EPR三代核电厂廊道设计

刘小云，张太勇

(深圳中广核工程有限公司，广东省深圳市，518000)

0 引言

核电厂是一个庞大的系统工程，核岛、常规岛和外围设施(balance of plant，BOP)各厂房间存在大量的工艺、电气系统接口。除了主蒸汽、主给水等管道采用架空连接外，通常采用地下廊道作为通道来实现厂区各厂房之间工艺管道以及电缆的连接［1-2］。欧洲压水堆(Europe pressure-water reactor，EPR)核电厂由于具有单机容量大、电气和消防系统冗余度高的特点，廊道设计与国内其他技术路线的核电厂相比更为复杂。本文结合台山核电厂一期工程廊道设计实践，根据EPR核电厂廊道设计内容，提出EPR核电厂廊道设计的思路和方法，在目前国内相关适用规范欠缺的情况下，为国内同类设计工作提供借鉴。

1 廊道功能及分类

EPR核电厂廊道和涉及系统数量众多，以台山核电厂一期工程(2×1 750 MW)EPR机组为例，厂区廊道数量达70余条，其中不包括常规岛与泵房之间的循环水廊道及取排水涵洞。按功能分，这些廊道主要包括综合廊道、重要厂用水廊道、消防廊道、废液廊道、电气廊道等，涵盖36个工艺系统、64个电气系统。表1列出了EPR核电厂内的主要廊道及其安全和校核等级。

1.1 综合机械廊道

综合机械廊道为核电厂厂区主要公用工艺系统和部分电气系统管、线敷设场所，是核电厂涉及厂房子项和系统最多的廊道。工艺系统主要包括饮用水、除盐水、消防水、辅助蒸汽、热水、压缩空气、各类气体及非放射性废液系统等;电气系统主要包括10 kV配电、维修配电以及照明系统等。该廊道不设安全功能。

1.2 重要厂用水廊道

重要厂用水廊道为连接重要厂用水泵房和安全厂房的管、线通道，布置于核岛和常规岛两侧，每台机组共4条廊道。该廊道具有安全功能，在正常运行和事故工况下能确保置于其中的冷却系统管道正常工作［3］。主要系统包括重要厂用水系统、专设重要冷却水系统(安全壳热导出系统)、核岛消防水系统等，部分段也作为电气系统的通道，主要包括核岛690 V交流应急配电和应急辅助配电系统。

表1 EPR核电厂主要廊道Tab.1 The main gallery in EPR nuclear power plant

1.3 消防廊道

消防廊道为连接消防水池、核岛、常规岛及BOP的消防水、应急给水、水池补水管、线的通道，同时敷设消防水池所需动力电缆、测量电缆和控制电缆，具有安全功能，设计上考虑冗余。

1.4 废液廊道

废液廊道为核岛与废液处理厂房之间的放射性废液输送廊道，具有安全功能。主要系统包括核岛废液监测和排放系统、附加废液贮存系统、核岛消防水系统等，同时布置有核岛400 V正常配电系统和照明系统。

1.5 电气廊道

电气廊道为核岛、常规岛及BOP区的动力电缆、测量电缆和控制电缆以及机组出线的通道。主要包括核岛电气廊道、普通电气廊道、220和500 kV高压电气廊道等。核岛电气廊道主要是为核岛400 V、690 V正常配电和次级配电电源及10 kV应急电源提供的通道，具有安全功能，设计上考虑冗余［4］。普通电气廊道为常规岛电气厂房至核岛4列安全厂房及部分BOP厂房的电缆通道，无安全功能。220 kV电气廊道分2个部分，一部分由220 kV施工与辅助变电站至厂区辅助变压器，为机组提供辅助电源;另一部分由220 kV施工与辅助变电站至辅助锅炉厂房，为辅助蒸汽生产系统的电锅炉供电。此廊道在本工程中布置位置较浅，实际形式为电缆浅沟，无安全功能。

2 廊道设计要点

根据核电厂廊道涉及系统多、功能复杂、接口繁琐等特点，理顺厂区各厂房之间的关系，合理进行总图布局，依据功能分类设置合理的廊道数量和尺寸，同时完成廊道内部各系统的具体布置。其难点是接口配合复杂、布置协调困难，方案固化前需要统筹配合才能有效开展工作。国内的设计单位专业划分严格，各廊道设计通常由实现主要功能的专业牵头，其余专业配合。廊道设计主要可分为以下几个部分。

2.1 廊道总图设计

总图专业作为总体统筹、协调的角色进行廊道路径综合规划，廊道总图与厂区总图并行设计。工艺和电气专业牵头的廊道子项首先梳理出厂区厂房之间的关系，列出初步工艺管道单线流程图及电缆路径图等逻辑路径，然后发挥廊道设计牵头方的作用，协同相关专业确定廊道内部管道和桥架等初步布置，进而确定廊道各段的内截面尺寸。总图设计专业获得逻辑路径和廊道内壁等信息后，协同各廊道子项设计专业以及结构设计专业开展廊道具体路径设计，确定廊道在厂区的坐标及标高，同时结构专业根据相关信息确定廊道结构壁厚以及安装孔位置等。

2.2 廊道结构设计

廊道结构设计应综合上游专业确定的廊道内尺寸，与总图设计专业共同确定廊道路径和标高，结合廊道所处具体位置地质情况以及廊道内、外部荷载，并考虑廊道物项等级进行结构设计。

廊道结构设计所考虑的荷载一般包括设备荷载、静荷载、活荷载、温度荷载、地震荷载等。跨重件道路段需要考虑重件运输时的最大重车荷载。物项等级要确定安全和抗震等级，执行GB 50267—1997《核电厂抗震设计规范》［5］、GB/T 17569—1998《压水堆核电厂物项分级》［6］和 HAD 102/02《核电厂的抗震设计与鉴定》［7］的规定以及系统专业的设计要求。此外，廊道结构设计还必须考虑必要的地基处理、伸缩缝设置、密封设计等，并设置一定数量出入口和通风口以及安装孔。对于高出厂坪的应急出入口，还应考虑爆炸波的影响。

2.3 廊道工艺、电气系统设计

从电厂正常运行需要出发，结合各厂房所处位置，确定厂区系统连接逻辑图，各系统设计专业通过配合逐步确定连接管道的规格、桥架数量及规格。设计布置综合廊道内所有通过的工艺、电气系统的管、线，并画出廊道断面图。相关原则规范可以参考GB/T 50294—1999《核电厂总平面及运输设计规范》［2］。典型断面布置参见图1、2。

值得一提的是，国外核电工程也有一些无安全功能的廊道(如综合机械廊道)采用工艺环路(technical ring，TR)和电气环路(electrical ring，ER)作为替代方案的设计实践，前者为直埋式，后者为浅埋式。这种方案的特点是造价相对较低，工程进度快，但同时也具有因埋深不够导致管道容易损坏、管道需用抗腐蚀和抗压的材料、检修不方便以及管线区域会产生不均匀沉降等缺点。这2种方式很难评估哪种方式长期综合效益更高，国内目前核电站设计中通常倾向于采用廊道式。

2.4 廊道通风设计

普通廊道内可设置机械通风系统保证环境及人员安全。利用廊道安装孔或专设廊道通风孔加装一定数量的风机，将风直接送入廊道;排风设于廊道底部。对于放射性废液廊道，应设置专门的通风系统引至特定厂房进行统一处理。

2.5 廊道给排水设计

廊道底部通常设计成3‰的纵向坡度、5‰的横向坡度。管廊一侧设置与廊道纵坡同坡度的排水沟，廊道低点设置集水坑，每个集水坑内设置2台潜污泵，水泵出水接就近的雨水排出系统。对于废液廊道，廊道底部集水应排至废液储罐。

2.6 廊道消防和火灾自动报警系统设计

廊道消防和火灾自动报警系统设计主要针对安装有易燃气体管道或者电气系统等存在火灾危险的廊道。通过安装火灾探测器进行连续探测，一旦发生火灾，立即发出火警信号并确定着火区域位置，联动排烟、灭火等消防设施，在火灾未引起较大损害之前采取消防措施［8］。主要的灭火设施包括移动式灭火器和消防水喷淋系统。

在安装有桥架的廊道中，通常根据表2所示的廊道火灾风险等级，采取对应的措施进行防火设计，主要手段包括:

1)设置防火隔断，实现区域隔离，针对由于桥架内电缆过热而引起的火灾，实施区域防火隔断(桥架水平方向每隔20～25 m、垂直方向每隔5 m作一隔断)，防止火势经由电缆通道蔓延;

2)防火隔断使用阻燃材料;

3)设置的防火隔断耐火极限为2 h;

4)采用低烟无卤阻燃电缆。

采取了防火措施后的廊道可以通过表2进行风险判别，并以此作为廊道应急出入口间距设计的依据。

表2 廊道火灾风险等级识别依据Tab.2 Characterization basis of gallery fire risk level

2.7 廊道通信设计

廊道内通信系统本身不涉及核安全，但其中部分系统与核电厂安全运行和实施核事故应急计划有关，因此应有多样性、独立性和冗余度，确保畅通可靠。主要系统包括综合布线系统、行政电话系统、有线广播系统、声警报系统及无线通信系统。

3 实践中存在的问题和建议

3.1 廊道方案优化

在台山核电厂一期工程的设计、施工过程中，部分廊道因设计分工不同和设计进度不一致导致廊道间接口连接不尽合理，同时也存在进度设置不合理或因赶工而导致廊道方案优化程度不够的问题，不利于施工安装和总体土建成本的节约。

建议在廊道设计过程中尽早梳理各工艺、电气系统接口关系，尽可能在概念设计阶段或初步设计阶段建立各系统接口关系并初步规划廊道路径。在工程分包设计的情况下，应由总图专业设计人员或专职设计经理承担综合协调工作，对整体方案进行综合衡量，协调好廊道设计各方。设计人员可充分运用PDMS等三维设计工具，做出全厂最优而非单个廊道最优的方案。

3.2 地基处理

厂区部分廊道(如综合机械廊道)范围非常大，其总长度达几千m，地基情况迥异。故应分段设计廊道，对不良地基应采取必要的地基处理手段，如换填、强夯等以防止廊道沉降不均［9］。

3.3 设计进度匹配问题

廊道所连接的各个厂房子项的设计进度在台山核电厂一期项目中远远落后于廊道设计进度，在设计过程中出现廊道土建接口、工艺系统接口难以固化的情况，导致廊道设计进度难以保证。主要原因是设计进度通常依据建造进度推算，而建造进度通常又根据子项厂房投入使用时间作为主要编制依据。从实践中看，厂房子项设计进度应适当提前，确保厂房定位，使与廊道土建实体接口尺寸和标高以及与廊道连接的工艺和电气系统数量和规格等信息能及时固化，并作为设计条件提供给廊道设计方。

3.4 廊道设计规范

目前仅文献［2］中有对综合廊道的规定，而对于其他一些廊道如废液廊道、重要厂用水廊道等方面的规范基本没有。同时，在已有规范中的一些具体要求也存在不完善的情况。另外，台山一期工程很多无安全功能的廊道也进行了抗震设计，这是一种基于性能的抗震设计［10］，但对内部管道和桥架布置设计是否需要考虑这种基于性能的抗震设计，目前尚无相关规范说明。关于廊道设计的标准、规范必须补充和完善。

4 结语

EPR核电厂廊道设计有数量多、规划难等特点。针对这些难题，在实际工程设计中，需要组建专业设计团队，在熟练掌握EPR廊道设计思路和方法的前提下，掌握设计原则、理顺设计思路、制定合理的设计进度，从而得出优良的设计方案。通过该工程廊道设计，希望能促进国内相关廊道设计标准、规范的完善，并能推动廊道全面自主化设计的进程。

［1］陈济东.大亚湾核电站系统及运行［M］.北京:原子能出版社，1994.

［2］GB/T 50294—1999核电厂总平面及运输设计规范［S］.北京:中国计划出版社.

［3］HAF 102—2004核动力厂设计安全规定［S］.北京:中国法制出版社，2004.

［4］GB/T 13284.1—2008核电厂安全系统第1部分:设计标准［S］.北京:中国标准出版社.

［5］GB 50267—1997核电厂抗震设计规范［S］.北京:中国标准出版社，1997.

［6］GB/T 17569—1998压水堆核电厂物项分级［S］.北京:中国标准出版社，1998.

［7］HAD102/02—2000核电厂的抗震设计与鉴定［S］.北京:中国法制出版社，2000.

［8］GB/T 22158—2008核电厂防火设计规范［S］.北京:中国标准出版社，2008.

［9］张春文.高压喷射注浆法处理岭澳核电站DG GB廊道工后沉降的应用［J］.电力建设，2002，23(6):16-17.

［10］李刚，程耿东.基于性能的结构抗震设计——理论、方法与应用［M］.北京:科学出版社，2004.