核电站辅助给水系统M27分区工艺布置设计

苏应斌　王帅　赫荣辉　唐涌涛　黄伟

【摘 要】本文针对参考电站ASG系统汽轮机厂房8M27区域设备管道布置较为混乱，人员操作、检修可达性差等问题，在宁德核电一期等项目设计过程中，依据相关布置原则，基于PDMS三维平台，对M27分区设备和管道工艺布置进行全新设计，并运用专业软件对工艺管道进行力学评价。新布置方案已成功应用于已经商运的宁德、阳江等核电工程中。

【关键词】辅助给水系统；9ASG；工艺布置

0 概述

辅助给水系统（ASG）属于专设安全设施之一，其安全作用是在主给水系统的任何一个环节发生故障时，作为应急手段向蒸汽发生器二次侧供水。它由两大部分组成：分属各个机组的部分（1ASG和2ASG）和两个机组共用的部分（9ASG），其中9ASG部分设备管道布置于常规岛汽轮机厂房（MX）中主蒸汽防甩击钢结构所在的M27分区。

在宁德核电一期工程ASG系统工艺布置设计中，参考电站8M27区域8ASG设备管道布置较为混乱，人员操作、检修可达性差，此外，土建钢结构设计方对M27分区所在的主蒸汽防甩击钢结构进行了较大设计修改，基于上述原因，需对本工程9ASG设备和管道工艺布置进行全新设计。

1 工艺流程简介[1]

ASG系统中两个机组共用的设备（9ASG）是一套除氧装置，包括1台除氧器（001DZ），两台循环泵（005PO和006PO），1台再生热交换器（001EX），加热用蒸汽冷凝水贮存罐（002BA）及冷却器（001RF）。

工艺流程如图1所示，两台100%流量的除氧给水泵分别由两台机组360V交流应急电源系统供电，正常情况下一台工作，另一台备用。由常规岛除盐水分配系统（SER）或核岛除盐水分配系统（SED）来的除盐水，通过再生热交换器（001EX）初步加热后进入除氧器（001DZ）内进行除氧处理，分别供给ASG和REA水箱。除氧器内的水由循环泵抽出经160VD分配，在001EX冷却后供给1ASG001BA、2ASG001BA或REA水箱，或者回除氧器循环加热、除氧。ASG001BA的水也可由循环泵006PO驱动，通过165VD、166VD、153VD和001EX，进入除氧器进行再处理。

图1 9ASG部分工艺流程图

2 布置设计

2.1 参考电站布置存在的问题

在参考电站布置中，将主要设备两台循环泵（005PO、006PO）、再生热交换器（001EX）布置在了0.000m设备管道布置区域的中心，导致后期在设备周边布置仪表和管线后，设备操作和检修通道不通畅。此外，部分阀门操作、检修可达性差，如166VD、153VD布置在于2.4m标高处，164VD、167VD、172VD、173VD等阀门过于靠近防甩击钢结构立柱和斜梁，造成人员操作、检修可达性差。此外，部分管道未考虑分层布置，支吊架结构复杂，同时后期安装公司负责的仪表管布置占用了预留空间，造成原本狭窄的人员通道更不通畅。

2.2 布置原则

在设备（泵和阀门）的布置应满足通用要求（如应充分满足泵的有效净正吸入压头）的基础上，应依据MX厂房空间规划，充分考虑设备、管道和阀门的安装、在役检查和维修、设备拆除等方面的可达性和可操作性空间要求。具体按如下布置要求（不局限于下述要求，仅举例说明）进行布置：

（1）除氧器安装高度和下水管管径的选择及布置应进行计算，以满足给水泵（或前置泵）所需汽蚀余量的要求；

（2）设备管道布置应结合汽轮机厂房设备及建筑情况进行，设备方位和管道走向宜与厂房轴线一致；

（3）水平管道交叉较多的位置，宜按管道的走向划定纵横走向的标高范围，将管道分层布置；

（4）管道与墙、梁、柱及设备之间的净空距离要合理，便于保温、检修；

（5）布置于地面上的管道与地面之间的净空距离，应符合有关规定；

（6）管道的布置，应保证支吊架的生根结构、拉杆与管子保温层不致相碰。

2.3 设备管道布置

根据常规岛总体规划，9ASG系统设备和管道布置在1MX厂房西南角的M27区域（东、西方向位于2/A轴与5.1/A轴范围内，南、北方向位于2/1轴和1/3轴范围内），该区域位于主蒸汽防甩击钢结构范围内，钢结构共有三层，标高分别为+6.200m、+11.200m和+16.170m。

本项目基于PDMS三维平台进行布置，首先依据外部接口提资建立了MX厂房主蒸汽防甩击钢结构三维模型。在此基础上，重新对设备和管道进行合理规划和布置，以消除参考电站布置中存在的问题。

为实现系统功能，并考虑设备吊装、检修可达性、系统接口位置尽量集中等因素，将主要设备按如下方式布置：除氧器（001DZ）为立式筒体设备，为便于安装和支承，将其布置于+11.200m平台上，设备两侧支耳分别固定于两侧钢梁上。将该设备布置于高位，可充分满足循环泵的有效净正吸入压头。依据工艺流程，将冷凝水贮存罐（002BA）布置于+6.200m平台上。此外，将两台循环泵（005PO和006PO），再生热交换器（001EX），冷却器（001RF）布置于±0.000m地面。

以±0.000m层设备和管道布置为例，主要设备布置于4.2/A轴与3.1/A轴之间靠近西侧（不同设备间留出约2.5m宽的检修空间），东侧留出约2.5m宽的通道，将相关管道、阀门集中有序布置于1.2/A轴与3.1/A轴之间，同时将所有与外单位管道接口位置集中布置于该区域南侧。通过全新规划，为设备、管道、阀门的操作、检修提供了充足空间，如图2。

2.4 管道支吊架三维辅助设计

在三维平台中进行了9M27区域所有管道支吊架的三维模型搭建（如图3），此项工作与管道力学评价并行，并同时进行三维碰撞检查，确保各物项之间互不干涉。相比之前纯二维制图，该方法有效地提高了图纸质量，在现场安装过程中，设计变更和现场澄清数量得到了很好地控制。

图3 管道支吊架三维模型

3 应力分析

3.1 管道应力评定准则和材料性能

该区域管道符合ASME B31.1动力管道规范适用范围，因此该区域管道按照ASME B31.1-2004进行应力分析评定。

（1）管道元件一次应力（由持续载荷引起的应力）需满足方程104.8.1（11B）的要求。

（2）管道元件二次应力（热膨胀应力范围）需满足方程104.8.3（13B）的要求。

（3）管道材料性力学能取自ASME B31.1-2004，强制性附录A。

各符号含义见ASME B31.1-2004。

3.2 分析方法和结果

管道分析采用TRIFLEX V3.3.1专业应力分析软件，该软件由美国AAA-PSI公司在1971年推出，广泛应用于化工、石油、电力等行业。以设备管嘴和与外部接口单位（广东电力研究设计院）管道接口为分析解耦边界，本区域管道通过6个管道分析模型完成应力分析计算。通过分析与布置工作相互反馈，最终使管道一次应力和二次应力计算值均在许用范围内，各设备接管嘴承受的最大推力和推力矩均在允许值范围内，部分分析结果见表1和表2。

4 小结

针对参考电站布置存在设备检修可达性较差，人员通道不通畅等问题，加之本项目主蒸汽防甩击钢结构相比参考电站进行了重新设计，在宁德核电一期工程设计中，对9ASG系统设备和管道进行全新布置。

新布置基于PDMS三维平台进行，在充分理解工艺流程和相关布置原则的基础上，对设备和管道布置进行了合理的规划，同时运用专业软件对布置方案进行了力学评价，以满足力学要求。

新布置方案消除了参考电站布置存在的问题，目前已成功应用于宁德、阳江等核电工程中。

【参考文献】

[1]苏林森，杨辉玉，等.900MW压水堆核电站系统与设备[M].北京：原子能出版社，2005，3：182-184.

[责任编辑：杨玉洁]