核電廠多機組反應堆廠房間距分析研究

王　棟

核電廠多機組反應堆廠房間距分析研究

王棟

（中國核電工程有限公司北京核工程研究設(shè)計院，北京100840）

目前國內(nèi)對核電廠核島廠房間距的分析研究比較少，該研究對核電廠總平面布置具有非常重要的影響，不僅可以節(jié)約廠區(qū)用地還可以縮短室外管線及廊道的長度，尤其對基巖面有限的廠址，具有非常重要的經(jīng)濟意義。本文以某核電工程為例，采用理論聯(lián)系實際的方法，對核電廠核島廠房間距進行分析研究，得出核島廠房間距的合理取值及注意事項，為優(yōu)化核電廠總平面布置提供一定的參考。

核電廠核島；廠房間距；總平面布置

目前全球氣候環(huán)境逐年惡化，極端氣象出現(xiàn)頻率增加，應對全球環(huán)境變化的影響需要世界各國的共同努力。為了改善環(huán)境我國承諾在2030年前，二氧化碳的排放不再增長，達到峰值之后逐步降低；到2060年以前，通過節(jié)能減排、優(yōu)化能源和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等措施，抵消自身產(chǎn)生的二氧化碳，實現(xiàn)二氧化碳的“零排放”。

為了實現(xiàn)2030年碳達峰2060年碳中和的國家戰(zhàn)略目標，某地擬建設(shè)核能供熱示范項目為當?shù)靥峁崮芡瑫r兼顧發(fā)電。由于核島主廠房對地基承載力有一定要求，雖然國外部分核電發(fā)達國家具有將核島主廠房布置在非基巖的情況，但我國實際情況目前并沒有將核島主廠房直接布置在軟土或沙土等地基的成功案例，現(xiàn)階段仍處于研究階段。相信隨著科研能力的不斷增強，我們國家的建設(shè)能力一定會有突破。屆時以往受制于地基條件不好的核電廠址將成為可選廠址，這對我國核電廠選址工作將是很大的促進，同時也會降低地基處理費用。由于上述原因目前國內(nèi)核電廠的核島反應堆廠房要求布置在承載力達到一定數(shù)值的地基上，但擬建廠址基巖面非常有限，如按原有工程經(jīng)驗設(shè)置的核島間距，部分核島廠房需要進行地基處理比如換填、打樁等工程措施，將大大增加工程費用、施工難度及建設(shè)周期，并且在安審過程中，也很難通過。因為核安全廠房如核島主廠房在國內(nèi)并無樁基處理的成功案例，但是采用換填處理的工程量又巨大，經(jīng)濟費用過高。故如何合理進行核島主廠房定位、確定核島反應堆廠房間距成為總圖專業(yè)的需要解決的首要問題。

合理確定核島主廠房間距可以節(jié)約廠區(qū)用地面積、縮短溝道管線及道路的長度，具有可觀的經(jīng)濟性。作為EPC企業(yè)需要將設(shè)計、施工相融合，才能為企業(yè)帶來更高的效益。

1 核島主廠房間距的影響因素

確定核島主廠房間距實質(zhì)是確定核島主廠房之間的凈距，影響因素主要有廠址地基條件、兩核島主廠房之間建構(gòu)物規(guī)劃用地及由于分期建設(shè)采用的臨時實物保護的規(guī)劃用地、大件吊裝的施工用地。在一般的設(shè)計過程中地基條件和分期建設(shè)的因素都考慮得比較充分，本文不再贅述。但從施工角度對施工吊裝及相關(guān)因素考慮得不太周全，對EPC企業(yè)而言這部分短板亟待補齊；且本文中的擬建廠址是核能供熱示范項目不同于普通的小范圍民用供熱，供應的是長期穩(wěn)定的工業(yè)蒸汽同時考慮供電、以熱定電，這在國內(nèi)屬于首創(chuàng)、屬于示范項目，故分析其核島主廠房間建構(gòu)物的規(guī)劃用地也是必要的。

基于上述分析，本文主要從兩核島主廠房之間建構(gòu)物的規(guī)劃用地面積及施工用地兩方面進行研究。施工用地主要考慮是用于核島穹頂、蒸汽發(fā)生器等大件吊裝的3 200 t起重機吊裝的操作及拼裝用地面積。

1.1　核島主廠房之間建構(gòu)筑物用地

核島主廠房之間的主要建構(gòu)物一般包括核島廠房周邊道路、實體保衛(wèi)圍墻、廠區(qū)主要道路、路燈及各種直埋溝道管線如綜合管廊、重要廠用水管廊、雨水、污水、電力、通信等，其用地可根據(jù)具體廠址進行分析確定。

1.2　核島大件設(shè)備吊裝用地

核島大件設(shè)備吊裝主要指核島穹頂、蒸汽發(fā)生器通過3 200 t起重機在T型場地（簡稱T型臺）上進行吊裝，T型臺的尺寸為20 m×94 m+20 m×37 m，占地面積為2 620 m2，地基承載力要求不小于50 t/m2；起重機行走通道寬度不小于20 m，組裝場地用地尺寸不小于210 m×50 m，地基承載力不小于25 t/m2。

2 具體案例分析

2.1　工程概況

某核能供熱示范項目，規(guī)劃首期同時開工建設(shè)1臺“華龍一號”機組及1臺60萬kW高溫氣冷堆機組，實現(xiàn)熱電聯(lián)供。目前“華龍一號”機組作為我國自主研發(fā)、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的第三代核電機組，首臺機組已實現(xiàn)了商運；高溫氣冷堆機組是第四代核電堆型技術(shù)，作為世界首座高溫氣冷堆示范項目的山東石島灣20萬kW核電工程有望今年年底發(fā)電實現(xiàn)商用。

2.2　廠址地基條件

該項目廠址地基條件較差，基巖面非常有限且部分已被當?shù)剡M行采石而破壞。為了盡可能利用有限的基巖面，使“華龍一號”核島及高溫堆主廠房均能布置在基巖上，需要對核島主廠房間距進行分析，使反應堆中心間距減少至合理尺寸，即能滿足建構(gòu)物布置，也能滿足施工吊裝用地的要求。

2.3 “華龍一號”機組與高溫堆機組之間建構(gòu)物分析

據(jù)前期資料本項目“華龍一號”核島主廠房與高溫堆核島主廠房，為對稱式布置。平面布置圖如圖1所示。

圖1　某核能供熱示范項目“華龍一號”與高溫堆機組平面布置示意圖

“華龍一號”核島主廠房與高溫堆核島主廠房之間的主要建、構(gòu)筑物見表1所示。

表1 “華龍一號”與高溫堆機組之間主要建、構(gòu)筑物一覽表

“華龍一號”核島主廠房與高溫堆主廠房之間通道剖面示意圖，見圖2所示。

經(jīng)過上述對“華龍一號”機型和高溫堆機型之間建、構(gòu)筑物的用地分析，如果不考慮大件設(shè)備吊裝的因素，“華龍一號”核島主廠房與高溫堆核島主廠房之間的通道間距不宜小于92.7 m，核島反應堆中心間距不宜小于209.8 m，設(shè)計中可按210 m進行考慮。

2.4　核島大件設(shè)備吊裝用地分析

根據(jù)福清5、6號核電項目及漳州1、2號核電項目，吊裝核島穹頂、蒸汽發(fā)生器的工程經(jīng)驗，所使用的3 200 t起重機的整體外形如圖3所示。

福清5、6號核電項目3 200 t起重機吊裝大件設(shè)備的T型臺分別布置安全廠房的兩側(cè)，由于T型臺方向不同，T型臺中心距離核島中心間距分別為72 m和117 m，如圖4、圖5所示。

漳州1、2號核電項目3 200 t起重機吊裝T型臺布置在龍門架一側(cè)，T型臺中心距離核島中心為117 m，如圖6所示。

圖2 “華龍一號”與高溫堆之間管溝布置剖面示意圖

圖3　3 200 t起重機示意圖

圖4　福清5號機組穹頂?shù)跹b示意圖

圖5　福清6號機組穹頂?shù)跹b示意圖

圖6　漳州1、2號機組穹頂?shù)跹b示意圖

1臺60萬kW高溫堆機組是由3臺20萬kW機組構(gòu)成，大件設(shè)備吊裝需要滿足3臺20萬kW核島的吊裝需要，T型臺中心距離核島水平間距為92 m，規(guī)劃示意圖如圖7所示。

圖7　60萬kW高溫堆機組吊裝示意圖

2.5　核島反應堆中心間距分析

由上分析可知“華龍一號”機組的T型臺可以布置在除常規(guī)島一側(cè)的核島周圍，且T型臺本身的方向可以根據(jù)實際情況優(yōu)化布置；60萬kW高溫堆機組的T型臺，宜布置在可兼顧吊裝兩端核島的一側(cè)。對于某核能供熱示范項目，“華龍一號”機組與高溫堆機組的核島廠房對稱式布置，為節(jié)約用地及提高3 200 t起重機的吊裝效率，將兩機組的大件吊裝規(guī)劃用地統(tǒng)籌規(guī)劃使用。既可以滿足“華龍一號”機組的吊裝需要，也可以滿足高溫堆機組的吊裝需要。統(tǒng)籌規(guī)劃分析，“華龍一號”與高溫堆對稱式機組布置的吊裝規(guī)劃用地，見圖8所示。

通過上述分析，某核能供熱示范項目“華龍一號”機組與對稱布置的高溫堆機組之間考慮使用一臺3 200 t起重機進行大件設(shè)備吊裝時，T型臺布置采用優(yōu)化后的雙T型臺。核島反應堆中心間距不宜小于209 m，設(shè)計可按210 m考慮。與“華龍一號”機組與高溫堆機組之間布置管線、溝道、圍欄、道路等建構(gòu)物所需的空間尺寸一致，核島反應堆中心間距設(shè)計按210 m考慮。

圖8　3 200 t起重機雙T型臺吊裝用地規(guī)劃示意圖

3 結(jié)論

在核電廠總平面布置中，核島反應堆中心間距的確定至關(guān)重要。合理的廠房間距不僅可以滿足設(shè)計要求、也應該滿足施工操作的需要，降低地基處理費用，提高工程效率。

本文通過對某核能供熱示范項目實際案例進行分析，核島反應堆中心間距除滿足設(shè)計要求的建構(gòu)物用地之外，也滿足3 200 t起重機吊裝大件設(shè)備T型臺布置的用地。此外，在布置大件吊車行走路徑及吊裝場地時，需要注意如下幾點：

（1）起重機行走道路和吊裝占位點應盡可能避開管廊等地下設(shè)施，以降低對地下設(shè)施采取保護措施的費用。

（2）起重機行走道路和吊裝占位點應盡可能避開施工較早的BOP子項，如除鹽水廠房、聯(lián)合泵房及開關(guān)站等處于關(guān)鍵路徑的BOP子項，避免延誤工期。

（3） T型臺布置吊裝占位點盡量能同時滿足多臺設(shè)備的吊裝要求，以降低吊裝占位點的地基處理費用。

（4）起重機行走道路盡可能利用現(xiàn)場現(xiàn)有交通道路。

以上為本文從設(shè)計、施工角度對核島主廠房間距的分析研究，希望可以對今后核電廠的建設(shè)起到一定作用。

［1］ 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部 核電廠總平面及運輸設(shè)計規(guī)范：GB/T 50294—2014［S］．北京：中國計劃出版社，2014．

［2］ 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部 工業(yè)企業(yè)總平面設(shè)計規(guī)范：GB 50187—2012［S］．北京：中國計劃出版社，2012．

Analysis and Study on the Distance between Multi-unit Reactor Buildings in Nuclear Power Plant

WANG Dong

（China Nuclear Power Engineering Co.，Ltd.Beijing Nuclear Engineering Research and Design Institue，Beijing 100840，China）

The analysis and research on the space between nuclear island buildings in nuclear power plants are relatively few at preseat.The analysis and research of nuclear island plant spacing of nuclear power plant has a very important impact on the general layout of nuclear power plant, which can not only save the plant area, but also shorten the length of outdoor pipelines and corridors, especially for the site with limited bedrock surface, which has a very important economic significance. This paper takes one nuclear power project as an example, adopting the method of integrating theory with practice and analyzing the plant spacing of nuclear island in nuclear power plant, and obtaining the value of nuclear island plant spacing and precautions, so as to provide a certain optimization basis for optimizing the general layout of nuclear power plant.

Nuclear island of nuclear power plant; Distance between buildings; General layout

TL48

A

0258-0918（2022）06-1305-07

2021-10-28

王棟（1981—），男，山西繁峙人，高級工程師，碩士，現(xiàn)主要從事核電廠總平面設(shè)計相關(guān)研究