核電廠海水循環水管道布置與選材

田楠 曹宏智

摘要：核電廠海水循環水管道（循環水廊道）分為進水管和排水管，對核電廠運行的經濟性和安全性有重要作用。本文從循環水廊道的管道選材及布置方面進行分析，論證了循環水進、排水管采用上下重疊布置，管材采用現澆鋼筋混凝土管可達到節約布置空間，控制成本的目的，是最優化的選擇。對其他機型機組的循環水系統布置有借鑒和參考意義。

關鍵詞：循環水廊道；重疊布置；選材；施工周期

中圖分類號：C35文獻標識碼： A

1. 引言

核電廠循環水進水管是從聯合泵房出口至常規島汽機房的循環水壓力管道，向常規島凝汽器提供循環冷卻水。循環水排水管是從常規島汽機房至虹吸井的排水管道，排放從凝汽器出來的循環水熱水，同時承擔向輔助冷卻水系統（SEN）供水的功能。

2.循環水廊道選材優化分析

目前市面上的循環水管道可采用鋼管(SP)、球墨鑄鐵管(DIP)、預應力鋼筒混凝土管(PCCP管)、玻璃鋼管(GRP)、現澆混凝土管、現澆混凝土溝、預制混凝土管、預制混凝土溝、鋼管外包混凝土管、玻璃鋼管外包混凝土管等。由于核電機組的運行壽命是60年，電廠對應循環水管道系統應按60--70年考慮，幾種管材中，預應力鋼筒混凝土管(PCCP管)雖然抗滲能力較好，承受內、外壓能力強，接口采用鋼制承插口，尺寸較準確，并設橡膠密封圈，密封效果好，但是制作及運輸難度大，不可彎曲和切割，抗變形能力差，安裝靈活性差，零部件制作較困難，非標段的加工、施工困難，彎頭接縫易開裂、漏水、產生腐蝕，且不能保證60年使用壽命，因此不推薦使用；球墨鑄鐵管(DIP)雖然承壓能力高，壽命長，采用橡膠圈接口，適應性強，安裝方便，技術成熟,生產工藝穩定,施工便捷，但是是中小口徑管，目前國內可生產≤DN2600，對于循環水廊道這種大口徑的管道不適合，而且重量較鋼管重，價格比鋼管高，易產生腐蝕瘤，不推薦使用。綜上所述，現對鋼管（SP）、現澆混凝土管、現澆混凝土溝、預制混凝土管、預制混凝土溝、鋼管外包混凝土管、玻璃鋼管外包混凝土管這七種管材從管道的承壓和抗滲能力、加工方案、施工安裝及運行維護、防腐處理這幾個方面進行比較如下：

各種管材的優缺點見表1-1管道特點比較表：

由于玻璃鋼管多使用于腐蝕性強的海水介質中，且單獨采用玻璃鋼管脆性大，易損壞，單獨使用時壁厚較大，造價高，因此不推薦使用；鋼管外包混凝土管和玻璃鋼管外包混凝土管兩種管道比較相似，但在經濟性和使用壽命方面玻璃鋼管外包混凝土管較優，不推薦使用鋼管外包混凝土管。綜上所述重點參與比較的管材為：鋼管、現澆混凝土管、現澆混凝土溝、預制混凝土管、預制混凝土溝、玻璃鋼管外包混凝土管。以下從管道的承壓和抗滲能力、加工方案、施工安裝及運行維護、防腐處理、管材經濟性這幾個方面進行比較，由于現澆混凝土溝、預制混凝土管、預制混凝土溝與現澆混凝土管在承壓和抗滲能力、施工安裝及運行維護、防腐處理方便性能基本一致，只是預制預制混凝土管、預制混凝土溝需要在工廠加工，長途運輸，據了解離某最近的工廠也是百公里之外，運輸費用高，空載量大，因此不推薦使用預制預制混凝土管、預制混凝土溝。

鋼管、現澆混凝土管（溝）、玻璃鋼管外包混凝土管從管道的承壓和抗滲能力、加工方案、施工安裝及運行維護、防腐處理這幾個方面性能比較如下表1-2、1-3、1-4、1-5、1-6。

表1-1 管道特點比較表

表1-2 預選管材承壓和抗滲能力表

表1-4預選管道的施工安裝及運行維護比較

表1-5管道防腐方案比較

表1-6 單根循環水管管材方案投資比較

注：表中數據為每延米管道投資。

從管道的承壓和抗滲能力、加工方案、施工安裝及運行維護、防腐處理這幾個方面來看，循環水管采用鋼管、現澆混凝土管、玻璃鋼管外包混凝土均是可行的，但是從技術經濟比較后鋼管投資較大，不推薦使用；玻璃鋼管的歷史至少還不滿60年，從上世紀60年代中期正式用于油田不滿50年，因此目前不存在玻璃鋼管壽命超過50年的實際應用證明，雖然玻璃鋼管的壽命根據AWWA C950-01標準，通過外推曲線是可以預測70年后的強度值的，也就是說玻璃鋼管道的使用壽命是可以達到70年的，但是目前沒有超過60年的實例，安全期間暫不推薦使用玻璃鋼管外包混凝土。

綜上所述，管材采用現澆鋼筋混凝土管（溝）是最優化的選擇。

3. 循環水廊道空間布置對比優化分析

3.1循環水進水管水平布置與上下重疊布置的對比

以某核電工程為例，循環水進水管采用4條現澆鋼筋混凝土壓力管，每臺機組兩條，斷面型式為內圓外方，若進水管采用水平布置，如下圖3-1 循環水廊道進水廊道水平布置圖，從PX泵房出的標高的是-4.2 m P.R.D（珠基高程，下同），出PX泵房后標高降到-5.4m P.R.D,兩條廊道水平布置通向凝汽器；如采用上下重疊布置，如下圖3-2 循環水廊道進水廊道垂直布置圖，出了PX泵房后標高分別降到-5.4m P.R.D、-9.8m P.R.D；兩種布置方式的從空間和施工周期上來講的優缺點見下表1-7循環水進水兩種布置方式對比。

圖3-1循環水廊道進水廊道水平布置圖

圖3-2循環水廊道進水廊道垂直布置圖

表1-7 循環水進水兩種布置方式對比表

布置方式 空間 施工周期 采用管材

循環水進水管水平布置 占用場地大，易于其他專業的管道發生碰撞，不好調整 埋深淺，負挖施工周期短 現澆混凝土管、現澆混凝土溝

循環水進水管垂直布置 占用場地小，避開與其他專業管道的碰撞 埋深深，負挖施工周期長，由于要先施工下層管道再施工上層管道，總共施工周期要加長 現澆混凝土溝

由于上下垂直布置下層的管道承受壓力較大，所以不能使用現澆鋼筋混凝土管，需使用現澆鋼筋混凝土溝。

2.2循環水出水管水平布置與上下重疊布置的對比

本期工程的循環水排水管采用4條現澆鋼筋混凝土管，每臺機組兩條，斷面型式為方形，若出水管采用水平布置，如下圖3-3 循環水廊道出水廊道水平布置圖，從凝汽器出的標高的是-5.0 m P.R.D（珠基高程，下同），出了凝汽器后標高抬到-2.25m P.R.D,四條廊道水平布置通向虹吸井；如采用上下垂直布置，如下圖3-4 循環水廊道出水廊道垂直布置圖，出了凝汽器后標高分別降到-5.0m P.R.D、-9.4m P.R.D，然后在抬高到-2.25 m P.R.D；兩種布置方式的從空間和施工周期上來講的優缺點見下表1-8循環水出水兩種布置方式對比表：

圖3-3循環水廊道出水廊道水平布置圖

圖3-4循環水廊道出水廊道垂直布置圖

表1-8 循環水出水兩種布置方式對比表

布置方式 空間 施工周期 采用管材

循環水出水管水平布置 占用場地大，易與其他專業的管道發生碰撞，不好調整 埋深淺，負挖施工周期短 現澆混凝土管、現澆混凝土溝

循環水出水管垂直布置 占用場地小，避開與其他專業管道的碰撞 埋深深，負挖施工周期長，由于要先施工下層管道再施工上層管道，總共施工周期要加長 現澆混凝土溝

某循環水廊道一側是靠近核島的北側區域，此處基巖狀況比較好，設計過程中開挖大都按照1：0.2的邊坡進行開挖，為了節省開挖量，省錢，一般坡度更陡，接近直挖，另一側是靠近泵房和CC井一側，此處地質條件較差，上部為廠區廠坪回填的松散地層，下部為殘積土和全風化、強風化花崗巖，因此上部按照1：2左右的設計邊坡，下部也采用1：1到1：1.5的邊坡放坡開挖。放坡后影響到挨著其布置的GS廊道的基礎，通常就在這里采用混凝土回填。

每一種地層地質條件的邊坡都有能令其自穩的一個坡比，如場地回填的底層放坡坡比1：2.5左右就能自穩定，無需支護，而新鮮的微風化巖石可能1：0.2的陡坡就能穩定，甚至臨時直立邊坡都能穩定，而同一種底層的邊坡根據其位置不同，地下水條件不同等種種因素的不同，其自穩定的坡比也不盡相同，所以邊坡的開挖都需要鉆孔，確定每個地區獨特的底層參數，進行邊坡開挖計算。循環水廊道進行邊坡開挖時候通長考慮不進行邊坡處理，直接放坡開挖，但由于核電廠各種地上地下的建構筑物互相交錯布置，當放坡開挖影響到其他建構筑物的時候，如果必要，就需要對邊坡進行支護。

循環水廊道底板部分局部位于強風化花崗巖，局部位于中~微風化基巖。一般中風化以上的巖石反鏟都挖不動，需要進行爆破。

從以上分析來看，循環水進出水水平布置和垂直布置都可以采用。

4. 結論及方案推薦

綜上所述，循環水進出水管采用上下重疊布置或者水平布置都可以，管材采用現澆鋼筋混凝土管是最優的選擇，其他項目可借鑒此布置，根據自身情況進行選擇。

參考文獻：

［1］水力學，成都科學技術大學水力學教研室編，人民教育出版社，1979年.

［2］電力工程水務設計手冊，西北電力設計院編，中國電力出版社，2005年.

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［4］給水排水設計手冊第12冊器材與裝置，中國市政工程華北設計研究院主編，中國建筑工業出版社，2006年.

［5］給水排水設計手冊第4冊工業給水處理，中國市政工程華北設計研究院主編，中國建筑工業出版社，2006年.