核电厂海水循环水管道布置与选材

田楠 曹宏智

摘要：核电厂海水循环水管道（循环水廊道）分为进水管和排水管，对核电厂运行的经济性和安全性有重要作用。本文从循环水廊道的管道选材及布置方面进行分析，论证了循环水进、排水管采用上下重叠布置，管材采用现浇钢筋混凝土管可达到节约布置空间，控制成本的目的，是最优化的选择。对其他机型机组的循环水系统布置有借鉴和参考意义。

关键词：循环水廊道；重叠布置；选材；施工周期

中图分类号：C35文献标识码： A

1. 引言

核电厂循环水进水管是从联合泵房出口至常规岛汽机房的循环水压力管道，向常规岛凝汽器提供循环冷却水。循环水排水管是从常规岛汽机房至虹吸井的排水管道，排放从凝汽器出来的循环水热水，同时承担向辅助冷却水系统（SEN）供水的功能。

2.循环水廊道选材优化分析

目前市面上的循环水管道可采用钢管(SP)、球墨铸铁管(DIP)、预应力钢筒混凝土管(PCCP管)、玻璃钢管(GRP)、现浇混凝土管、现浇混凝土沟、预制混凝土管、预制混凝土沟、钢管外包混凝土管、玻璃钢管外包混凝土管等。由于核电机组的运行寿命是60年，电厂对应循环水管道系统应按60--70年考虑，几种管材中，预应力钢筒混凝土管(PCCP管)虽然抗渗能力较好，承受内、外压能力强，接口采用钢制承插口，尺寸较准确，并设橡胶密封圈，密封效果好，但是制作及运输难度大，不可弯曲和切割，抗变形能力差，安装灵活性差，零部件制作较困难，非标段的加工、施工困难，弯头接缝易开裂、漏水、产生腐蚀，且不能保证60年使用寿命，因此不推荐使用；球墨铸铁管(DIP)虽然承压能力高，寿命长，采用橡胶圈接口，适应性强，安装方便，技术成熟,生产工艺稳定,施工便捷，但是是中小口径管，目前国内可生产≤DN2600，对于循环水廊道这种大口径的管道不适合，而且重量较钢管重，价格比钢管高，易产生腐蚀瘤，不推荐使用。综上所述，现对钢管（SP）、现浇混凝土管、现浇混凝土沟、预制混凝土管、预制混凝土沟、钢管外包混凝土管、玻璃钢管外包混凝土管这七种管材从管道的承压和抗渗能力、加工方案、施工安装及运行维护、防腐处理这几个方面进行比较如下：

各种管材的优缺点见表1-1管道特点比较表：

由于玻璃钢管多使用于腐蚀性强的海水介质中，且单独采用玻璃钢管脆性大，易损坏，单独使用时壁厚较大，造价高，因此不推荐使用；钢管外包混凝土管和玻璃钢管外包混凝土管两种管道比较相似，但在经济性和使用寿命方面玻璃钢管外包混凝土管较优，不推荐使用钢管外包混凝土管。综上所述重点参与比较的管材为：钢管、现浇混凝土管、现浇混凝土沟、预制混凝土管、预制混凝土沟、玻璃钢管外包混凝土管。以下从管道的承压和抗渗能力、加工方案、施工安装及运行维护、防腐处理、管材经济性这几个方面进行比较，由于现浇混凝土沟、预制混凝土管、预制混凝土沟与现浇混凝土管在承压和抗渗能力、施工安装及运行维护、防腐处理方便性能基本一致，只是预制预制混凝土管、预制混凝土沟需要在工厂加工，长途运输，据了解离某最近的工厂也是百公里之外，运输费用高，空载量大，因此不推荐使用预制预制混凝土管、预制混凝土沟。

钢管、现浇混凝土管（沟）、玻璃钢管外包混凝土管从管道的承压和抗渗能力、加工方案、施工安装及运行维护、防腐处理这几个方面性能比较如下表1-2、1-3、1-4、1-5、1-6。

表1-1 管道特点比较表

表1-2 预选管材承压和抗渗能力表

表1-4预选管道的施工安装及运行维护比较

表1-5管道防腐方案比较

表1-6 单根循环水管管材方案投资比较

注：表中数据为每延米管道投资。

从管道的承压和抗渗能力、加工方案、施工安装及运行维护、防腐处理这几个方面来看，循环水管采用钢管、现浇混凝土管、玻璃钢管外包混凝土均是可行的，但是从技术经济比较后钢管投资较大，不推荐使用；玻璃钢管的历史至少还不满60年，从上世纪60年代中期正式用于油田不满50年，因此目前不存在玻璃钢管寿命超过50年的实际应用证明，虽然玻璃钢管的寿命根据AWWA C950-01标准，通过外推曲线是可以预测70年后的强度值的，也就是说玻璃钢管道的使用寿命是可以达到70年的，但是目前没有超过60年的实例，安全期间暂不推荐使用玻璃钢管外包混凝土。

综上所述，管材采用现浇钢筋混凝土管（沟）是最优化的选择。

3. 循环水廊道空间布置对比优化分析

3.1循环水进水管水平布置与上下重叠布置的对比

以某核电工程为例，循环水进水管采用4条现浇钢筋混凝土压力管，每台机组两条，断面型式为内圆外方，若进水管采用水平布置，如下图3-1 循环水廊道进水廊道水平布置图，从PX泵房出的标高的是-4.2 m P.R.D（珠基高程，下同），出PX泵房后标高降到-5.4m P.R.D,两条廊道水平布置通向凝汽器；如采用上下重叠布置，如下图3-2 循环水廊道进水廊道垂直布置图，出了PX泵房后标高分别降到-5.4m P.R.D、-9.8m P.R.D；两种布置方式的从空间和施工周期上来讲的优缺点见下表1-7循环水进水两种布置方式对比。

图3-1循环水廊道进水廊道水平布置图

图3-2循环水廊道进水廊道垂直布置图

表1-7 循环水进水两种布置方式对比表

布置方式 空间 施工周期 采用管材

循环水进水管水平布置 占用场地大，易于其他专业的管道发生碰撞，不好调整 埋深浅，负挖施工周期短 现浇混凝土管、现浇混凝土沟

循环水进水管垂直布置 占用场地小，避开与其他专业管道的碰撞 埋深深，负挖施工周期长，由于要先施工下层管道再施工上层管道，总共施工周期要加长 现浇混凝土沟

由于上下垂直布置下层的管道承受压力较大，所以不能使用现浇钢筋混凝土管，需使用现浇钢筋混凝土沟。

2.2循环水出水管水平布置与上下重叠布置的对比

本期工程的循环水排水管采用4条现浇钢筋混凝土管，每台机组两条，断面型式为方形，若出水管采用水平布置，如下图3-3 循环水廊道出水廊道水平布置图，从凝汽器出的标高的是-5.0 m P.R.D（珠基高程，下同），出了凝汽器后标高抬到-2.25m P.R.D,四条廊道水平布置通向虹吸井；如采用上下垂直布置，如下图3-4 循环水廊道出水廊道垂直布置图，出了凝汽器后标高分别降到-5.0m P.R.D、-9.4m P.R.D，然后在抬高到-2.25 m P.R.D；两种布置方式的从空间和施工周期上来讲的优缺点见下表1-8循环水出水两种布置方式对比表：

图3-3循环水廊道出水廊道水平布置图

图3-4循环水廊道出水廊道垂直布置图

表1-8 循环水出水两种布置方式对比表

布置方式 空间 施工周期 采用管材

循环水出水管水平布置 占用场地大，易与其他专业的管道发生碰撞，不好调整 埋深浅，负挖施工周期短 现浇混凝土管、现浇混凝土沟

循环水出水管垂直布置 占用场地小，避开与其他专业管道的碰撞 埋深深，负挖施工周期长，由于要先施工下层管道再施工上层管道，总共施工周期要加长 现浇混凝土沟

某循环水廊道一侧是靠近核岛的北侧区域，此处基岩状况比较好，设计过程中开挖大都按照1：0.2的边坡进行开挖，为了节省开挖量，省钱，一般坡度更陡，接近直挖，另一侧是靠近泵房和CC井一侧，此处地质条件较差，上部为厂区厂坪回填的松散地层，下部为残积土和全风化、强风化花岗岩，因此上部按照1：2左右的设计边坡，下部也采用1：1到1：1.5的边坡放坡开挖。放坡后影响到挨着其布置的GS廊道的基础，通常就在这里采用混凝土回填。

每一种地层地质条件的边坡都有能令其自稳的一个坡比，如场地回填的底层放坡坡比1：2.5左右就能自稳定，无需支护，而新鲜的微风化岩石可能1：0.2的陡坡就能稳定，甚至临时直立边坡都能稳定，而同一种底层的边坡根据其位置不同，地下水条件不同等种种因素的不同，其自稳定的坡比也不尽相同，所以边坡的开挖都需要钻孔，确定每个地区独特的底层参数，进行边坡开挖计算。循环水廊道进行边坡开挖时候通长考虑不进行边坡处理，直接放坡开挖，但由于核电厂各种地上地下的建构筑物互相交错布置，当放坡开挖影响到其他建构筑物的时候，如果必要，就需要对边坡进行支护。

循环水廊道底板部分局部位于强风化花岗岩，局部位于中~微风化基岩。一般中风化以上的岩石反铲都挖不动，需要进行爆破。

从以上分析来看，循环水进出水水平布置和垂直布置都可以采用。

4. 结论及方案推荐

综上所述，循环水进出水管采用上下重叠布置或者水平布置都可以，管材采用现浇钢筋混凝土管是最优的选择，其他项目可借鉴此布置，根据自身情况进行选择。

参考文献：

［1］水力学，成都科学技术大学水力学教研室编，人民教育出版社，1979年.

［2］电力工程水务设计手册，西北电力设计院编，中国电力出版社，2005年.

［3］900MW压水堆核电站系统与设备，广东核电培训中心编，原子能主板社，2007年.

［4］给水排水设计手册第12册器材与装置，中国市政工程华北设计研究院主编，中国建筑工业出版社，2006年.

［5］给水排水设计手册第4册工业给水处理，中国市政工程华北设计研究院主编，中国建筑工业出版社，2006年.