核电厂汽轮机厂房降标高设计方案

鲍旭东，李儒鹏

（1.中核核电运行管理有限公司，浙江　海盐　314300；2.中国电力工程顾问集团华东电力设计院，上海　200063）

核电厂汽轮机厂房降标高设计方案

鲍旭东1，李儒鹏2

（1.中核核电运行管理有限公司，浙江海盐314300；2.中国电力工程顾问集团华东电力设计院，上海200063）

文章介绍了方家山核电工程初步设计阶段对汽轮机房降标高设计方案的评审过程及关注要点。常规岛工程设计的好坏对于核电工程项目的影响巨大，应重视设计阶段的管理，增加设计审查的投入，特别是组织对设计方案的选择、论证、优化和评审。

汽轮机厂房标高；降低标高；方案评审

秦山核电厂扩建项目（方家山核电工程）厂址位于浙江省海盐县秦山镇境内的秦山核电基地，秦山核电基地目前已建成秦山一期、二期和三期工程。方家山核电工程建造的两台百万千瓦级的压水堆核电站的冷却水水源取自秦山一期工程东侧的杭州湾海域，通过约1 300 m长的输水隧道将海水引入厂区，温排水通过排水暗渠及排水隧道，向北穿过秦山一期工程海堤，排入杭州湾海域。

方家山核电工程的设计建设是以岭澳一期核电站为参考电站，借鉴岭澳二期的工程实践，采用二代加改进技术。由于厂址的地质、环境、气象等条件均与参考电站不同，在设计上需进行相应的厂址适应性修改。中国电力工程顾问集团华东电力设计院（以下简称华东院或ECEPDI）作为常规岛设计院，在参考电站设计准则基础上，结合核电厂址条件和工程设计实践经验，在工程方案设计阶段，提出修改汽轮机厂房标高设置和布置设计，以提高电站设计技术的先进性和运行的经济性。

1　设计审查的要求

方家山核电工程采用EPC管理模式，由中国核电工程有限公司（CNPE）作为工程总承包方，负责全面的工程设计审查，对合同电厂的设计负总体责任。按照总承包合同规定，方家山核电工程项目业主秦山核电有限公司（QNPC）有权委托独立第三方或组织专家组进行专项的设计审查。在核电工程的总体设计阶段，对核电工程设计改进项的评审是设计管理的重点工作之一，通过综合考虑设备采购和工程建设进度要求，选择在技术上是成熟的，并有可借鉴的工程设计方案，通过业主组织的专项设计审查确定工程设计方案，可以降低改进项对工程质量、进度、工期带来的风险。

2　常规岛厂房标高设计方案

2.1常规岛厂房的布置设计

常规岛厂房主要由汽轮机房和辅助间组成，厂房设计一般为底层、中间层和运转层三层布置。在总体设计阶段要充分考虑布置方案的包络性，通过国内设备制造厂的调研，常规岛厂房布置方案设计时考虑了主机设备制造厂推荐的三缸四排汽、加缸和加长叶片的三种可能方案。

华东院（ECEPDI）在方家山核电工程的可行性研究阶段提出了常规岛汽轮机房降标高布置设计方案。由于汽轮机房降低标高布置的这类重大设计改进项对核电工程的建造质量和投资费用，以及今后电厂的运行维护及节能都有至关重要的影响。在2007年9月QNPC项目业主组织召开汽轮机房降标高布置方案专题分析报告的专家评审，重点对汽轮机厂房标高设置方案的技术可行性和安全经济性进行了审查。华东院依据确定的汽轮机房降标高设计方案，顺利开展了汽轮机冷端优化、常规岛系统初步设计以及厂房布置优化设计等深入的设计工作。

2.2汽轮机房降低标高设置的必要性

滨海核电厂都是采取海水冷却水直冷方式，海水通过循环水泵从附近的海域抽取送到汽轮机厂房的凝汽器。在常规岛工程设计时，如果汽轮机房零米层标高设定在厂址地坪标高度上，则将造成海水循环冷却水的提升高度增加，循环水泵需要电动机的功率增大，所消耗的厂用电增多。在秦山二期和秦山三期的常规岛工程设计上，都采用了汽轮机房零米层标高降低的设计方案，通过总结秦山地区各个核电厂机组实际运行情况和经验反馈来看，汽轮机厂房的零米设计标高降低布置在技术上是可行的，经济上是有利的，对于方家山核电工程有必要考虑适当降低凝汽器的布置高度，减少循环水泵的设计扬程，降低电厂的运行费用。

2.3汽轮机房零米层标高的选择

在秦山基地已建成的三个核电工程的厂坪标高和汽轮机房零米层标高的设计各不相同，秦山一期厂坪标高为+5.0 m（黄海高程）；汽轮机房零为层标高为+5.5 m（不降低）；秦山二期厂坪标高+10.93 m，汽轮机房零为层标高为+3.73 m（下降7.2 m）；秦山三期厂坪标高为+11.7 m，汽轮机房零为层标高为-0.5 m（下降12.5 m）。方家山核电工程确定的厂址地坪设计标高为+10.1 m。ECEPDI结合目前国内外核电工程实践，特别是秦山地区秦山二期和三期汽轮机房降标高设计的工程经验，在通过多种方案的对比分析，选用汽轮机房零米层标高降低7.5 m方案，该方案在排水管、虹吸井及排水管水头损失取值上相对保守，充分利用了虹吸高度，循环水泵几何扬程理论上较低，从节能的角度上来分析是最为经济的方案。

2.4汽轮机房标高下降后厂房布置方案

在考虑降低汽轮机房标高布置时，除了要考虑循环水泵运行的经济性要求外，还需综合考虑机组运行的安全性要求和汽轮机厂房主要设备安装就位及检修空间的要求。根据秦山二期、三期工程的机组运行的经验反馈，汽轮机厂房标高下降高度的选择应保证在海平面高潮位时不会发生海水倒灌和凝汽器在泄漏时能隔离排水，要充分考虑电厂机组运行的安全性和设备可检修性的要求。对于汽轮机房各层主要设备安装就位及检修空间要求，与地上布置不同，降标高布置的汽轮机房设备运输大门进口处于中间层平台，需要设置底层设备起吊用的检修孔，同时需要考虑增加结构承载的设计，以满足汽轮机厂房大件设备的运输和吊装，特别是汽轮机房降标高布置对凝汽器的安装方案影响最大。方家山项目的凝汽器壳体模块是在工厂完成穿管，整体发运现场进行模块拼装，需要在厂房外正对凝汽器的区域，增设地下空间及披屋，作为凝汽器模块进厂房和组装场地， 也为今后凝汽器更换钛管的留出检修空间。由于两个厂房之间通道距离小，在2号机组凝汽器模块安装时，需要缓建1号机组位于两个厂房之间的润滑油转运站（MO）和化学加药间（MP），等2号机组凝汽器模块安装完毕后再启动施工。

在方家山核电工程设计中，汽轮机房作为一个整体，按照整体下降7.5 m方案考虑，厂区地坪标高为+10.1 m，同时考虑中间夹层相对厂区地坪标高高出0.15 m，并按照相对标高为0.00 m，汽轮机房底层标高为-7.5 m（黄海高程+2.75 m），汽轮机房内布置的主要设备均下降7.5 m［1］。由于核岛厂房、厂区沟道及汽轮机房周围其他子项的标高均维持不变，汽轮机房整体降低标高后，汽轮机房与其他子项之间相连的管道，电缆桥架、连接通道等相互位置将发生变化，即接口关系发生了变化，特别是汽轮机厂房的主蒸汽系统（VVP）和主给水系统（ARE）的母管也将随厂房下降，将引起这两个系统相对参考电站发生设计变更。

综合各设计方意见，在汽轮机房整体标高下降方案的基础上，考虑在汽轮机房靠近核岛厂房侧专门设置一档（8 m左右）不降低标高的方案，主要是为了主蒸汽、主给水及其母管所在的汽轮机第一垮保持不变。该方案避免了主蒸汽母管和主给水母管设计布置修改的问题，并且系统管道相关的应力分析、抗震计算，以及主蒸汽管道防甩击设计计算，都不需重新设计分析和论证，避免汽轮机房下降方案对方家山核电工程的整体设计工作进度造成影响。

2.5典型的汽轮机房标高设置及布置方案

典型方案一：汽轮机房地面布置方案

按照参考电站设计方案的汽轮机房布置方案，各主要层的布置分别为：底层0.20 m，夹层6.20 m，运转层16.20 m，如图1所示。

图1　汽轮机房地面布置不降标高（典型方案一）Fig.1　No lowering of turbine building elevation（Typical scheme 1）

典型方案二：汽轮机房整体降标高方案

汽轮机房整体下降标高7.5 m，在汽轮机房A排柱外侧与凝汽器相对应的部位需考虑增设地下空间及披屋。汽轮机房整体下降后，各主要层的布置分别为：底层-7.50 m，夹层0.00 m，运转层8.50 m，如图2所示。

典型方案三：汽轮机房内专设一档的降标高方案

汽轮机房降标高并专设一档（8 m宽度），汽轮机房分为二个区域，即不降标高的汽轮机房主蒸汽管廊区和标高降低区，标高降低区底层相对标高为底层-7.50 m，夹层0.00 m，运转层8.50 m，如图3所示。

图2　汽轮机房整体降高（典型方案二）Fig.2　Lowering of turbine building elevation（Typical scheme 2）

图3　专设一档的降标高方案（典型方案三）Fig.3　Lowering of turbine building elevation by adding an interval （Typical scheme 3）

3　方案技术经济分析

3.1汽轮机房降标高及厂房布置方案的技术分析

对于汽轮机房降低标高后的两种不同厂房布置（典型方案二、三）设计方案的技术可行性和安全可靠性分析，需要以汽轮机房地面布置即不降标高（典型方案一）为比较基准。技术分析包括汽轮机房降标高后厂房布置变化、工艺系统变化、设计接口处理，以及汽轮机厂房土建结构设计等方面的变化。

对于汽轮机厂房布置的变化分析，汽轮机房下降布置后，需要考虑在与凝汽器相对应的部位增设凝汽器维修空间及披屋，增设防潮通风的竖井，以改善地下厂房的工作条件，增加了土建开挖量。对于汽轮机房整体下降的典型方案二，由于从核岛（NI）来的管道及桥架等标高维持不变（包括主蒸汽和主给水管道），而在常规岛（MX）这些管道及桥架等标高均相应降低。对于典型方案三，虽然从核岛来的主蒸汽和主给水管道到汽轮机房母管标高没有变化，但从母管到汽轮机主汽门、MSR、凝汽器、高压加热器、旁路排放等管道相对标高的布置发生较大变化。

对于常规岛工艺系统变化分析，由于汽轮机房标高降低引起常规岛与核岛（NI/MX）厂房高差增加，从除氧器经给水泵送水到蒸汽发生器需克服更多的压头，会影响给水泵设备的扬程。由于汽轮机房半地下厂房的工作环境条件变差，需要增加防潮、通风、照明和排水等设施，汽轮机房采用竖井通风方式，地下部分采用机械送风，地上部分采用百叶和建筑窗户自然进风。设置地下厂房消防排水系统，对消防时产生的消防水采用机械方式排出。另外，为防止排水管道的破裂而引起汽轮机房水淹，而不使汽轮机房的水经GB管沟进入核岛，需要充分考虑防止海水高潮水倒灌措施。

对于汽轮机厂房土建结构的变化和设计接口变化的分析，方家山核电工程的汽轮机房采用钢筋混凝土大底板的筏基基础，可增强厂房的整体刚度，抗御地下水通过岩石裂隙的渗漏，结构设计时同时考虑了降低标高后侧壁抗渗措施，基础底板抗渗及抗裂等措施，以及地下部分厂房的抗浮能力等问题，此形式与参考电厂的独立基础相差较大。对于穿过汽轮机房基础地基的大口径循环水管施工，采用将循环水管先安放在局部爆炸成形的基岩槽沟内，然后在循环水管外壁四周浇灌混凝土，以使其与基岩槽沟形成整体的施工设计方案。常规岛与BOP有关厂房的进出汽轮机房的循环水管道（GA、GD沟的循环水管、辅助冷却水管、给排水管及消防水管等）接口需重新定位和布置。对于整体降标高典型方案二，由于主蒸汽管道的布置产生了变化，管道防甩击支架设计要求也发生了变化，给支架设计带来一定的难度。而对于典型方案三专设一档降低标高方案，由于主蒸汽管道的布置与参考电站相同，管道防甩击支架设计要求也基本相同。

3.2汽轮机房降标高布置的经济分析

汽轮机房降低标高布置设计方案的经济性比较分析内容包括了运行费用和工程费用两个方面。当汽轮机房采用半地下式布置（零层标高降低7.5 m）时，与采用地上式布置相比较凝汽器设备安装标高下降了7.5 m，意味着两种方案的循环水泵扬程差值约7.5 m。方家山核电工程两台机组共4台循环水泵，经计算，当汽轮机房采用半地下式布置时，单台循环水泵电机运行可节省厂用电量约为2 679 kW（即两种布置方式的电机功率差值），循环水泵的年运行费用可节省约2 899万元。由于汽轮机厂房降低标高布置后，造成给水泵设计扬程增大，给水泵电机消耗厂用电量增加，估计年运行费用增加约98万元。以及厂房通风采用机械送风方式，需增加机械送风机组，增加年运行费用约390万元。综合考虑各种因素，采用汽轮机厂房降低标高布置的设计方案，电厂每年运行费用可节省约2 411万元［1］。

对于汽轮机房整体降低标高后，增加了汽轮机房土建及设备安装工程量及费用，主要包括有MX与NI及BOP厂房有接口的管道的长度增加及相应的安装工程量增加；汽轮机房负挖增加地下部分基础及结构施工工程量；增加循环水取排管道（沟）的工程量；增加消防排水设施及设备安装工程量；增加采暖通风设施及设备安装工程量。相对不降标高布置典型方案一，整体降标高布置典型方案二的工程一次性投资费用增加合计约1 641万元，约0.7年回收初期投资；而典型方案三的工程一次性投资费用增加合计约4 795万元，约2年回收初期投资［1］。

4　结束语

在核电工程总体设计阶段，业主单位在综合权衡电厂运行安全性、技术先进性、经济性和工程可实施性要求，通过组织专题评审，确定方家山核电工程汽轮机房标高降低方案在技术上是可行的，经济上是有利的。设计单位在常规岛工程初步设计阶段，通过进一步的全面的技术分析和经济性分析研究，结合已建核电工程的设计实践和运行经验反馈，同时综合考虑工程设计、设备采购和施工进度要求，最终选择了汽轮机房零米层标高降低7.5 m并专设一跨的设计方案。汽轮机房降低标高布置方案的工程设计改进和实施，使方家山核电工程项目设计建造的总体安全水平和技术经济性得到进一步提高。

［1］ 吴涌，张杰，张豪冰，等. 秦山核电厂扩建项目（方家山核电工程）汽轮机房标高设置专题分析报告C版（30-H300301CY-A01）［Z］. 中国电力顾问集团华东电力设计院，2008.（WU Yong，ZHANG Jie， ZHANG Hao-bing， et al. Special analysis report on setting of elevation for the turbine building of Qinshan-II Extension Project（Fangjiashan Nuclear Power Project） （Version C） （30-H300301C Y-A01）［Z］. East China Electric Power Design Institute of China Power Engineering Consulting Group， 2008.）

［2］孙琳. 核电常规岛主厂房下沉式布置方案经济性分析［J］.科技信息，2007，32.（SUN Lin. The economic analysis for the subside layout of the main building of the conventional island of nucle ar power plant［J］.，2007，32.）

Review of Turbine Building Low Elevation Design Scheme of FJS Nuclear Power Project

BAO Xu-dong1， LI Ru-peng2
（1. Nuclear Power Operation and Management Co.， Ltd.， Haiyan of Zhejiang Prov. 314300，China；2. East China Electric Power Design Institute of CPEC，Shanghai200063，China）

This paper introduces the review process and related concerned points on the scheme of turbine building low elevation arrangement during basic design period， the quality of the conventional island engineering plays a very important role in the project engineering， the design management should be paid attention， and design review should be enhanced， especially the design scheme selection， verification and review should be organized.

turbine building elevation；lowering of the elevation；the scheme review

TM623Article character：AArticle ID：1674-1617（2015）03-0214-05

TM623

A

1674-1617（2015）03-0214-05

2015-06-12

鲍旭东（1966—）男，浙江宁波人，高工，本科，研究方向核电设备运行及管理，现从事核电站设备管理工作。