某核燃料后处理厂共去污及钚线建筑设计优化★

李鑫 陈勇 秦永泉

(中国核电工程有限公司，北京 100840)

0 引言

开展任何规模核燃料后处理厂房建筑设计前，首先需根据后处理工程任务，进行总体规划，某核燃料后处理厂经总体规划后将工程建筑物分为五部分:主厂区、三废区、公用区、厂前区和厂外区。主厂区包括乏燃料接收与贮存设施、首端处理设施、共去污分离设施、钚净化及钚产品贮存设施、铀净化及铀产品贮存设施、分析中心、中央控制室、高放废液玻璃固化设施、排风塔等建筑物。共去污分离设施主要任务是:接收首端处理设施已调好的1AF料液，通过铀、钚的共去污，实现铀、钚与裂片元素的初步分离，再将铀钚进行分离，铀钚分离后，含铀的1CU送铀净化及铀产品贮存设施，含钚的1BP送钚净化及钚产品贮存设施，本设施产生的高放废液送高放废液玻璃固化设施进行玻璃固化。钚净化及钚产品贮存设施主要任务是:将共去污分离设施送来的1BP溶液进行纯化、浓缩和草酸钚转化，最终生成二氧化钚产品，并进行贮存。

根据共去污分离和钚净化及钚产品贮存部分工艺任务、工艺流程和厂房布置与维修原则开展了厂房建筑设计，本文提出了共去污分离和钚净化及钚产品贮存部分合并前后两个建筑设计方案以优化设计，本文重点介绍这两个建筑设计方案及其比较。

1 厂房建筑布置与维修原则

根据各建筑物任务、工艺流程以及设计参考标准确定后处理厂主工艺厂房建筑布置和维修采用以下原则:

纵深防御多层屏障原则;动态封闭与静态封闭相结合;分区布置原则;建筑物按工艺过程分块布置原则;合理组织通风气流，保持四区之间的负压梯度，防止污染扩散;人流、物流分开，合理走向，避免交叉污染;以人为本，操作维修方便;采用“最少维修”和“混合维修”。

2 建筑设计方案比较

2.1 设计方案一

共去污分离、钚净化和钚产品贮存按三个独立设施考虑，共去污分离设施作为一个子项(车间)管理(子项代号A子项)，考虑到钚净化和钚产品贮存人流物流联系频繁，将钚净化设施和钚产品贮存设施共同纳入一个子项(车间)并进行管理(子项代号B子项)。

针对A和B两个单独子项，根据工程设计经验，开展了多方案设计比较，形成了各自的最优建筑设计方案，下文将阐述A和B子项最优的建筑设计方案。

2.1.1 A 子项

A子项厂房建筑为框(排)架剪力墙结构，地上3层，地下2层，由共去污分离循环、高放废液处理、高放废液暂存、酸回收和尾气处理等系统用房、辅助工种用房及服务系统用房等部分组成，该厂房建筑按照三排设备室平行并列布置，厂房建筑布置相关数据见表1。

2.1.2 B 子项

钚净化及钚产品贮存设施建筑物包括钚线主工艺厂房(钚净化和钚尾端)(B/1厂房)和钚产品贮存区(B/2厂房)，在B/1厂房和A子项合并前后B/2厂房布置不变，只将B/2厂房代号更换为A/2，因此在本章节只阐述B/1厂房建筑基本布置情况。

B/1厂房建筑为框(排)架剪力墙结构，地上4层、地下2层。B/1厂房建筑由钚尾端和钚净化系统用房、辅助工种用房及服务系统用房等部分组成，钚尾端两条生产线按照两排热室“面对面”布置，钚净化循环系统按照两排设备室平行并列布置，厂房建筑布置相关数据见表1。

表1 A子项和B/1厂房合并前后数据比较

2.2 设计方案二

由于A子项和B子项处理对象都涉及含钚的高放料液，这种料液具有高放射性、高毒性等特性，因此对建筑物的屏蔽要求和密封要求都很高，均需至少按照四区布置，工艺过程需要采取远距离操作，尽量采用免维修设备及仪表，采用混合维修方式进行维修(尽量采用远距离维修和间接维修)。而且两个子项的处理对象特征决定了这两个建筑物均需按照放化安全1级以及抗震Ⅰ类进行设计。此外，两个子项都采用了脉冲萃取柱作为萃取设备，采用空气提升进行高中放射性料液的输送，脉冲萃取柱和空气提升对空间要求较大，需采用高设备室布置方案。两个子项各自的溶剂回收、尾气处理系统、蒸汽复用、冷却水等系统可以统一考虑，服务系统和辅助工种用房也可以合并设计。另外，在B子项中，由于钚尾端热室操作区(绿区)和检修区(橙区)存在高α污染风险，因此这两个区不能与钚净化设备室检修区和取样廊等其他橙区和绿区房间直接相通，需要采取设置两个安装检修厅及两套通排风系统等措施，浪费较大。因此，本文认为需要进行A和B子项合并前后建筑设计方案的比较，以优化设计。

合并总体思路为:

B子项中的钚净化厂房(B/1)与A子项合并，按照一个建筑物进行设计，成为新A子项的A/1厂房，钚产品库(B/2)为完全独立的建筑物，合并后厂房建筑布置方案不变，作为新A子项的A/2厂房(以下章节对钚产品库不做阐述)。

通过多方案比较，形成了合并后A/1厂房最优建筑设计方案，下文将按照这个最优建筑设计方案进行阐述。

A/1厂房建筑仍然按照框(排)架剪力墙结构设计，地上5层，地下2层。厂房由钚尾端、共去污、钚净化、高放废液处理、酸回收、高放废液贮存和尾气处理等工艺系统用房、辅助工种用房及服务系统用房等部分组成，根据钚尾端和高放废液贮存的特点，将钚尾端系统和高放废液贮存系统布置在相对比较独立的两个建筑物中，这两个建筑物的大部分辅助工种用房及工艺服务用房与主建筑物公用;钚尾端热室检修区(橙区)和热室操作间(绿区)不与主建筑物橙区和绿区直接相通，均设置过渡间进行过渡，而且钚尾端设置独立的红区、橙区和绿区排风系统，而钚净化系统完全融于主建筑物，与共去污系统共享服务和辅助系统，适当减少了浪费，优化了设计。整个建筑群人员公用一个白区和绿区出入口，人员通过这两个出入口与其他子项联系。主建筑物按照典型的“H形”设备室布置方式布置。

2.3 建筑设计方案比较

2.3.1 数据比较及经济性分析

对A子项和B/1厂房合并前后建筑设计方案的厂房占地面积、建筑面积、通风体积、设备与阀门数量、人员编制等方面进行比较，比较结果见表1。

由表1可知，A子项和B/1厂房合并后总建筑面积将减少约14 740 m2，建筑工程费用按照6 000元/m2计算，仅此一项节省投资约8 844万元。由于吊车、货运电梯、贮槽、泵、检修容器等常用工艺设备及阀门、管件等的减少将大大节约投资，并考虑通风、电器、仪控、给排水、通信和剂量检测等相关工种设备减少量，预计合并后设备费节省约2 000万元，预计安装工程费用和设备运杂费可节省约600万元。不考虑征地费、前期工作咨询费、建设单位管理费、工程设计费、工程监理费等其他费用减少量，预计静态总投资将节省1亿元以上。

红区、橙区和绿区通风换气次数均按5次/h计，通风量减少300 000 m3/h，风机(L=60 000 m3/h，37 kW)将减少 5 台，每年节约用电162万度;橙区和绿区面积减少13 960 m2(红区和白区房间照明用电很少，不予考虑)，照明用电按照8 W/m2考虑，照明时长按照12 h/d计算，每年节约用电49万度;各工种用泵将减少20台以上，按照每天工作4 h计算，每年将节约用电4.8万度;仅考虑以上节省，每年节约用电210万度以上，运行费用每年节省150万元以上。另外，由于人员编制的减少也节约了运行成本。因此，预计每年节省的运行费用将超过500万元。

橙区和红区设备的减少将使得放射性固体废物年产生量减少(仅通排风过滤器的减少将每年减少3.5 m3固体废物)，橙区面积的减少使得特下水的量也有所减少，这些减少量使得废物处置费用相应降低。

2.3.2 建筑设计方案优缺点比较

A子项和B/1厂房合并前，厂房任务相对单一，建筑物内管理相对方便，单个厂房面积相对较小，结构相对简单，施工难度相对小，通风体积大小和工艺系统规模较小，房间内大气及工艺尾气负压调节相对方便。A子项和B/1厂房之间存在人流物流接口，接口管理不便，合并后可以减少接口。

合并后由于厂房占地面积和总建筑面积相对A子项或B/1厂房单个建筑物而言较大，结构相对较复杂，施工难度较大，尤其是伸缩缝的处理存在一定难度，但是仍然是可施工可解决的，可以在伸缩缝处预留管道及设备安装洞，待建筑物沉降比较稳定后安装设备及管道。合并后建筑物管理、建筑物通风和工艺尾气负压调节、消防等难度加大，可以通过加强联系、强化人员培训、重视管理、设置两套建筑物通风和工艺尾气系统、严格按照标准要求设置自动消防报警与喷淋系统以及设置消防通道等措施予以解决。

3 结语

通过共去污和钚线主工艺厂房建筑合并前后建筑设计方案的比较，可知合并前后的建筑设计方案是安全可靠的，满足工艺要求。虽然合并后存在一些不足，但是这些不足是可以通过工程措施和管理措施弥补的，而且合并后的设计方案总占地面积和建筑面积大量减少;减少了很多重复性房间、设备和工作岗位，运行操作控制及维修更加方便;减少了高放废液输送距离，提高了建筑物的安全性;在确保安全和完成任务的前提下降低了大量的静态投资和运行成本。总之，合并后的建筑设计方案具有相对优势。建议在某后处理厂工程设计中，将共去污和钚线主工艺厂房合并成一个建筑物以优化设计。