在常規(guī)島工程設(shè)計時，如果汽輪機房零米層標(biāo)高設(shè)定在廠址地坪標(biāo)高度上，則將造成海水循環(huán)冷卻水的提升高度增加，循環(huán)水泵需要電動機的功率增大，所消耗的廠用電增多。在秦山二期和秦山三期的常規(guī)島工程設(shè)計上，都采用了汽輪機房零米層標(biāo)高降低的設(shè)計方案，通過總結(jié)秦山地區(qū)各個核電廠機組實際運行情況和經(jīng)驗反饋來看，汽輪機廠房的零米設(shè)計標(biāo)高降低布置在技術(shù)上是可行的，經(jīng)濟上是有利的，對于方家山核電工程有必要考慮適當(dāng)降低凝汽器的布置高度，減少循環(huán)水泵的設(shè)計揚程，降低電廠的運行費用。

2.3汽輪機房零米層標(biāo)高的選擇

在秦山基地已建成的三個核電工程的廠坪標(biāo)高和汽輪機房零米層標(biāo)高的設(shè)計各不相同，秦山一期廠坪標(biāo)高為+5.0 m（黃海高程）；汽輪機房零為層標(biāo)高為+5.5 m（不降低）；秦山二期廠坪標(biāo)高+10.93 m，汽輪機房零為層標(biāo)高為+3.73 m（下降7.2 m）；秦山三期廠坪標(biāo)高為+11.7 m，汽輪機房零為層標(biāo)高為-0.5 m（下降12.5 m）。方家山核電工程確定的廠址地坪設(shè)計標(biāo)高為+10.1 m。ECEPDI結(jié)合目前國內(nèi)外核電工程實踐，特別是秦山地區(qū)秦山二期和三期汽輪機房降標(biāo)高設(shè)計的工程經(jīng)驗，在通過多種方案的對比分析，選用汽輪機房零米層標(biāo)高降低7.5 m方案，該方案在排水管、虹吸井及排水管水頭損失取值上相對保守，充分利用了虹吸高度，循環(huán)水泵幾何揚程理論上較低，從節(jié)能的角度上來分析是最為經(jīng)濟的方案。

2.4汽輪機房標(biāo)高下降后廠房布置方案

在考慮降低汽輪機房標(biāo)高布置時，除了要考慮循環(huán)水泵運行的經(jīng)濟性要求外，還需綜合考慮機組運行的安全性要求和汽輪機廠房主要設(shè)備安裝就位及檢修空間的要求。根據(jù)秦山二期、三期工程的機組運行的經(jīng)驗反饋，汽輪機廠房標(biāo)高下降高度的選擇應(yīng)保證在海平面高潮位時不會發(fā)生海水倒灌和凝汽器在泄漏時能隔離排水，要充分考慮電廠機組運行的安全性和設(shè)備可檢修性的要求。對于汽輪機房各層主要設(shè)備安裝就位及檢修空間要求，與地上布置不同，降標(biāo)高布置的汽輪機房設(shè)備運輸大門進(jìn)口處于中間層平臺，需要設(shè)置底層設(shè)備起吊用的檢修孔，同時需要考慮增加結(jié)構(gòu)承載的設(shè)計，以滿足汽輪機廠房大件設(shè)備的運輸和吊裝，特別是汽輪機房降標(biāo)高布置對凝汽器的安裝方案影響最大。方家山項目的凝汽器殼體模塊是在工廠完成穿管，整體發(fā)運現(xiàn)場進(jìn)行模塊拼裝，需要在廠房外正對凝汽器的區(qū)域，增設(shè)地下空間及披屋，作為凝汽器模塊進(jìn)廠房和組裝場地， 也為今后凝汽器更換鈦管的留出檢修空間。由于兩個廠房之間通道距離小，在2號機組凝汽器模塊安裝時，需要緩建1號機組位于兩個廠房之間的潤滑油轉(zhuǎn)運站（MO）和化學(xué)加藥間（MP），等2號機組凝汽器模塊安裝完畢后再啟動施工。

在方家山核電工程設(shè)計中，汽輪機房作為一個整體，按照整體下降7.5 m方案考慮，廠區(qū)地坪標(biāo)高為+10.1 m，同時考慮中間夾層相對廠區(qū)地坪標(biāo)高高出0.15 m，并按照相對標(biāo)高為0.00 m，汽輪機房底層標(biāo)高為-7.5 m（黃海高程+2.75 m），汽輪機房內(nèi)布置的主要設(shè)備均下降7.5 m［1］。由于核島廠房、廠區(qū)溝道及汽輪機房周圍其他子項的標(biāo)高均維持不變，汽輪機房整體降低標(biāo)高后，汽輪機房與其他子項之間相連的管道，電纜橋架、連接通道等相互位置將發(fā)生變化，即接口關(guān)系發(fā)生了變化，特別是汽輪機廠房的主蒸汽系統(tǒng)（VVP）和主給水系統(tǒng)（ARE）的母管也將隨廠房下降，將引起這兩個系統(tǒng)相對參考電站發(fā)生設(shè)計變更。

綜合各設(shè)計方意見，在汽輪機房整體標(biāo)高下降方案的基礎(chǔ)上，考慮在汽輪機房靠近核島廠房側(cè)專門設(shè)置一檔（8 m左右）不降低標(biāo)高的方案，主要是為了主蒸汽、主給水及其母管所在的汽輪機第一垮保持不變。該方案避免了主蒸汽母管和主給水母管設(shè)計布置修改的問題，并且系統(tǒng)管道相關(guān)的應(yīng)力分析、抗震計算，以及主蒸汽管道防甩擊設(shè)計計算，都不需重新設(shè)計分析和論證，避免汽輪機房下降方案對方家山核電工程的整體設(shè)計工作進(jìn)度造成影響。

2.5典型的汽輪機房標(biāo)高設(shè)置及布置方案

典型方案一：汽輪機房地面布置方案

按照參考電站設(shè)計方案的汽輪機房布置方案，各主要層的布置分別為：底層0.20 m，夾層6.20 m，運轉(zhuǎn)層16.20 m，如圖1所示。

圖1　汽輪機房地面布置不降標(biāo)高（典型方案一）Fig.1　No lowering of turbine building elevation（Typical scheme 1）

典型方案二：汽輪機房整體降標(biāo)高方案

汽輪機房整體下降標(biāo)高7.5 m，在汽輪機房A排柱外側(cè)與凝汽器相對應(yīng)的部位需考慮增設(shè)地下空間及披屋。汽輪機房整體下降后，各主要層的布置分別為：底層-7.50 m，夾層0.00 m，運轉(zhuǎn)層8.50 m，如圖2所示。

典型方案三：汽輪機房內(nèi)專設(shè)一檔的降標(biāo)高方案

汽輪機房降標(biāo)高并專設(shè)一檔（8 m寬度），汽輪機房分為二個區(qū)域，即不降標(biāo)高的汽輪機房主蒸汽管廊區(qū)和標(biāo)高降低區(qū)，標(biāo)高降低區(qū)底層相對標(biāo)高為底層-7.50 m，夾層0.00 m，運轉(zhuǎn)層8.50 m，如圖3所示。

圖2　汽輪機房整體降高（典型方案二）Fig.2　Lowering of turbine building elevation（Typical scheme 2）

圖3　專設(shè)一檔的降標(biāo)高方案（典型方案三）Fig.3　Lowering of turbine building elevation by adding an interval （Typical scheme 3）

3　方案技術(shù)經(jīng)濟分析

3.1汽輪機房降標(biāo)高及廠房布置方案的技術(shù)分析

對于汽輪機房降低標(biāo)高后的兩種不同廠房布置（典型方案二、三）設(shè)計方案的技術(shù)可行性和安全可靠性分析，需要以汽輪機房地面布置即不降標(biāo)高（典型方案一）為比較基準(zhǔn)。技術(shù)分析包括汽輪機房降標(biāo)高后廠房布置變化、工藝系統(tǒng)變化、設(shè)計接口處理，以及汽輪機廠房土建結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面的變化。

對于汽輪機廠房布置的變化分析，汽輪機房下降布置后，需要考慮在與凝汽器相對應(yīng)的部位增設(shè)凝汽器維修空間及披屋，增設(shè)防潮通風(fēng)的豎井，以改善地下廠房的工作條件，增加了土建開挖量。對于汽輪機房整體下降的典型方案二，由于從核島（NI）來的管道及橋架等標(biāo)高維持不變（包括主蒸汽和主給水管道），而在常規(guī)島（MX）這些管道及橋架等標(biāo)高均相應(yīng)降低。對于典型方案三，雖然從核島來的主蒸汽和主給水管道到汽輪機房母管標(biāo)高沒有變化，但從母管到汽輪機主汽門、MSR、凝汽器、高壓加熱器、旁路排放等管道相對標(biāo)高的布置發(fā)生較大變化。

對于常規(guī)島工藝系統(tǒng)變化分析，由于汽輪機房標(biāo)高降低引起常規(guī)島與核島（NI/MX）廠房高差增加，從除氧器經(jīng)給水泵送水到蒸汽發(fā)生器需克服更多的壓頭，會影響給水泵設(shè)備的揚程。由于汽輪機房半地下廠房的工作環(huán)境條件變差，需要增加防潮、通風(fēng)、照明和排水等設(shè)施，汽輪機房采用豎井通風(fēng)方式，地下部分采用機械送風(fēng)，地上部分采用百葉和建筑窗戶自然進(jìn)風(fēng)。設(shè)置地下廠房消防排水系統(tǒng)，對消防時產(chǎn)生的消防水采用機械方式排出。另外，為防止排水管道的破裂而引起汽輪機房水淹，而不使汽輪機房的水經(jīng)GB管溝進(jìn)入核島，需要充分考慮防止海水高潮水倒灌措施。

對于汽輪機廠房土建結(jié)構(gòu)的變化和設(shè)計接口變化的分析，方家山核電工程的汽輪機房采用鋼筋混凝土大底板的筏基基礎(chǔ)，可增強廠房的整體剛度，抗御地下水通過巖石裂隙的滲漏，結(jié)構(gòu)設(shè)計時同時考慮了降低標(biāo)高后側(cè)壁抗?jié)B措施，基礎(chǔ)底板抗?jié)B及抗裂等措施，以及地下部分廠房的抗浮能力等問題，此形式與參考電廠的獨立基礎(chǔ)相差較大。對于穿過汽輪機房基礎(chǔ)地基的大口徑循環(huán)水管施工，采用將循環(huán)水管先安放在局部爆炸成形的基巖槽溝內(nèi)，然后在循環(huán)水管外壁四周澆灌混凝土，以使其與基巖槽溝形成整體的施工設(shè)計方案。常規(guī)島與BOP有關(guān)廠房的進(jìn)出汽輪機房的循環(huán)水管道（GA、GD溝的循環(huán)水管、輔助冷卻水管、給排水管及消防水管等）接口需重新定位和布置。對于整體降標(biāo)高典型方案二，由于主蒸汽管道的布置產(chǎn)生了變化，管道防甩擊支架設(shè)計要求也發(fā)生了變化，給支架設(shè)計帶來一定的難度。而對于典型方案三專設(shè)一檔降低標(biāo)高方案，由于主蒸汽管道的布置與參考電站相同，管道防甩擊支架設(shè)計要求也基本相同。

3.2汽輪機房降標(biāo)高布置的經(jīng)濟分析

汽輪機房降低標(biāo)高布置設(shè)計方案的經(jīng)濟性比較分析內(nèi)容包括了運行費用和工程費用兩個方面。當(dāng)汽輪機房采用半地下式布置（零層標(biāo)高降低7.5 m）時，與采用地上式布置相比較凝汽器設(shè)備安裝標(biāo)高下降了7.5 m，意味著兩種方案的循環(huán)水泵揚程差值約7.5 m。方家山核電工程兩臺機組共4臺循環(huán)水泵，經(jīng)計算，當(dāng)汽輪機房采用半地下式布置時，單臺循環(huán)水泵電機運行可節(jié)省廠用電量約為2 679 kW（即兩種布置方式的電機功率差值），循環(huán)水泵的年運行費用可節(jié)省約2 899萬元。由于汽輪機廠房降低標(biāo)高布置后，造成給水泵設(shè)計揚程增大，給水泵電機消耗廠用電量增加，估計年運行費用增加約98萬元。以及廠房通風(fēng)采用機械送風(fēng)方式，需增加機械送風(fēng)機組，增加年運行費用約390萬元。綜合考慮各種因素，采用汽輪機廠房降低標(biāo)高布置的設(shè)計方案，電廠每年運行費用可節(jié)省約2 411萬元［1］。

對于汽輪機房整體降低標(biāo)高后，增加了汽輪機房土建及設(shè)備安裝工程量及費用，主要包括有MX與NI及BOP廠房有接口的管道的長度增加及相應(yīng)的安裝工程量增加；汽輪機房負(fù)挖增加地下部分基礎(chǔ)及結(jié)構(gòu)施工工程量；增加循環(huán)水取排管道（溝）的工程量；增加消防排水設(shè)施及設(shè)備安裝工程量；增加采暖通風(fēng)設(shè)施及設(shè)備安裝工程量。相對不降標(biāo)高布置典型方案一，整體降標(biāo)高布置典型方案二的工程一次性投資費用增加合計約1 641萬元，約0.7年回收初期投資；而典型方案三的工程一次性投資費用增加合計約4 795萬元，約2年回收初期投資［1］。

4　結(jié)束語

在核電工程總體設(shè)計階段，業(yè)主單位在綜合權(quán)衡電廠運行安全性、技術(shù)先進(jìn)性、經(jīng)濟性和工程可實施性要求，通過組織專題評審，確定方家山核電工程汽輪機房標(biāo)高降低方案在技術(shù)上是可行的，經(jīng)濟上是有利的。設(shè)計單位在常規(guī)島工程初步設(shè)計階段，通過進(jìn)一步的全面的技術(shù)分析和經(jīng)濟性分析研究，結(jié)合已建核電工程的設(shè)計實踐和運行經(jīng)驗反饋，同時綜合考慮工程設(shè)計、設(shè)備采購和施工進(jìn)度要求，最終選擇了汽輪機房零米層標(biāo)高降低7.5 m并專設(shè)一跨的設(shè)計方案。汽輪機房降低標(biāo)高布置方案的工程設(shè)計改進(jìn)和實施，使方家山核電工程項目設(shè)計建造的總體安全水平和技術(shù)經(jīng)濟性得到進(jìn)一步提高。

［1］ 吳涌，張杰，張豪冰，等. 秦山核電廠擴建項目（方家山核電工程）汽輪機房標(biāo)高設(shè)置專題分析報告C版（30-H300301CY-A01）［Z］. 中國電力顧問集團(tuán)華東電力設(shè)計院，2008.（WU Yong，ZHANG Jie， ZHANG Hao-bing， et al. Special analysis report on setting of elevation for the turbine building of Qinshan-II Extension Project（Fangjiashan Nuclear Power Project） （Version C） （30-H300301C Y-A01）［Z］. East China Electric Power Design Institute of China Power Engineering Consulting Group， 2008.）

［2］孫琳. 核電常規(guī)島主廠房下沉式布置方案經(jīng)濟性分析［J］.科技信息，2007，32.（SUN Lin. The economic analysis for the subside layout of the main building of the conventional island of nucle ar power plant［J］.，2007，32.）

Review of Turbine Building Low Elevation Design Scheme of FJS Nuclear Power Project

BAO Xu-dong1， LI Ru-peng2
（1. Nuclear Power Operation and Management Co.， Ltd.， Haiyan of Zhejiang Prov. 314300，China；2. East China Electric Power Design Institute of CPEC，Shanghai200063，China）

This paper introduces the review process and related concerned points on the scheme of turbine building low elevation arrangement during basic design period， the quality of the conventional island engineering plays a very important role in the project engineering， the design management should be paid attention， and design review should be enhanced， especially the design scheme selection， verification and review should be organized.

turbine building elevation；lowering of the elevation；the scheme review

TM623Article character：AArticle ID：1674-1617（2015）03-0214-05

TM623

A

1674-1617（2015）03-0214-05

2015-06-12

鮑旭東（1966—）男，浙江寧波人，高工，本科，研究方向核電設(shè)備運行及管理，現(xiàn)從事核電站設(shè)備管理工作。