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核岛厂房临时排水管设计

乔丹1 赵卓1 谢贻东2 张戈1 覃涛1

1.核工业工程研究设计有限公司;2.北京建筑大学机电与车辆工程学院

摘要: 核岛厂房安装调试阶段工业用水量巨大,大量施工作业和调试试验均涉及使用工业水,用水排水次数多,排水作业就意味着有跑水风险,厂房内有大量贵重的核电设备、精密仪器、用电设施存在损坏风险,确保工业用水安全有效的排放具有重大意义。通过规范设计使现场施工排水更加规范化,排水效率得到有效提升,核岛厂房内施工环境明显优化,保持干燥清洁的施工环境有利于安装工程质量的管控,对后续核电站的稳定运行提供保证。
关键词: 临时排水;设计;冲洗试压
DOI:10.12721/ccn.2024.157315
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1. 设计要求

临时排水管设计的目的是保证核岛施工用水顺利排放至指定地点,从工程开始管道冲洗试压→设备带载试车→调试试验,排水周期较长,大致为2年,在设计布置时要充分考虑现场实际情况,施工废水的成分会存在一定量的铁屑泥沙,需要考虑一定的坡度设计,利于重力流排水。结合各楼层管道系统冲洗、试压、试车、调试试验等方面计算排水量,根据排水量合理选择漏斗尺寸和排水管的管径,安装完成后进行灌水试验检验排水管网是否有漏点,确保管网在排水过程中不渗不漏。

2. 临时排水管设计

3.1 设计范围

核岛厂房临时排水管根据管道系统冲洗试压及试验用水情况,主要涉及反应堆厂房、安全厂房、核辅助厂房三大厂房,查看系统流程图和布置图,根据管道系统管径、所在层高房间管道安装量、设备接口数量确定排水量较多的位置,设置排水漏斗,接通排水管,组成临时排水管网。

3.2 路线布置

排水流向由高向低,排水管利用楼板孔洞或楼梯由高层引向低层,临时排水布置路线如下:

1) 反应堆厂房排水路线:+34.00m层排水管→+22.5m层排水管→+16.00m层排水管→+8.00m层排水主管→汇至UKA+8.00m层排水主管→室外指定排水点。

2) 核辅助厂房排水路线:+20.00m层排水管→+16.40m层排水管→+12.80m层排水管→+8.00m层排水主管→室外指定排水点。

3) 安全厂房排水路线:+0.00m集水箱→临时排水泵→+8.00m层排水主管→室外指定排水点。

3.3 排水管材料选用分析

3.3.1 排水主管选材

根据管网排水时排水口与室外大气相通,管道不承压,管壁只承受大气压力。结合排水主管布置位置主要分布在厂房走廊,管径大,在走廊墙角管道呈现突出形状,走廊进行大件物项运输时局部管壁易遭到碰撞破损,管壁需满足硬度要求。综上所述,排水主管材质宜采用3-5mm厚度的碳钢管,可满足管壁硬度要求和排水需求。

3.3.2 排水支管选材

核岛厂房排水支管管径相对小,管径≤150mm,布置时占用空间小,考虑对物项运输碰撞问题,碰撞风险不高,通过厂房综合布置分析及现场实际勘查,应以方便运输、安装、修改、拆除为目标条件,综上所述,选用钢丝缠绕橡胶管作为排水支管主要材料,局部易碰撞损伤位置可选用黑胶管,有效解决损伤问题。

3.4 排水管连接形式分析

3.4.1 排水主管连接形式

根据3.3.1节排水主管材质为碳钢,在走廊均沿着直线布置,布置应稳固、通畅、无漏点,主管在厂房内布置时存在拐弯、穿越门口的情况,同时还应考虑使用过程中存在修改和拆除工作。综上所述,通道直线段处使用焊接形式,减少漏点出现的几率,局部拐弯或穿越门口位置使用法兰连接形式,采用焊接+法兰连接形式能提高后续修改和拆除工作效率。

3.4.2 排水支管连接形式

根据3.3.2节排水支管材质主要采用钢丝缠绕橡胶管,管径≤150mm,在使用过程中排水点较多,要满足不同位置排水需求,就会存在铺设位置更换、修改频繁情况。综上所述,钢丝缠绕橡胶管应选用卡扣式快速接头连接形式,具有快速拆装、省时便捷的特点。若排水支管有局部易损伤位置,可使用黑胶管代替,此时应选用法兰连接,方便局部更换修改。

3.5 主管排水量计算分析

主要排水量来自管道系统冲洗、试压、调试、试车工作完成后的开式排水,正常情况下排水非满管状态,考虑特殊情况下存在多处同时排水的情况(取4处支管同时排水为最大可能性),应按照满管排水状态计算排水量,根据田湾3、4号机组VVER堆型厂房内开式冲洗排水实际情况,现场排水支管管径≤150mm。

依据《电厂动力管道设计规范》GB 50764-2012第7.2.4-1条,汽水管道介质流速应按下表选取。

表1  汽水管道介质流速表

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1) 按照自流无压排水推荐流速<1.0,排水支管管径=150mm,管道排水流量计算如下:

Q支=A支v                       式2-1

式中:Q支——排水流量(m3/h);

A支——水流有效断面面积(m2);

v——流速(m/s)。

考虑特殊情况下存在多处同时排水的可能性,按满流进行计算,即A=πR2,按上式进行计算可得出支管排水流量=63.585(m3/h)。

2) 支管排水点有同时排水的情况,按照四处排水支管同时排水考虑计算排水主管流量:

Q总=4×Q支                           式2-2

即排水主管流量Q总=254.34(m3/h)。

3.6 排水主管管径计算分析

根据式2-2已知排水主管流量Q总=254.34(m3/h),推荐流速<1.0,即排水主管水流有效断面面积A总=Q总/ V总=0.07065 (m2):

A总=πR2                                 式2-3

式中:A总——排水主管水流有效断面面积(m2);

π——圆周率;

R——排水主管半径(m)。

根据式2-3可计算出排水主管半径R=0.15m,即150(mm),可以得出管径=300mm,所以临时排水主管管径选用DN300即可满足排水需求。

3. 难点问题分析及解决措施

4.1 排水漏斗布置问题及解决措施

1) 问题:核岛厂房管道系统布置错综复杂,如何确定管道排水次数多、排水量大的主要位置,这是排水漏斗布置正确的关键因素,同时提高使用率和效率关键点。

2) 解决措施:针对排水漏斗布置问题,根据各系统流程图进行综合分析,结合图面信息查看系统设备管道接口位置、系统边界位置、楼层标高等主要信息确定排水口数量,选择在排水口相对集中的区域设置排水漏斗,缩短后续排水临时设施的安装长度。

4.2 排水量确定问题及解决措施

1) 问题:核岛厂房内管道系统布置复杂,冲洗排水量计算问题较为困难,核岛厂房不同标高层分布着不同管径的管道系统,主要排水量来自于系统管道冲洗,管径的大小决定着系统冲洗排水量大小,同时冲洗方式也影响着排水量大小,另外现场厂房内管道系统跨度较大,管径种类较多,部分位置施工空间狭窄,影响排水临措制作的尺寸大小,上述各类因素导致无法快速有效的确定各排水位置具体排水量。

2) 解决措施:针对排水量确定困难问题,对管道排水来源进行分析,主要排水来源有管道冲洗、试压、试车、系统调试工作。其中管道冲洗排水量最大,管道冲洗分为开式冲洗和循环冲洗,循环冲洗是以系统在线泵为动力源做管内循环运转冲洗,利用泵前过滤器清洁脏物,排水量小;开式冲洗利用液体流速将脏物冲出,排水量大,因此开式冲洗为排水的最主要来源。根据田湾3、4号机组实际排水情况,管道管径≤150mm采用开式冲洗,管道管径>150mm采用循环冲洗或压缩空气吹扫。综上情况只需按照管道管径=150mm计算开式冲洗的流量,即可确定排水量。

4. 其他问题

临时排水管在中后期使用中出现漏水情况,造成漏水的主要原因为排水管法兰垫片老化、导致管网密封性缺陷,厂房内漏水易造成电器设备损坏,施工环境恶化,不满足安装工程的施工安全以及设备保护。针对此问题在设计时明确垫片材质,应选用耐腐蚀、寿命长特点的垫片,如聚四氟乙烯垫片。法兰面确保平整,并设置水纹线,增加法兰面和垫片之间的结合度。快速接头连接时应确保接头内有垫圈,增强快速接头内部严密性,确保排水时不漏水。

5. 结论

通过本文可以清晰的阐述临时排水管设计经验,对临时排水管设计中材料选用、连接形式选型、流量计算、管径选用等重要环节进行细化研究,提高设计精度,规范临时排水管设计思路和原则,促进安装工程精细化管理,满足核岛厂房安装施工活动排水需求,从而可为其他核电厂在厂房施工排水问题上提供可借鉴经验。

参考文献

[1] GB 50764-2012,电厂动力管道设计规范,中国电力企业联合会

[2] GB 50242-2002,建筑给水排水及供暖工程施工质量验收规范,辽宁省建设厅