核電站輔助給水系統(tǒng)M27分區(qū)工藝布置設(shè)計(jì)

蘇應(yīng)斌　王帥　赫榮輝　唐涌濤　黃偉

【摘 要】本文針對(duì)參考電站ASG系統(tǒng)汽輪機(jī)廠房8M27區(qū)域設(shè)備管道布置較為混亂，人員操作、檢修可達(dá)性差等問題，在寧德核電一期等項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中，依據(jù)相關(guān)布置原則，基于PDMS三維平臺(tái)，對(duì)M27分區(qū)設(shè)備和管道工藝布置進(jìn)行全新設(shè)計(jì)，并運(yùn)用專業(yè)軟件對(duì)工藝管道進(jìn)行力學(xué)評(píng)價(jià)。新布置方案已成功應(yīng)用于已經(jīng)商運(yùn)的寧德、陽(yáng)江等核電工程中。

【關(guān)鍵詞】輔助給水系統(tǒng)；9ASG；工藝布置

0 概述

輔助給水系統(tǒng)（ASG）屬于專設(shè)安全設(shè)施之一，其安全作用是在主給水系統(tǒng)的任何一個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生故障時(shí)，作為應(yīng)急手段向蒸汽發(fā)生器二次側(cè)供水。它由兩大部分組成：分屬各個(gè)機(jī)組的部分（1ASG和2ASG）和兩個(gè)機(jī)組共用的部分（9ASG），其中9ASG部分設(shè)備管道布置于常規(guī)島汽輪機(jī)廠房（MX）中主蒸汽防甩擊鋼結(jié)構(gòu)所在的M27分區(qū)。

在寧德核電一期工程ASG系統(tǒng)工藝布置設(shè)計(jì)中，參考電站8M27區(qū)域8ASG設(shè)備管道布置較為混亂，人員操作、檢修可達(dá)性差，此外，土建鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方對(duì)M27分區(qū)所在的主蒸汽防甩擊鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了較大設(shè)計(jì)修改，基于上述原因，需對(duì)本工程9ASG設(shè)備和管道工藝布置進(jìn)行全新設(shè)計(jì)。

1 工藝流程簡(jiǎn)介[1]

ASG系統(tǒng)中兩個(gè)機(jī)組共用的設(shè)備（9ASG）是一套除氧裝置，包括1臺(tái)除氧器（001DZ），兩臺(tái)循環(huán)泵（005PO和006PO），1臺(tái)再生熱交換器（001EX），加熱用蒸汽冷凝水貯存罐（002BA）及冷卻器（001RF）。

工藝流程如圖1所示，兩臺(tái)100%流量的除氧給水泵分別由兩臺(tái)機(jī)組360V交流應(yīng)急電源系統(tǒng)供電，正常情況下一臺(tái)工作，另一臺(tái)備用。由常規(guī)島除鹽水分配系統(tǒng)（SER）或核島除鹽水分配系統(tǒng)（SED）來的除鹽水，通過再生熱交換器（001EX）初步加熱后進(jìn)入除氧器（001DZ）內(nèi)進(jìn)行除氧處理，分別供給ASG和REA水箱。除氧器內(nèi)的水由循環(huán)泵抽出經(jīng)160VD分配，在001EX冷卻后供給1ASG001BA、2ASG001BA或REA水箱，或者回除氧器循環(huán)加熱、除氧。ASG001BA的水也可由循環(huán)泵006PO驅(qū)動(dòng)，通過165VD、166VD、153VD和001EX，進(jìn)入除氧器進(jìn)行再處理。

圖1 9ASG部分工藝流程圖

2 布置設(shè)計(jì)

2.1 參考電站布置存在的問題

在參考電站布置中，將主要設(shè)備兩臺(tái)循環(huán)泵（005PO、006PO）、再生熱交換器（001EX）布置在了0.000m設(shè)備管道布置區(qū)域的中心，導(dǎo)致后期在設(shè)備周邊布置儀表和管線后，設(shè)備操作和檢修通道不通暢。此外，部分閥門操作、檢修可達(dá)性差，如166VD、153VD布置在于2.4m標(biāo)高處，164VD、167VD、172VD、173VD等閥門過于靠近防甩擊鋼結(jié)構(gòu)立柱和斜梁，造成人員操作、檢修可達(dá)性差。此外，部分管道未考慮分層布置，支吊架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同時(shí)后期安裝公司負(fù)責(zé)的儀表管布置占用了預(yù)留空間，造成原本狹窄的人員通道更不通暢。

2.2 布置原則

在設(shè)備（泵和閥門）的布置應(yīng)滿足通用要求（如應(yīng)充分滿足泵的有效凈正吸入壓頭）的基礎(chǔ)上，應(yīng)依據(jù)MX廠房空間規(guī)劃，充分考慮設(shè)備、管道和閥門的安裝、在役檢查和維修、設(shè)備拆除等方面的可達(dá)性和可操作性空間要求。具體按如下布置要求（不局限于下述要求，僅舉例說明）進(jìn)行布置：

（1）除氧器安裝高度和下水管管徑的選擇及布置應(yīng)進(jìn)行計(jì)算，以滿足給水泵（或前置泵）所需汽蝕余量的要求；

（2）設(shè)備管道布置應(yīng)結(jié)合汽輪機(jī)廠房設(shè)備及建筑情況進(jìn)行，設(shè)備方位和管道走向宜與廠房軸線一致；

（3）水平管道交叉較多的位置，宜按管道的走向劃定縱橫走向的標(biāo)高范圍，將管道分層布置；

（4）管道與墻、梁、柱及設(shè)備之間的凈空距離要合理，便于保溫、檢修；

（5）布置于地面上的管道與地面之間的凈空距離，應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定；

（6）管道的布置，應(yīng)保證支吊架的生根結(jié)構(gòu)、拉桿與管子保溫層不致相碰。

2.3 設(shè)備管道布置

根據(jù)常規(guī)島總體規(guī)劃，9ASG系統(tǒng)設(shè)備和管道布置在1MX廠房西南角的M27區(qū)域（東、西方向位于2/A軸與5.1/A軸范圍內(nèi)，南、北方向位于2/1軸和1/3軸范圍內(nèi)），該區(qū)域位于主蒸汽防甩擊鋼結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)，鋼結(jié)構(gòu)共有三層，標(biāo)高分別為+6.200m、+11.200m和+16.170m。

本項(xiàng)目基于PDMS三維平臺(tái)進(jìn)行布置，首先依據(jù)外部接口提資建立了MX廠房主蒸汽防甩擊鋼結(jié)構(gòu)三維模型。在此基礎(chǔ)上，重新對(duì)設(shè)備和管道進(jìn)行合理規(guī)劃和布置，以消除參考電站布置中存在的問題。

為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，并考慮設(shè)備吊裝、檢修可達(dá)性、系統(tǒng)接口位置盡量集中等因素，將主要設(shè)備按如下方式布置：除氧器（001DZ）為立式筒體設(shè)備，為便于安裝和支承，將其布置于+11.200m平臺(tái)上，設(shè)備兩側(cè)支耳分別固定于兩側(cè)鋼梁上。將該設(shè)備布置于高位，可充分滿足循環(huán)泵的有效凈正吸入壓頭。依據(jù)工藝流程，將冷凝水貯存罐（002BA）布置于+6.200m平臺(tái)上。此外，將兩臺(tái)循環(huán)泵（005PO和006PO），再生熱交換器（001EX），冷卻器（001RF）布置于±0.000m地面。

以±0.000m層設(shè)備和管道布置為例，主要設(shè)備布置于4.2/A軸與3.1/A軸之間靠近西側(cè)（不同設(shè)備間留出約2.5m寬的檢修空間），東側(cè)留出約2.5m寬的通道，將相關(guān)管道、閥門集中有序布置于1.2/A軸與3.1/A軸之間，同時(shí)將所有與外單位管道接口位置集中布置于該區(qū)域南側(cè)。通過全新規(guī)劃，為設(shè)備、管道、閥門的操作、檢修提供了充足空間，如圖2。

2.4 管道支吊架三維輔助設(shè)計(jì)

在三維平臺(tái)中進(jìn)行了9M27區(qū)域所有管道支吊架的三維模型搭建（如圖3），此項(xiàng)工作與管道力學(xué)評(píng)價(jià)并行，并同時(shí)進(jìn)行三維碰撞檢查，確保各物項(xiàng)之間互不干涉。相比之前純二維制圖，該方法有效地提高了圖紙質(zhì)量，在現(xiàn)場(chǎng)安裝過程中，設(shè)計(jì)變更和現(xiàn)場(chǎng)澄清數(shù)量得到了很好地控制。

圖3 管道支吊架三維模型

3 應(yīng)力分析

3.1 管道應(yīng)力評(píng)定準(zhǔn)則和材料性能

該區(qū)域管道符合ASME B31.1動(dòng)力管道規(guī)范適用范圍，因此該區(qū)域管道按照ASME B31.1-2004進(jìn)行應(yīng)力分析評(píng)定。

（1）管道元件一次應(yīng)力（由持續(xù)載荷引起的應(yīng)力）需滿足方程104.8.1（11B）的要求。

（2）管道元件二次應(yīng)力（熱膨脹應(yīng)力范圍）需滿足方程104.8.3（13B）的要求。

（3）管道材料性力學(xué)能取自ASME B31.1-2004，強(qiáng)制性附錄A。

各符號(hào)含義見ASME B31.1-2004。

3.2 分析方法和結(jié)果

管道分析采用TRIFLEX V3.3.1專業(yè)應(yīng)力分析軟件，該軟件由美國(guó)AAA-PSI公司在1971年推出，廣泛應(yīng)用于化工、石油、電力等行業(yè)。以設(shè)備管嘴和與外部接口單位（廣東電力研究設(shè)計(jì)院）管道接口為分析解耦邊界，本區(qū)域管道通過6個(gè)管道分析模型完成應(yīng)力分析計(jì)算。通過分析與布置工作相互反饋，最終使管道一次應(yīng)力和二次應(yīng)力計(jì)算值均在許用范圍內(nèi)，各設(shè)備接管嘴承受的最大推力和推力矩均在允許值范圍內(nèi)，部分分析結(jié)果見表1和表2。

4 小結(jié)

針對(duì)參考電站布置存在設(shè)備檢修可達(dá)性較差，人員通道不通暢等問題，加之本項(xiàng)目主蒸汽防甩擊鋼結(jié)構(gòu)相比參考電站進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，在寧德核電一期工程設(shè)計(jì)中，對(duì)9ASG系統(tǒng)設(shè)備和管道進(jìn)行全新布置。

新布置基于PDMS三維平臺(tái)進(jìn)行，在充分理解工藝流程和相關(guān)布置原則的基礎(chǔ)上，對(duì)設(shè)備和管道布置進(jìn)行了合理的規(guī)劃，同時(shí)運(yùn)用專業(yè)軟件對(duì)布置方案進(jìn)行了力學(xué)評(píng)價(jià)，以滿足力學(xué)要求。

新布置方案消除了參考電站布置存在的問題，目前已成功應(yīng)用于寧德、陽(yáng)江等核電工程中。

【參考文獻(xiàn)】

[1]蘇林森，楊輝玉，等.900MW壓水堆核電站系統(tǒng)與設(shè)備[M].北京：原子能出版社，2005，3：182-184.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]