AP1000滨海核电常规岛厂房局部下沉方案及经济性分析

王 鹏 赵福强 赵翠莲

国核电力规划设计研究院 北京 100094

0 前言

核电是安全、清洁和高效的能源，已成为世界电力的三大支柱之一。根据正在建设和具备开工条件的厂址情况分析，到2014年，我国核电装机总容量将达到3800万千瓦［1］，2020年前将超过7500万千瓦。考虑到核电厂的寿期一般为40年，AP1000核电寿命更长达60年，因此如何降低核电站的运行费用有着重要的现实意义，本文对AP1000核电常规岛厂房的布置方案进行探讨，提出了局部下沉的布置方案。

1 常规岛厂房布置

由于核安全方面的考虑，我国的滨海核电厂一般均为干厂址［2］，其厂坪标高相对较高，因此常规岛厂房布置主要有三种方案：

1.1 地上布置

常规岛厂房底层标高与厂坪标高基本一致，见图1。其检修和运行条件好，但循环水泵扬程高，厂用电高，国内的二代加核电一般采用这种方式，如岭澳二期核电站［3］。

图1 厂房底层标高与厂坪标高示意图

1.2 半地下布置

常规岛厂房底层整体下沉，中间层与厂坪标高基本一致，见图2。

图2 厂房底层整体下沉示意图

由于降低了凝汽器最上排换热管的标高，充分利用虹吸高度，相应降低了循环水泵扬程，减少设备造价和运行费用，但开挖量较大，初投资高，检修和运行不便，秦山三期采用了此种方式。

1.3 局部下沉布置

上述两个方案在国内核电项目都有应用，其优缺点也都较明显。在三代核电自主化依托项目的设计过程中，经过对上述两个方案进行研究，根据厂址条件，提出了局部下沉布置方案，见图3。

图3 厂房底层局部下沉示意图

常规岛厂房底层标高与厂坪标高基本保持一致，而将凝汽器设备降低，这样既保留了地上方案检修和运行条件好的优点，也降低了循环水泵的扬程。

2 局部下沉布置方案的技术分析

为保障汽机房底层的工作环境，局部下沉和地下布置方案均需增设机械通风设施。地下布置的给水泵扬程增加7.5m，给水和主蒸汽管道长度各增加7.5m。

凝汽器层均位于厂坪标高以下，常规岛厂房基础设计成钢筋混凝土大平板基础，以增强厂房的整体刚度。在汽机基座底板与厂房地下室底板之间设置伸缩缝，伸缩缝处设置多道防水措施抵抗地下水通过岩石裂隙的渗漏。

3 局部下沉布置方案的经济分析

3.1 机组出力

局部下沉方案，凝汽器喉部高度方向增加了2.5m，会导致低压缸排汽阻力增加。凝汽器喉部加长2.5m，排汽阻力增加约0.1kPa，也就是相当于额定工况时凝汽器背压从3.89kPa增加到3.99kPa。由于该段范围内汽机的功率-背压曲线非常平滑，汽机出力基本不变。

3.2 循环水泵运行费用

根据冷端优化的结果，单台机组的循环水量为65m3/s。

循环水泵的扬程＝循环水泵的几何扬程＋循环水系统总的水头损失。

循环水系统总水头损失和系统的布置有关，对于上述三种布置方案，如采用相同口径的进排水管，总水头损失基本相同，几何扬程的变化是影响循环水泵扬程的主要因素。

几何扬程是设计低水位和虹吸井堰上水位的差值，而堰上水位是凝汽器第一排管子顶标高扣除虹吸利用高度确定的。所以循泵几何扬程HA为：

式中：

HB—凝汽器第一排管子顶标高：地上布置为10.4m，局部地下为7.9m；

HC—虹吸利用高度［4］一般为7～8m，取7.4m；

HL—设计低水位 因本工程为海水直流循环，按平均低潮位－1.18m。

地上布置方案，循泵几何扬程在平均低潮位时为4.18m；局部下沉和地下布置方案，几何扬程均为1.68m，两者相差2.5m。

电机功率差值N（kW）为［5］：

式中：

H—循环水泵的扬程差值 取2.5m；

γ—海水的容重 取1030 kg/m3；

Q—夏季循环水泵的流量 65 m3/s；

η—循环水泵的效率，取0.87。

相比常规岛厂房地上方案，局部下沉和地下布置方案，每台机组循环水泵功率可节省1886kW。

4 局部下沉布置方案工程量和投资

4.1 局部下沉布置方案工程量

主要从以下几个方面考虑：主要管道和设备费用、常规岛厂房负挖、常规岛厂房结构、循环水取排水管道、消防排水设施等，地上和局部下沉方案，常规岛主蒸汽管道、主给水管道等主要系统管道布置基本一致，因此工程量相当。

地下布置方案，主要管道增加费用160万元［6］。

4.2 局部下沉布置方案工程量和投资

投资费用比较见表1。

表1 一台机组各方案的投资

5 结论

在考虑常规岛厂房布置方式时，要在虹吸井堰上水位尽量低的前提下，充分利用虹吸高度；同时由于局部下沉布置时，常规岛厂房底层标高与厂坪标高基本保持一致，虽然将凝汽器设备降低，但降低的高度有限，凝汽器喉部加长在一定范围（3M）以内，所以常规岛局部下沉布置方案技术简单，安全可靠，投资省，运行费用明显降低，为首选的布置方案。

［1］祁恩兰.我国核电的建设形势及思考［J］.电力建设，2009，（05）：1-4.

［2］陈锋.我国滨海核电厂厂坪标高的确定［J］.核安全，2006，（02）：44-48.

［3］吴祖兵.岭澳核电站二期工程常规岛主厂房布置设计优化［J］.核动力工程，2009，（04）：59-61.

［4］DL/T5339-2006火力发电厂水工设计规范［S］.

［5］郭立君，何川.泵与风机［M］.北京：中国电力出版社，2004.

［6］孙琳.核电常规岛主厂房下沉式布置方案经济性分析［J］.科技与信息，2007，（32）：620-621.