滨海核电厂厂坪标高优化设计与研究

滨海核电厂厂坪标高优化设计与研究
江才俊;佘靖策;侯平利
【摘要】确定滨海核电厂厂坪标高主要考虑的因素有厂址设计基准洪水位、循环水泵运行费用和场地土石方挖填平衡.在满足厂址设计基准洪水位要求的情况下,厂坪标高的确定与常规岛侧主厂房布置方案密切相关,以某正在筹建的滨海核电厂为例,针对常规岛侧不同的布置方案分别进行技术经济比较,以求得最经济的厂坪标高.【期刊名称】《上海电气技术》
【年(卷),期】2010(003)002
【总页数】5页(P27-30,34)
【关键词】厂坪标高;厂址设计基准洪水位;循环水泵运行费用;土石方;常规岛
【作者】江才俊;佘靖策;侯平利
【作者单位】深圳中广核工程设计有限公司,深圳518057;深圳中广核工程设计有限公司,深圳518057;深圳中广核工程设计有限公司,深圳518057
【正文语种】中文
【中图分类】TM623.1
在当今全球气候暖化、国际社会呼吁温室气体减排的背景下,核电作为一种清洁、高效、安全的能源被越来越多的国家所重视。

《国家核电发展专题规划(2005—2020)》制定了“积极推进核电建设”的发展方针,并给出到2020年的发展目标：到2020年,核电运行装机容量达到40GW,并有18GW在建项目转到2020年以后
续建,核电装机比重将从目前的1.6%上升到4%左右[1]。

核电在我国将会出现一个长期、稳定和持续发展的新局面。

但另一方面,由于核电站单位千瓦造价远高于普通火电机组,极大地制约了核电的发展,如何有效降低核电站造价和运行费用,已成为各国工程技术人员面临的一大难题。

本文结合核电站厂坪标高的优化设计,初步探讨了核电站节约投资及运行费用的一种途径,以便后续工程参考。

1 满足设计基准洪水位要求的厂坪标高
厂区主厂房的地面标高对核电厂的安全和运营至关重要,对于厂址而言,与核安全有关的厂房的地面标高应高于设计基准洪水位。

厂坪最低标高采用可能最大风暴潮增水+10%超越概率天文高潮位+寿命期内海平面增高+安全裕度的组合[2]。

现以国内某正在筹建的滨海核电厂为例,介绍满足设计基准洪水位要求的厂坪标高的确定。

1.1 设计基准洪水位的确定
洪水起因事件的适当组合取决于厂址的特征,根据核安全导则(HAD 101/09)附录V 所推荐的组合,以及对厂址洪水事件和基准水位的研究与分析计算,结合南海滨海核电厂建设的工程实例,厂址所在海区的台风暴潮是最严重的洪水极端事件,它比海啸和假潮的影响要大得多[3]。

因此,该厂址设计基准洪水采用可能最大风暴潮增水
+10%超越概率天文高潮位+核电厂寿期内海平面变化的组合。

其组合如表1所示,表中 PMSS(Probable Maximun Stom Surge)为可能最大的风暴潮,含相应波浪增水。

表1 设计基准洪水项目水位/m PM SS 5.07 10%超越概率天文潮位 1.47核电厂寿期内海平面变化 0.13总计 6.67(1985国家高程系统)
1.2 安全裕度确定
根据《工业企业总平面设计规范GB50187-93》、《核电厂总平面及运输设计规范GB/T50294-1999》和《火力发电厂设计技术规程DL5000-2000》的有关规定,
厂坪标高的确定应在满足设计基准洪水位的条件下,考虑适当的安全裕度,一般规定安全裕度不小于0.5m。

1.3 厂坪最低标高的确定
该核电厂满足设计基准洪水位要求的厂坪标高(最低厂坪标高)确定为
设计基准洪水位+安全裕度=
6.67+0 .5=
7.17m
2 循泵扬程与厂坪标高
循环水泵扬程与循环水沿程阻力、凝汽器水室标高有关,如能保证取排水方案及凝汽器水室绝对标高不变,则循环水泵扬程不变。

在保证循环水泵扬程不变,即运行费用不增加的情况下提高厂坪标高,能减少工程土石方量、缩短建设工期,节省项目初期投资的目的[4]。

2.1 循环水泵扬程及凝汽器水室标高的推算
取排水高程如图1所示。

循环水泵扬程推算过程如下：
循环水泵静扬程(H o)=虹吸井后排水阻力
(H t)+堰上下游水位差(H a)
循环水泵总扬程(H)=沿程阻力(H c)+静扬
程(H o)
凝汽器水室出口高度推算过程如下：
虹吸井上水位标高(H z)=虹吸井后排水阻力
(H t)+堰上下游水位差(H a)+海平面高度凝汽器水室出口高度(H 1)=虹吸井上水位标
高(H z)+虹吸利用高度
图1 取排水高程示意图
本工程根据水工提供的数据 H t=1.5m,H a=0.3m,H c=11.252m。

现计算如下：H z=1.5+0.3+0.5=2.3m；
H1=2.3+7.5=9.8m。

充分利用虹吸效应能降低循环水泵扬程。

本工程考虑利用虹吸高度最大为7.5
m(理论值为9.8m,7.5m为行业通用值)。

H o=1.5+0.3=1.8m；
H=11.252+1.8=13.052m。

2.2 汽机房不同布置方案下厂坪标高推算
对于本工程假设凝汽器水室出口高度为9.8m及循环水取排水方案不变(沿程阻力不变)的情况,循环水泵扬程将保持不变。

在保持循环水泵扬程不变的情况下,如采用凝汽器局部下沉布置或者采用厂房整体下沉布置,则相应地能提高厂坪的高度,减少土石方开挖量,缩短建设工期[5]。

但是凝汽器局部下沉的下沉量受安装及检修等限制,不能无限制下沉；厂房整体下沉高度也受安装、检修、运行方便等因素影响,一般采用下沉之后厂坪与汽机房中间层或运转层平齐方案为最佳。

基于上述考虑,现列举几种典型的汽机房布置方案。

(1)方案1
如图2所示。

厂坪与汽机房底层对齐,采样凝汽器地上布置方案,此时汽机房底层标高为9.8-5.55=4.25m；即厂坪最大标高也为4.25-0.2(汽机房相对厂坪高出
0.2m)=4.05m。

图2 方案1
(2)方案2
如图3所示。

厂坪与汽机房底层对齐,采样凝汽器局部下沉方案,此时凝汽器最大下沉量厂家限制为3.55m,水室出口距离地面高度厂家限制最小为2m,此时汽机房底层标高应为9.8-2=7.8m,即厂坪最大标高也为7.8-0.2=7.6m。

图3 方案2
(3)方案3
如图4所示。

厂坪与汽机房中间层对齐,厂房整体下沉6m,凝汽器不再局部下沉,此时汽机房底层标高为9.8-2-3.55=4.25 m,此时厂坪标高为4.25+6-0.2=10.05m。

图4 方案3
(4)方案4
如图5所示。

厂坪与汽机房中间层对齐,厂房整体下沉6m,凝汽器再局部下沉
3.55m,则汽机房底层标高为9.8-2=7.8m,此时厂坪标高为7.8+6-0.2=13.6m。

图5 方案4
方案1中,在保证循环水泵扬程与其他方案相比不增加的情况下,厂坪标高已低于设计基准洪水位要求的厂坪标高,所以不可行。

如假设厂坪标高达到设计基准洪水位
要求的厂坪标高,则循环水泵扬程至少增加7.17-4.05=3.12m,大大增加后期运行费用,为不可行方案。

方案2、方案3、方案4厂坪标高均高于设计基准洪水位要求的厂坪标高,为可行方案。

3 技术经济比较
对于方案2、方案3、方案4等3个可行方案,循泵扬程均相同。

方案3、方案4
相对于方案2整体下沉后,主要有如下影响：①电动给水泵、凝结水泵等设备年运
行费用有所增加；②厂房结构投资增加,需要采用高抗渗级别的混凝土；③厂区挖
方量减少；④排水暗沟、GD管沟、虹吸井等增加开挖费用；⑤常规岛侧主蒸汽、主给水等管道长度增加；⑥电气封闭母线投资增加等。

本工程规划6台机组,每2台机组生产用地按照核电厂厂区建设征地指标计算约为42m×104m(《核电厂总平面及运输设计规范》要求征地指标为不大于0.21
m2/kW),按照厂坪标高每提高0.5m计算,节省土石方开挖量约2.1×105 m3,按40
元/m3计算,节省费用约840万元。

针对方案 2、方案 3、方案4等3个可行方案,进行了初期投资及后期运行费用的技术经济比较见表2所示。

表2 各方案运行费用及初期投资技术经济比较(2台机组) 单位：万元项目方案分类费用方案2(局部下沉)方案3(整体下沉)方案4(整体下沉+局部下沉)运行费用循环水泵年耗电量基准值 0 0通风年运行费用基准值 0 0电动给水泵及凝结水泵年耗电量增加基准值 +32 +54合计 +32 +54初投资费用循环水泵费用基准值 0 0 TG设备费用基准值 0 0厂房结构基准值 +3 000 +3 133厂区总挖方量(包括常规岛侧) 基准值 -4 116 -10 080 S6防渗混凝土基准值 +229 +253.3排水盲沟基准值 +5 +5集水井基准值 +2 +2 GD出水管沟基准值 +130 +397虹吸井开挖基准值 +380 +818排水泵站基准值 0 +119封闭母线费用基准值 +240 +240合计 -130 -5112.7
以方案2(凝汽器局部下沉方案)作为参考基准值,方案3相对于方案2厂坪抬高了2.45 m,但是减少初投资130万,增加年运行费用32万元,按照40年寿命期计算,寿命期内净现值
NPV=P-A×(8%,40,P/A)=130-32×11.924 6=-251.59万元；
其中,P为现值(万元)；A为年投资收益(万元)；P/A为报酬率。

方案4相对于方案2厂坪抬高了6 m,减少初期投资5 112.7万元,但是增加年运行费用54万元,按照40年寿命期计算,寿命期内净现值
NPV=P-A×(8%,40,P/A)=5 112.7-54×11.924 6=4 468.77万元；
上述分析中,方案3寿命期内净现值为负,方案4净现值为正,可以看出存在一个临界厂坪标高对应净现值为零。

本工程临界厂坪标高约为10.35m。

在低于此临界标高的范围内抬高厂坪不具有经济性；在高于此临界标高的范围内抬高厂坪标高能达到节省总投资的目的,并且抬高越多经济性越显著,最终能抬高的最大数值受常规岛侧
布置方案限制[6]。

4 结语
在满足厂址设计基准洪水位要求的情况下,抬高厂坪标高能减少工程土石方开挖量、缩短工程建设工期、节省项目初期投资。

随着厂坪标高的抬高,常规岛侧须采用局
部下沉或者整体下沉方案,将导致厂房结构、设备、运行费用等相应增加[6]。

须针
对不同厂址条件,结合常规岛侧不同的布置方案,进行技术经济比较之后得到一个临
界厂坪标高,在高于此临界标高的范围内,进一步抬高厂坪标高能达到显著节省工程
总投资的目的。

参考文献
【相关文献】
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[2] 李波.滨海火电厂1 000 MW机组循环水泵选型方案的探讨[J].机电工程技术,2007,36(11)：
56-57.
[3] 赵克沙.椰岛@海核元年记事[J].中国核工业,2010(1)：48-54.
[4] 张捷.浅谈核电厂常规岛主厂房结构设计[J].广东建材,2009(12)：74-76.
[5] 左永平,林天泉,郑益,等.大型锻件采用水溶性淬火介质淬火的工艺控制[J].大型铸锻件,2010(1)：20-24.
[6] 赵军,尹雪梅.提高核电厂建造质量保证监查有效性的探讨[J].标准科学,2010(1)：56-59.。