核电厂核岛布置初步设计内容与深度探微

核电厂核岛布置初步设计内容与深度探微

罗勇

（中国能源建设集团广东火电工程有限公司510730）

摘要：核岛布置是实现核岛系统功能、灾害防护、辐射防护、厂房建筑结构等设计要求的实体体现，是检验核岛设计技术落地的关键环节，鉴于行业内现有规定对“核岛布置初步设计内容与深度”描述较笼统，因此，有必要对核电厂核岛布置初步设计内容和深度进行精细化、规范化要求，以便于充分评估核电厂技术先进性、经济性和工程建造工期可实现性等工程建设关键性指标。

关键词：核岛布置；初步设计；内容；深度；探讨

随着经济社会发展和对环境保护要求的日益提高，作为清洁能源技术之一的核电技术也在不断向前发展，20世纪三哩岛事故后，世界主要核电技术供应商纷纷发展了各自的三代核电技术，如：AP1000、EPR、SYSTEM80+、ABWR，等等，并凭此占据了新世纪的国际核电高端市场；尤其是2011年“福岛核事故”后，新建核电站基本不能再采用已掌握的且已批量建设的、成熟的原CPR1000+二代加技术，因此，拥有自主知识产权的三代核电技术对于国内核电集团生存与发展就显得尤其重要，具有完全自主知识产权、符合核电“走出去”战略要求的“华龙一号”应运而生。

1.总体布置技术思路

鉴于中国已经拥有了比较成熟的地面核电厂技术，且在《核电中长期发展规划（2005—2020年）》中指出了三代压水堆是未来中国核电厂的主力堆型。因此，概念设计阶段，地下核电厂研究的总体目标为：充分利用中国自主设计建造的600MW级核电厂成熟技术，以秦山核电厂二期或海南昌江核电厂的反应堆及核岛系统为基础，研究开发安全性优于地面第三代核电厂、经济性与地面第三代核电厂相当、拥有自主知识产权的国产化600MW级先进压水堆地下核电厂CUP600。从工程安全和经济合理的角度考虑，应尽量减小地下洞室规模。核电厂中涉核建筑物与核安全直接相关，应布置在地下。考虑到事故情况下人员疏散、通风、应急操作的要求，将电气厂房拆分成两部分，其中主控室和应急控制室布置在地面，其余部分布置在地下。对地下核电厂核岛厂房的划分如表1所示。

表1地下核电厂核岛厂房划分

2.核岛总体布置方案

以丘陵地区中等规模山体地形为基础，采用阶地平埋型式对核岛厂房进行总体布置设计。将涉核建筑物布置在山体内；根据非能动系统功能要求，将高位水池及核岛消防泵房布置在山体上部平台；其余厂房布置在山体边坡外侧平台。

2.1地下厂房布置

核岛中涉核建筑物布置在地下洞室中。为满足洞室群围岩稳定的要求，各洞室间需保留足够厚度的岩体，因此地下各厂房之间的布置距离相比地面将大大增加。核岛厂房洞室中，反应堆厂房洞室的跨度和高度均为最大，是影响地下核电厂洞室群布置和埋深的主要建筑。考虑到地下建筑物的抗震要求、极端事故条件下建筑物的防护要求、上覆岩体厚度要求、地应力对洞室稳定性的影响、交通和排水的难度等因素，初步确定地下核电厂反应堆厂房洞室埋深为100m，其余洞室埋深依据常规地面核电厂相应厂房间标高差设计，设计应满足相关要求。

考虑到地下洞室施工的便利性和洞室的结构稳定性，容纳核岛地下厂房的各洞室采用“L”型布局型式：以反应堆厂房为中心，核辅助厂房、燃料厂房、安全厂房和电气厂房（地下）呈“L型”分别布置在反应堆厂房的两侧。其中，核辅助厂房、燃料厂房、安全厂房依次布置在跨度为30m的组合洞室内，电气厂房洞室与组合洞室垂直布置在反应堆厂房洞室的另一侧。“L型”布置方案将安全厂房、燃料厂房和核辅助厂房并列布置在与反应堆厂房洞室间距为50m、跨度为30m的组合洞室中。由于洞室跨度的限制，各厂房的尺寸较常规地面核电厂厂房尺寸发生了较大改变。

2.2国内CPR1000+项目核岛布置初步设计内容与深度特点

从2005~2011年是国内CPR1000+项目批量化发展的成熟期，期间，高峰时同时在建的有15台以上机组，鉴于该技术路线成熟性，为了满足工程项目快速推进、实现项目总工期要求，大多数工程项目留给设计单位开展核岛布置初步设计的时间都非常短，一般在6~10个月，在这之后就是开展核岛布置施工图阶段设计，比如出版核岛厂房详细布置图、施工图设计深度土建接口图等，以及出版土建、设备、管道等施工图纸。在这短短几个月时间内，核岛布置初步设计主要是根据参考电站翻版设计核岛厂房设备管道布置图（表达主要设备布置和主要管道走向布置）、设备就位图、土建接口图（用于土建结构的初期设计，使土建工程设计者确定结构的尺寸，进行地震分析，计算楼层响应谱及不均匀沉降，确定基础尺寸等，其中对于孔洞设计深度要求在2m2以上）等设计工作。从图纸内容与深度来看，完全满足了工程建设需求，但是，对于核岛布置初步设计出版这些文件是否合理，是否对于新研发项目具有可参考、可借鉴，并没有严格意义上去审视，尽管如此，也积累丰富的核岛布置设计经验，为后续新项目核岛布置设计如何开展奠定了一定基础。

3.国内新建核电项目核岛布置初步设计内容

与深度选择结合CPR1000+项目翻版设计经验和对阳江一期项目核岛布置初步设计主要内容与深度分析发现，在满足行业通用要求《核电厂初步设计文件内容深度规定》情况下，国内新建核电项目核岛布置初步设计内容与深度可参考下面要求执行，同时也满足核电厂技术先进性、经济性和工程建造工期可实现性等工程建设关键性指标评估，还有利于设计单位在项目快速推进情况下，扎实做好初步设计阶段工作，为施工图设计精细化、规范化设计管理打下坚实基础。

3.1工艺系统设备、管线设计深度

（1）所有工艺系统设备（包括风机、机柜等）重量≥5t或设备体积≥1m3设备进行布置设计，位置偏差≤小于100mm，其余的设备需进行布置设计规划。

（2）起吊重量≥5t吊车布置设计，位置偏差≤小于100mm。

（3）流体管道、支吊架布置：

①完成核岛安全相关系统公称直径≥DN50管道三维初步布置。②确定所有公称直径≥DN100管道走向（其中该管道与其它设备、管道相连的管道也包括在内），并且完成管道初步力学计算及其支吊架概念设计。

（4）风管、支吊架布置

确定单边长度超过300mm风管走向，并且完成其支吊架概念设计。

（5）电缆桥架、支吊架布置

确定300mm以上电缆桥架走向，并且完成其支吊架概念设计。

（6）贯穿件布置

①完成所有机械、电气、仪控贯穿件三维布置规划；

②确定开孔直径或任意一边大于300mm孔洞机械、电

气、仪控贯穿件定位。

3.2土建接口相关设计深度

目的：保证土建针对结构和厂房开展具体的计算和分析。

（1）完成确定厂房结构、主要荷载、大部分设备定位、大部分管道布置、主要电缆桥架布置、人流与物流通道设计、大部分的孔洞确定；

（2）确定各厂房精确的楼层标高；

（3）确定厂房墙体、地板等土建结构的精确尺寸及定位；

（4）完成设备（大于或等于5t）的布置，确定其基座总尺寸；

（5）确定受设备安装影响的土建结构；

（6）完成影响直径或任意一边大于300mm孔洞（包括门洞）定位的管道、风管、电缆桥架的布置；

（7）直径或任意一边大于300mm孔洞（包括门洞）的位置和尺寸；

（8）确定对结构混凝土有影响的沟槽、排水沟及管沟的位置；

（9）确定土建施工中及施工后的设备（大于或等于5t）进场路线；

（10）确定5t以上集中荷载及相应的作为均布荷载给出的预埋件、管道、电缆、通风管的类型及位置，小于5t的集中荷载应考虑在均布荷载中。

结束语

基于CPR1000+项目翻版设计经验和对阳江一期项目核岛布置初步设计主要内容与深度分析，提出了满足行业通用要求《核电厂初步设计文件内容深度规定》的、适用于我国核电工程项目建设特点的新建核电项目核岛布置初步设计内容与深度要求。这一要求可用于指导国内核岛布置初步设计，也可据此借鉴制定核岛工艺系统、核岛土建结构、核岛力学分析等设计内容与深度规定，从而形成一整套有利于精细化、规范化管理的核岛初步设计内容与深度规定，还可供目前核电小型堆研发设计借鉴、使用。

参考文献：

[1]国家能源局.《核电厂初步设计文件内容深度规定》（NB/T20401-2017）[S].北京：原子能出版社，2017.

[2]吴辉岳，柴伟东.核电厂管道设计工业化管理方法探讨[J].电力建设，2013，34（2）：105~108.