核电厂总平面布置设计要点综述
摘要: 核电厂总平面布置是系统性工程,需要综合考虑因素众多。厂区建、构筑物应根据生产工艺流程要求,充分利用地形、地貌进行合理布置;满足机组及其配套辅助设施在生产工艺流程上的要求,配套辅助设施的布置综合考虑生产工艺流程、地基条件、交通运输等各方面因素,满足机组分期建设的要求,并避免后期项目建安施工对前期商运机组的影响。

核电厂总平面布置方案是新建电厂在设计之初需要重点论证的内容,合理的总平面布置对项目投资、机组的安全运行、维修的便利性等影响深远。同时,在国家对生态环境保护、自然资源高效利用等方面日趋严格的要求下,核电厂总平面布置设计精细化程度已今非昔比。因此,对已商运电厂在总平面设计方面的“痛点”和良好经验的总结梳理实为必要之举。

一.总平面布置原则

在满足安全、管理、防火、防爆、卫生等条件下,辅助生产设施和厂前区建筑宜采用联合布置、成组布置和多层建筑,地下管线条件允许时宜共沟布置。总平面布置时应遵循以下原则:

1)厂区总平面布置与厂址总体规划相协调;

2)满足所选机组及其配套辅助设施在生产工艺流程上的要求;

3)核岛基础应座落在埋深适宜、均匀稳定、承载力特征值满足要求的基岩上,常规岛、冷却塔等设施尽量布置在地基条件较好的地段;

4)应避免汽轮机飞射物危及与核安全相关的建、构筑物;

5)功能分区明确,合理划分放射区和非放射区,并使放射性和非放射性运输线路有效分离;

6)合理布置主厂房、循环冷却水设施和开关站之间的平面位置,使循环冷却水供、回水管道及主变至开关站之间的输电线路尽量短捷、顺畅;

7)满足运输、防火、卫生、安全、实物保护、管网布置及施工安装等要求;

8)配套辅助设施的布置综合考虑生产工艺流程、地基条件、交通运输等各方面因素,并尽量满足两期工程共用;

9)满足分期建设的要求,避免后期项目建安施工对前期商运机组的影响。

二.平面布置的重点内容

2.1主厂房区

主厂房区包括核岛和常规岛,特殊情况下一些与生产关系密切的子项也可以布置在主厂房区范围内,布置时需关注核岛厂房及汽轮发电机厂房(高层建筑)特殊的防火间距要求。核岛一般包括反应堆厂房、核辅助厂房、安全厂房、核燃料厂房、核废物厂房、电气厂房、柴油发电机厂房等,常规岛一般包括汽轮发电机厂房、润滑油转运间、汽轮机通风间、公用气体储存罐、主变压器平台、辅助变压器平台、常规岛事故排油坑等。主厂房区位置与总体规划保持一致,按照总体规划确定的反应堆厂房位置进行细化布置。

2.2冷却水设施区

1)直流冷却

采用直流冷却形式时,冷却水设施区主要包括冷却水泵房、制氯站等。冷却水泵房宜靠近汽轮发电机厂房布置,尽量减少规模庞大的地下供水管廊。当冷却水泵房具有安全供水功能时,尽量布置在地基条件较好的地段,并应按照要害区设防;当采用明渠取水方式时,冷却水泵房平面布置需考虑与明渠拉开间距,间距根据波浪对取水的影响、渠底与泵房进水口标高差确定。

2)二次循环冷却

采用二次循环冷却形式时,冷却水设施区主要包括补水预处理厂房、补水加氯间、制氯站、冷却塔、循环水泵房等。冷却水泵房宜靠近冷却塔或汽轮发电机厂房;冷却塔宜靠近汽轮发电机厂房,不宜布置在厂区扩建端,冷却塔不宜布置在室外配电装置和主厂房建筑群冬季盛行风向的上风侧。

2.3配电装置区

配电装置区包括主开关站、网控楼、辅助开关站等,其规划位置需与核电厂厂外进、出线关系相协调,并与常规岛主变压器之间连接顺畅。配电装置区的主要设施应按照厂址规划容量的设计规模统一规划、分期或一次建成。主开关站和网控楼宜规划在面对出线方向的厂区边缘处,并尽量靠近主变压器;辅助开关站宜规划在面对进线方向的厂区边缘处,当厂区进线方向和出线方向相同时,辅助开关站宜与主开关站和网控楼规划在同一区域。

2.4 放射性辅助生产设施区

放射性辅助生产设施区一般包括放射性废物辅助处理厂房、废液储罐厂房、放射性废物暂存库、放射性机修及去污间、浴室和洗衣房、厂区实验楼、放射源库、特种汽车库等。

放射性辅助生产设施区宜相对集中、独立成区。该区域需布置在保护区范围内,且应有单独对外出入口;宜布置在核岛厂房周围地基条件较好的区域,与核岛之间到管线、管沟、道路连接方便短捷;远离人员集中的区域,关注货流和人流运输路线,尽量避免交叉;考虑风向影响,宜布置在常年最小风频的上风侧;考虑标高因素,宜布置在厂区地形最低的区域。

2.5 水生产及处理设施区

水生产及处理设施区包括供生产和生活用的淡水厂或海水淡化厂房、除盐水设施、生活污水处理站、非放射性含有废水处理站、油水分离池等。

淡水厂或海水淡化厂房宜按照厂址规划容量统一考虑,平面布置宜靠近水源,在厂内宜靠近用户,使得工艺流线顺畅并尽量缩短设施之间的连接管道长度。

2.6生产力能区

生产力能区包括制(供)氢站、氮气站、二氧化碳站、压缩空气站、辅助锅炉房等。

辅助锅炉房宜布置在汽轮发电机厂房附近并靠近全厂地下管网主通道,便于蒸汽管网连接,电锅炉还需考虑电缆接入便利因素。压缩空气站应布置在主要服务对象附近或靠近负荷中心,与装有精密仪表和要求安静的厂房之间应保持防振、防噪声的间距。压缩空气站可以与氮气站等无特殊布置要求的气体制备及贮存的厂房贴建以节约用地。制(供)氢站应单独布置于厂区边缘且不窝风的地段,并应布置在常年最小风频的下风侧,平面位置远离明火或散发火花的地点,远离安全重要建构筑物。供氢站还需关注氢气运输车辆行驶路线设计,尽量避免穿越主厂房区域。

2.7维修设施与仓库区

维修设施与仓库区包括非放射性机电仪修厂房、备品仓库及棚库、润滑油库、化学试剂库、危险废物库、环吊及龙门吊小车库等。维修设施与仓库区宜按照厂址规划容量集中考虑,厂房周围应设置必要的露天堆场和作业场地,仪修车间应远离振源。从节约集约用地角度出发,参考已实施项目经验,维修仓库设施可设置为综合厂房,如非放射性机电仪修厂房可设置为综合厂房;火灾危险性低的备品仓库可设置为立体自动化仓库,其它小型仓库如环吊小车库等可考虑贴建设置;不完全估算,上述措施可节约该区域用地面积约为30%。

2.8实物保护

实物保护设施包括控制区围栏及出入口、保护区围栏及出入口、要害区围栏、保卫控制中心等。保卫控制中心宜按照厂址共用设置,布置在首期工程保护区范围内并尽量兼顾后续机组,避免与后续机组之间电力电缆和控制电缆长度过长。另外,部分厂址增设了BOP集控中心可对BOP子项集中控制,减少了控制室分布式布置对占地面积的影响,建议后续机组的BOP控制室可考虑统一规划、合理集中设置。

三.管线综合设计

对电厂常见的综合管沟和直埋敷设方式进行比较,直埋敷设占地多,投资省,维护检修不方便;与此相反,综合管沟占地少、投资多,维护检修方便。经验估算,直埋和综合管沟相比,占地宽度上约为4:1,基建投资上约为1:1.4。从节约用地角度考虑,电厂可结合规划容量充分考虑综合管沟的规划,除有特殊布置要求的管线外(氢气、二氧化碳等),有条件的均可考虑规划为综合管廊敷设方式。此外,综合管廊的规划还应考虑前后期工程之间的衔接,对连接全厂共用的水源、电源、控制中心子项等子项的干线宜结合后续可能增加的敷设需求合理做好舱内管架、桥架的空间预留。

在设计中需加强排水设计,积水风险大的区域除必要的密封手段之外应设置正式的排水装置,包括电源、排水泵、排水地坑等。北方厂址需关注冻土深度事宜,科学合理论证和确定冻土深度参数,减少地下管网因为避让冻土问题带来的整体开挖深度增加和开挖工程量增大。对于有开孔、开洞的管沟,还需考虑必要的防冻措施,避免低温对管沟内管道的影响。 

四.厂区绿化

核电厂绿化应根据自然条件,厂内各区的功能和性质,在总平面布置、竖向布置以及室外管线综合布置时应统一考虑,绿化率应控制在5%-10%。绿化应充分利用厂区内非建筑地段及零星空地,绿化布置应满足交通、安全、卫生、防火、采光、通风的要求,避免与建筑物、构筑物及地下设施的布置相互影响。

五.结束语

核电厂总平面布置是系统性工程,需要综合考虑因素众多,本文以日常设计工作中的经验反馈为基础,总结梳理已商运电厂在总平面设计方面的“痛点”和良好经验,以期后续电厂在设计阶段即扬长避短、少走弯路,有效降低项目总体投资,提升核电机组经济性和市场竞争优势。