核電廠應(yīng)急指揮中心設(shè)備抗震加固實(shí)踐

白志強(qiáng)，徐春松

(海南核電有限公司，海南 昌江 572733)

福島核事故后，國(guó)家核安全局進(jìn)一步明確了核電廠應(yīng)急指揮中心可居留性及功能的技術(shù)要求，在2012年發(fā)布的《福島核事故后核電廠改進(jìn)行動(dòng)通用技術(shù)要求(試行)》中，提出：“應(yīng)急控制中心按廠址所在地區(qū)地震基本烈度提高一度進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，并按照設(shè)計(jì)基準(zhǔn)地震動(dòng)SL2(相當(dāng)?shù)牡孛婕铀俣?進(jìn)行校核”[1]。但考慮地震情況下應(yīng)急指揮中心功能的正常使用，在場(chǎng)內(nèi)應(yīng)急計(jì)劃批復(fù)文件中提出：“統(tǒng)籌加強(qiáng)應(yīng)急指揮中心內(nèi)應(yīng)急相關(guān)重要設(shè)施設(shè)備抗震能力，進(jìn)行適當(dāng)加固處理，滿足SL-2校核要求”的要求?；诖?，海南昌江核電廠開(kāi)展了應(yīng)急指揮中心重要系統(tǒng)設(shè)備的抗震分析和加固處理。

1 抗震加固范圍的確定

海南昌江核電廠應(yīng)急指揮中心為地上三層建筑，與運(yùn)行支持中心合建。按照國(guó)家相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)要求，應(yīng)急指揮中心是核電廠在應(yīng)急情況下進(jìn)行統(tǒng)一指揮和協(xié)調(diào)工作的場(chǎng)所，其主要功能是為核電廠應(yīng)急響應(yīng)期間的應(yīng)急響應(yīng)活動(dòng)提供指揮場(chǎng)地和應(yīng)急響應(yīng)期間的生活保障[2]，應(yīng)急指揮中心應(yīng)具備的應(yīng)急響應(yīng)基本功能和主要支持功能如表1所示。

海南昌江核電廠應(yīng)急指揮中心設(shè)施功能及主體設(shè)施抗震在設(shè)計(jì)建造階段已考慮，并通過(guò)了核安全監(jiān)管部門(mén)認(rèn)可。因此本次改造不涉及上述基本功能的改變，僅針對(duì)保障相關(guān)功能的重要系統(tǒng)設(shè)備，具體分析見(jiàn)表2。

表1 應(yīng)急指揮中心的應(yīng)急響應(yīng)功能

表2 應(yīng)急指揮中心功能保障相關(guān)重要系統(tǒng)設(shè)備

分析表明，昌江核電廠應(yīng)急指揮中心內(nèi)需要進(jìn)行抗震加固的重要系統(tǒng)設(shè)備包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)服務(wù)器及機(jī)柜、蓄電池組、配電柜、通風(fēng)空調(diào)機(jī)組、碘吸附裝置、冷水機(jī)組、通風(fēng)管道、生活水箱等，該結(jié)論符合《核動(dòng)力廠場(chǎng)內(nèi)應(yīng)急設(shè)施設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》[3]中相關(guān)要求：“應(yīng)急控制中心內(nèi)與可居留性及可用性相關(guān)的設(shè)備應(yīng)滿足地震條件下的可用性，滿足抗震要求的設(shè)備至少應(yīng)包括應(yīng)急柴油機(jī)、UPS主機(jī)、通風(fēng)空調(diào)機(jī)組、數(shù)據(jù)服務(wù)器、應(yīng)急水箱和水泵” 。此外，基于安全等因素考慮，應(yīng)對(duì)應(yīng)急指揮中心內(nèi)的文件柜、物資儲(chǔ)存貨架等采取防傾倒加固措施。

2 抗震加固設(shè)計(jì)

海南昌江核電廠應(yīng)急指揮中心廠址的建筑抗震設(shè)防烈度為6度(0.05g)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按照該地區(qū)抗震設(shè)防烈度增加一度即：7度(0.10g)。極限安全地震動(dòng)SL-2的最大水平加速度為0.15g，最大豎向加速度取最大水平加速度的2/3，為0.10g。所以，本次重要系統(tǒng)設(shè)備的彈性設(shè)計(jì)按最大水平加速度取值0.15g進(jìn)行分析計(jì)算。

考慮應(yīng)急指揮中心主體設(shè)施及內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)備已建成投用，需加固設(shè)備非抗震型設(shè)備，因此昌江核電廠在本次抗震設(shè)計(jì)中，針對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)服務(wù)器及機(jī)柜、配電柜、通風(fēng)空調(diào)機(jī)組、碘吸附裝置、冷水機(jī)組、通風(fēng)管道等可能因地震導(dǎo)致其內(nèi)部構(gòu)件損壞而不可用或墜落的設(shè)備，均通過(guò)安裝避震器等減震裝置以使設(shè)備滿足抗震要求。該方法在電氣設(shè)備減震中得到應(yīng)用[4]，國(guó)內(nèi)有關(guān)單位也開(kāi)展了關(guān)于核電廠應(yīng)急指揮中心隔震設(shè)計(jì)的研究，證明可以提高相應(yīng)的抗震裕量[5]。針對(duì)蓄電池組，因其地震基本不影響其可用性，因此僅采取了防傾倒措施。昌江核電廠生活水箱為不銹鋼組合式生活水箱，經(jīng)委托設(shè)計(jì)單位分析計(jì)算，表明水箱本體在地震情況下所承受載荷(自重、水壓及地震載荷)作用下不滿足RCC-M規(guī)范的相關(guān)要求，因此計(jì)劃后續(xù)通過(guò)增加外部應(yīng)急補(bǔ)水接口的方式，實(shí)現(xiàn)地震情況下EM樓的生活用水保障。

昌江核電廠應(yīng)急指揮中心重要系統(tǒng)設(shè)備減震裝置安裝位置示例如圖1所示:

圖1 減震裝置安裝示例Fig.1 Installation of shock absorption equipment

減震裝置示例如圖2所示。

圖2 減震裝置示例Fig.2 An example of shock absorption equipment

依據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》 (GB 50011—2010)[6]第13章中建筑非結(jié)構(gòu)構(gòu)件(建筑附屬機(jī)電設(shè)備)的基本抗震措施進(jìn)行分析計(jì)算。水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值按下列公式計(jì)算：

F=γηζ1ζ2αmaxG

式中：F——沿最不利方向施加于非結(jié)構(gòu)構(gòu)件重心處的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值；

γ——非結(jié)構(gòu)構(gòu)件功能系數(shù);

η——非結(jié)構(gòu)構(gòu)件類別系數(shù);

ζ1——狀態(tài)系數(shù);

ζ2——位置系數(shù)，建筑的頂點(diǎn)宜取2.0，底部宜取1.0，沿高度線性分布;

αmax——地震影響系數(shù)最大值；

G——非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重力，應(yīng)包括運(yùn)行時(shí)有關(guān)的人員、容器和管道中的介質(zhì)及儲(chǔ)物柜中物品的重力。

基于水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值，結(jié)合設(shè)備尺寸及重力參數(shù)，驗(yàn)算減震設(shè)備承受張力和剪力、掣震裝置固定螺栓承受張力和剪力均在允許值范圍內(nèi)，驗(yàn)算錨固螺栓相互影響值小于1，最終計(jì)算確定減震裝置型號(hào)及數(shù)量。

不同系統(tǒng)設(shè)備安裝減震裝置的分析計(jì)算過(guò)程一致，此處僅以昌江核電廠應(yīng)急指揮中心通風(fēng)系統(tǒng)部分設(shè)備最終減震效率計(jì)算結(jié)果為例，詳見(jiàn)表3。

表3 應(yīng)急指揮中心通風(fēng)設(shè)備減震效率計(jì)算

計(jì)算結(jié)果表明，通過(guò)安裝減震裝置，可以有效減緩地震動(dòng)向設(shè)備的傳導(dǎo)，從而使設(shè)備滿足抗震要求。

為確保加固分析方法正確，加固方案可行，避免對(duì)設(shè)施及設(shè)備造成不可恢復(fù)的損傷，加固方案通過(guò)了外部專家審查認(rèn)可及應(yīng)急指揮中心原設(shè)計(jì)單位的認(rèn)可。同時(shí)，加固方案設(shè)計(jì)時(shí)也結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際充分考慮了加固工程可實(shí)施性，如施工空間及時(shí)間、設(shè)備位移等因素。

3 抗震加固實(shí)施

3.1 施工方案準(zhǔn)備

施工前需編制具體可行的施工方案，方案編制過(guò)程中需考慮工期、施工順序、設(shè)備防護(hù)等因素。對(duì)于空調(diào)機(jī)組、配電柜等需要有一定位移的系統(tǒng)設(shè)備，在施工時(shí)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的正常不間斷運(yùn)行有較大的影響，在施工方案中明確相應(yīng)的備用措施。對(duì)于原設(shè)計(jì)考慮冗余的設(shè)備(如空調(diào)機(jī)組)可以錯(cuò)時(shí)分開(kāi)施工?？紤]到核電廠已有機(jī)組處于運(yùn)行階段，不能排除抗震加固施工期間可能存在的核應(yīng)急風(fēng)險(xiǎn)，因此施工方案制定時(shí)應(yīng)考慮盡量不影響應(yīng)急指揮中心整體功能可用。

3.2 施工條件確認(rèn)

施工開(kāi)始前，需對(duì)如下條件進(jìn)行確認(rèn)：

1)施工人員參加電廠的基本安全授權(quán)培訓(xùn)并考核合格，相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員資格證書(shū)有效；

2)施工人員勞保防護(hù)用品齊全；

3)材料運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)，開(kāi)箱檢查外觀、數(shù)量合格，材料質(zhì)量證明完整有效；

4)材料安裝所需工器具已準(zhǔn)備齊全且合格證書(shū)有效，材料加工臨時(shí)場(chǎng)地標(biāo)識(shí)清晰，臨時(shí)用水、用電手續(xù)齊全且檢驗(yàn)合格；

5)確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)條件與施工圖紙一致，符合施工條件。完成施工設(shè)計(jì)方案、施工方案編制并通過(guò)審核批準(zhǔn)，完成質(zhì)量計(jì)劃編制并通過(guò)審核。

6)在施工過(guò)程中，如遇到現(xiàn)場(chǎng)條件與施工方案不一致的情況，應(yīng)按流程完成設(shè)計(jì)方案或施工方案調(diào)整后，方可重新開(kāi)始施工。

3.3 安全與質(zhì)量監(jiān)督

應(yīng)急指揮中心重要系統(tǒng)設(shè)備抗震加固施工涉及多種機(jī)電設(shè)備，且施工過(guò)程中涉及焊接、切割、高空作業(yè)等，施工前除嚴(yán)格履行電廠相關(guān)開(kāi)工審批流程、確認(rèn)施工條件外，對(duì)施工過(guò)程中產(chǎn)生的灰塵、焊接火花、積水及噪音等應(yīng)采取針對(duì)性的防護(hù)措施。施工單位需安排專職安全員及質(zhì)量管理人員，嚴(yán)格執(zhí)行項(xiàng)目施工質(zhì)量安全計(jì)劃。核電廠需成立項(xiàng)目組，項(xiàng)目組成員參與進(jìn)場(chǎng)材料、半成品、構(gòu)件的檢驗(yàn)工作，參與對(duì)施工人員技術(shù)交底，參加隱蔽工程驗(yàn)收和技術(shù)復(fù)核等工作，定期開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量巡檢及安全監(jiān)督，嚴(yán)格保證按施工方案中的圖紙及施工步驟等完成施工內(nèi)容。此外，在施工過(guò)程中如可能會(huì)產(chǎn)生應(yīng)急指揮中心重要功能系統(tǒng)設(shè)備不可用的情況(如網(wǎng)絡(luò)通信傳輸中斷、正常電源和應(yīng)急電源都不可用等)，需提前向核安全監(jiān)管單位備案。

3.4 施工驗(yàn)收

根據(jù)質(zhì)量安全計(jì)劃，重要部位和工藝施工時(shí)由專業(yè)工程師全程監(jiān)督施工質(zhì)量，對(duì)各施工步驟實(shí)行分步驗(yàn)收。通風(fēng)管道及通信系統(tǒng)施工部分區(qū)域由于施工完成后會(huì)覆蓋施工減震器，質(zhì)量控制時(shí)應(yīng)留有相應(yīng)影像照片，并附隱蔽工程驗(yàn)收記錄表。項(xiàng)目整體竣工后，海南昌江核電廠按照公司內(nèi)部管理制度，組織相關(guān)專業(yè)人員對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行了內(nèi)部驗(yàn)收。2017年9月，國(guó)家核安全局在海南昌江組織召開(kāi)了海南昌江核電廠應(yīng)急指揮中心重要系統(tǒng)設(shè)備抗震加固現(xiàn)場(chǎng)評(píng)審會(huì)，環(huán)境保護(hù)部華南核與輻射安全監(jiān)督站、核與輻射安全中心以及國(guó)內(nèi)部分核電廠的專家和代表參加了會(huì)議。通過(guò)資料審查及現(xiàn)場(chǎng)查勘，專家認(rèn)同項(xiàng)目?jī)?nèi)部驗(yàn)收結(jié)論。項(xiàng)目竣工驗(yàn)收完成后，核電廠歸檔項(xiàng)目相關(guān)資料，并編制項(xiàng)目專項(xiàng)報(bào)告提交國(guó)家核安全局，完成最終審查流程。

4 結(jié)論

從核電廠應(yīng)急指揮中心功能保障需求角度分析，為保證地震情況下應(yīng)急指揮中心數(shù)據(jù)傳輸可靠性和通訊有效性、保證人員可居留性等，因此有必要對(duì)其內(nèi)部電氣、通風(fēng)、通訊等系統(tǒng)設(shè)備實(shí)施抗震加固措施，并使其基本滿足抗震功能要求。在抗震加固設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮到應(yīng)急指揮中心主體設(shè)施及其內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)備已建成投用，可通過(guò)安裝減震裝置，使其達(dá)到預(yù)防設(shè)計(jì)地震動(dòng)目的，該方法通過(guò)計(jì)算分析證明是可行的。為確保抗震加固項(xiàng)目的順利實(shí)施，建議：1)抗震加固設(shè)計(jì)方案編制過(guò)程中需重點(diǎn)關(guān)注方案可行性，方案需通過(guò)原設(shè)計(jì)單位等部門(mén)的認(rèn)可，需確保現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際符合施工條件。2)抗震加固施工過(guò)程中，需保持應(yīng)急指揮中心功能可用，需做好施工過(guò)程安全質(zhì)量保障，確保達(dá)到預(yù)期效果。3)項(xiàng)目施工完成后需注意跟蹤確認(rèn)驗(yàn)收記錄、流程的完整，以滿足國(guó)家核安全監(jiān)管要求。4)對(duì)應(yīng)急指揮中心重要系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行抗震加固主要是為滿足其在地震情況下的可用性，如經(jīng)分析確認(rèn)無(wú)法通過(guò)有效的抗震加固措施來(lái)滿足該需求，通過(guò)采取其他冗余手段來(lái)保障系統(tǒng)設(shè)備功能的實(shí)現(xiàn)也是可行的。