一种地下核电站主厂房群全埋式布置设计方法 |
|||||||
| 申请号 | CN201610955569.2 | 申请日 | 2016-10-27 | 公开(公告)号 | CN106531265A | 公开(公告)日 | 2017-03-22 |
| 申请人 | 长江勘测规划设计研究有限责任公司; | 发明人 | 喻飞; 赵鑫; 杨启贵; 刘海波; 杨家胜; 张涛; 苏毅; 覃琳捷; 付文军; 甘乐; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种地下核电站主厂房群全埋式布置设计方法，包括将反应堆厂房洞室布置在单台核 电机 组地下核岛洞室群所占平面区域的几何中心；汽轮发电机厂房洞室布置 位置 应使反主 蒸汽 管道直线段距离L1满足L1≦400m；提出了地下核岛、地下常规岛主洞室群以及两者之间主洞室群间距的最小间距公式；提出了将常规岛、核岛布置在地下时，反应堆厂房洞室以及装卸料厂房洞室顶部 覆盖 层 岩土体厚度的要求等。本发明成功解决了核电站核岛、常规岛地下分离布置以及如何确定地下核岛与地下常规岛位置关系、主厂房群位置的技术难题，合理方便的提供了一种确定地下核电站地下核岛、地下常规岛之间合理的空间位置关系及各部分区域主厂房群位置的全埋式布置设计方法。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种地下核电站主厂房群全埋式布置设计方法，其特征在于，包括如下步骤： |
||||||
| 说明书全文 | 一种地下核电站主厂房群全埋式布置设计方法技术领域[0001] 本发明涉及生产厂房的布置设计方法，具体地指一种地下核电站主厂房群全埋式布置设计方法。 背景技术[0002] 随着社会对核安全的关注度越来越高，尤其在日本福岛核事故后，促使世界各国重新评估、审视各自的核电站安全和核能规划以及进一步提高人类对核能发展的认知水平。现有核电技术包括三代核电技术抵御严重的外部事件的能力(如海啸、地震、大飞机撞击等)也受到了公众的质疑。 [0003] 借助现代地下工程技术和大型水电地下厂房的实践经验，将核电站移至山体中，可实现从设计上实际消除大量放射性物质释放的可能性，并具备简化应急计划区条件，因此研究中大型地下核电站已成为国内外研究热点。中国专利山地全埋型地下核电站CN201420316584.9等公开了一种地下核电站核岛、常规岛均置于山体内的布置形式，但没有提出确定地下核岛与常规岛位置关系以及主厂房群位置的具体设计方法。 [0004] 地下核电站核岛、常规岛主厂房主要布置在地下洞室群中，在不同厂址水文、地质、地形等条件下，常规岛洞室群底高程可与核岛洞室群基准底高程布置在同一水平面上，也可布置在核岛洞室群基准底高程以上或以下，从地下核电站主厂房群空间布置上看，均属于地下核电站的一种全埋式布置，为此有必要研究一种地下核电站全埋式布置中地下核岛、常规岛之间的空间位置及各部分区域主厂房群位置确定的方法，形成一种通用的全埋式布置设计方法，以指导地下核电站 规划、选址、研究、设计等工作的开展。 发明内容[0005] 本发明的目的在于克服上述现有背景技术的不足之处，结合地下核电站的特点，提出一种确定地下核岛、常规岛之间空间位置及各部分区域主厂房群位置的地下核电站主厂房群全埋式布置设计方法。 [0006] 本发明的目的是通过如下措施来达到的：一种地下核电站主厂房群全埋式布置设计方法，其特殊之处在于，包括如下步骤： [0007] A)将反应堆厂房洞室的底高程c1设置在地下水位s1以上，所述反应堆厂房洞室的底高程c1与地下水位s1之间留有设置反应堆厂房洞室、地下核岛主洞室群和地下常规岛主洞室群底层排水洞的空间，将所述地下核岛主洞室群的基准底高程a设置在反应堆厂房洞室的底高程c1以上，将所述地下常规岛主洞室群的基准底高程设置为汽轮发电机厂房洞室的底高程c2； [0008] B)将所述反应堆厂房洞室中心布置在单台地下核电机组地下核岛主洞室群所占平面区域的几何中心O1处，将其他地下核岛主厂房洞室布置在所述反应堆厂房洞室周边； [0009] C)将相邻布置的两洞室中最大洞宽设置为W，最大洞高设置为H，相邻洞室间距为d，d＝1/2(W+H)+△d,△d为综合考虑洞室稳定性、施工工艺性后的修正值；所述地下核岛主洞室群、地下常规岛主洞室群两者之间空间位置的主洞室间距取值大于等于相邻洞室间距d；将地下核岛其他厂房洞室与所述反应堆厂房洞室的间距设置为d2； [0010] D)将汽轮发电机厂房洞室布置在所述反应堆厂房洞室附近且靠近水源的一侧，所述汽轮发电机厂房洞室依靠主蒸汽管道与反应堆厂房洞室相连，所述地下汽轮发电机厂房洞室(8)布置位置使主蒸汽管道的直线段长度L1满足L1≤400m； [0011] E)以所述汽轮发电机厂房洞室的纵向轴线M2为基准，分别在 两侧布置地下常规岛辅助生产设施洞室，其中取水建筑物和冷却设施沿着所述轴线M2布置在水源旁边； [0012] F)将所述地下核岛主洞室群顶部装卸料厂房洞室底高程e1设置为反应堆厂房洞室的底高程c1加上所述反应堆厂房洞室的高度h1以及反应堆厂房洞室顶部高程到装卸料厂房洞室底高程之间的距离h2，即e1＝c1+h1+h2；将装卸料厂房洞室)洞径设置为d3，洞高设置为H2，所述地下核岛主洞室群顶部装卸料厂房洞室顶部覆盖层岩土体厚度h3大于装卸料厂房洞室洞径d3的2.5倍； [0013] G)在所述顶部装卸料厂房洞室内，将高位注水箱或池布置在反应堆厂房洞室上方，使所述高位注水箱或池中心线M3与反应堆厂房洞室中心线M4重合；两个应急冷却水池或箱在所述高位注水箱或池两侧对称布置，且所述两个应急冷却水池或箱的中心连线M5与两台蒸汽发生器的径向连线M6垂直。 [0014] 优选地，所述步骤A)中还包括：在水文地质条件简单，厂址地下水埋深大时，地下水位s1为天然地下水位；在水文地质条件复杂，厂址地下水埋深小时，地下水位s1为在地下核岛、常规岛洞室群周边设置疏排措施使地下核岛、常规岛洞室群及其周边形成疏干区后的地下水位。 [0015] 优选地，所述步骤C)中相邻洞室间距为d≥50m，有利于在确保地下主洞室群稳定的情况下，使地下核电站各厂房洞室之间相连的工艺管线最短。 [0016] 优选地，所述步骤D)中当地下核岛主洞室群顶部装卸料厂房洞室顶部覆盖层岩土体厚度2d3≤h3＜100m时，在满足洞室间间距和洞室稳定性要求时，汽轮发电机厂房洞室纵向轴线M2与反应堆厂房洞室径向轴线M8垂直布置，或汽轮发电机厂房洞室纵向轴线M2与反应堆厂房洞室径向轴线M8平行布置，且汽轮发电机厂房洞室底高程c2取值区间为s1＜c2＜e1。根据厂址地形地质条件，在满足洞室稳定 和主蒸汽管道直线段长度要求以及在取水便利的情况下，汽轮发电机厂房洞室布置位置可灵活设置。 [0017] 优选地，所述步骤F)中还包括：反应堆厂房洞室顶部覆盖层岩体厚度h2满足h2大于等于2.5d1，d1为反应堆厂房洞室的直径，其中覆盖层岩体厚度，即反应堆厂房洞室顶部高程到装卸料厂房洞室的底高程之间的距离h2，有利于提高洞室围岩稳定性。若岩性质量好，洞室稳定有保证条件下，顶部覆盖层岩体厚度h2满足h2﹤2.5d1也可行。 [0018] 优选地，所述步骤D)中还包括：设置汽轮发电机厂房洞室洞宽为W1，洞高为H1，当装卸料厂房洞室顶部覆盖层岩土体厚度h3大于等于100m+H1-H2，300m﹥h2≧2.5d1时，将汽轮发电机厂房洞室纵向轴线M2可与地下核岛主洞室群顶部装卸料厂房洞室纵向轴线M9垂直布置，且汽轮发电机厂房洞室底高程c2大于等于所述地下核岛主洞室群顶部装卸料厂房洞室的底高程e1。在山体高陡、横向布置空间有限时，可将地下核岛主洞室群和常规岛洞室群分上下两层布置，实现可靠的实体隔离。 [0019] 优选地，所述步骤B)中还包括：使燃料厂房洞室正对着所述反应堆厂房洞室的燃料输送通道；将电气厂房洞室布置在反应堆厂房洞室和汽轮发电机厂房洞室之间；设置汽轮发电机厂房洞室与电气厂房洞室之间的垂直距离为d4；将核岛三废处理系统布置在地下核辅助厂房中；将核废物厂房在地下单独设置，为多台核电机组共用，放射性废物暂存在地下核废物厂房中。可确保燃料运输通道距离最短，燃料运输便利；同时可提供足够的空间布置电气贯穿件，便于地下核岛与地下常规岛之间的连接；将核岛三废处理系统布置在地下，可大大降低放射性废物泄露的风险；核废物厂房单独布置可减小地下核电站核岛洞室群规模，有利于洞室群稳定，同时可将核废物厂房洞室容量做大，也可进一步处理后作为中低放废物处置场。 [0020] 优选地，所述步骤D)中还包括：使所述主蒸汽管道和主给水管 道综合管廊穿过电气厂房洞室，可减少洞室开挖工程量，同时便于将主蒸汽和主给水管道的控制阀、隔离阀等安装在电气厂房内，便于控制。 [0021] 优选地，所述步骤B)中还包括：当汽轮发电机厂房洞室纵向与装卸料厂房洞室纵向垂直布置在地下核岛主洞室群顶部时，电气厂房分上下两部分垂直布置，在上部电气厂房洞室内设置主蒸汽隔离阀，在下部电气厂房洞室内设置主给水隔离阀，上部电气厂房洞室底高程设置为汽轮发电机厂房洞室底高程c2，可减少主蒸汽和主给水对管道的冲击及损伤，便于控制。 [0022] 优选地，所述步骤A)中反应堆厂房洞室、地下核岛主洞室群和地下常规岛主洞室群的底层排水洞共同设置为一层，或者分别设置为一层或者若干层，可根据厂址条件和核岛洞室群底部与地下水位之间的距离，灵活设置。 [0023] 优选地，所述步骤E)中还包括：取水建筑物和冷却设施可根据地下洞室规模大小分地下或地上靠近水源设置；设置冷却塔，使所述冷却塔沿着汽轮发电机厂房的轴线M2布置在水源旁边地面取水平台上，设置取水平台的高程为e2，基准洪水位为s2，s2＜e2≤e1，可减小洞室规模，循环水补水便利，有利于保证其他建筑物安全。 [0024] 优选地，所述步骤G)中还包括：高位注水箱或池和两个应急冷却水池或箱在装卸料厂房洞室内直接开挖处理形成或单独建造；所述高位注水箱或池为封闭结构，与内置换料水箱连通，为非能动堆腔注水系统供水；所述两个应急冷却水池或箱为敞开式，分别为二次侧非能动余热排出系统和非能动安全壳冷却系统供水。高位注水箱或池和两个应急冷却水池或箱容量不受限制，可以大容量储水。因此大容量、高位差可确保非能动安全冷却系统长时间有效运行，不需要操作员干预的时间远大于地面三代核电AP1000等的72小时。 [0025] 优选地，与放射性相关的厂房全部置于地下布置，地下核废物 厂房经特殊处理后，可作为短寿命的中低放废物处置场。 [0026] 优选地，在所述地下核岛顶部装卸料厂房洞室内，将核岛消防泵房、应急柴油机房分别布置在高位注水箱或池的两侧，满足建筑物消防要求，可提高电站安全性。 [0027] 优选地，所述地下核岛顶部装卸料厂房洞室在施工期间主要用来作为反应堆厂房洞室施工和设备吊装的操作平台。 [0028] 本发明地下核电站主厂房群全埋式布置设计方法，具有以下有益效果： [0029] (1)成功解决了核电站核岛、常规岛地下分离布置以及如何确定地下核岛与地下常规岛位置关系、主厂房群位置的技术难题，合理方便的提供了一种确定地下核电站地下核岛、地下常规岛、地下核岛顶部装卸料厂房洞室之间合理的空间位置关系及各部分区域主厂房群位置的全埋式布置设计方法。 [0030] (2)通过合理设置地下核岛洞室群基准底高程和排水洞，另设完善的疏排水系统，可使地下核岛洞室群始终处于岩体疏干区，有效阻断放射性核素在地下的迁移。 [0031] (3)地下核岛主洞室群、地下常规岛主洞室群以及两者之间主洞室间距的合理确定，可在确保洞室群稳定的情况下，使核电站工艺系统配管、配线长度最短，提高电站经济性。 [0032] (4)通过确定合理的地下核岛洞室群顶部装卸料厂房洞室底高程和洞室间距，可确保地下核岛洞室群稳定，提升地下核岛抗震性能。 [0033] (5)地下核电站地下核岛、地下常规岛、地下核岛顶部装卸料厂房洞室内主厂房群位置的合理确定，不仅可保证地下核电站主洞室群的稳定性，而且可获得反应堆厂房洞室顶部较大的施工操作空间，同时可缩小主蒸汽管道直线管段长度、核岛与高位水池或箱及应急冷却水池或箱等相连的非能动系统管线的长度，提高系统可靠性和经济性。附图说明 [0034] 图1为一种地下核电站主厂房群全埋式布置的结构示意图一； [0035] 图2为一种地下核电站主厂房群全埋式布置的结构示意图二； [0036] 图3为图1中主厂房群一种布置方式的A-A剖面图； [0037] 图4为图1中主厂房群另一种布置方式的A-A剖面图； [0038] 图5为图2主厂房群的B-B剖面图； [0039] 图中：反应堆厂房洞室1，地下核岛主洞室群2，排水洞3，反应堆厂房洞室排水洞3-1，主洞室群排水洞3-2，地下常规岛主洞室群4，燃料厂房洞室5，燃料输送通道6，电气厂房洞室7，汽轮发电机厂房洞室8，汽轮机发电机厂房高压缸驱动端9，地下核电站靠近水源侧的常规岛平台10，高位注水箱或水池11，两个应急冷却水池或箱Ⅰ和Ⅱ，蒸汽发生器12，主蒸汽管道13，综合管廊14，冷却塔15，核岛消防泵房16，应急柴油机房17，反应堆压力容器18，反应堆压力容器下筒体冷端管嘴19，水源20，辅助生产设施洞室21，单台核电机组地下核岛主洞室群所占平面区域22，顶部装卸料厂房洞室23。 具体实施方式[0040] 下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。 [0041] 本发明一种地下核电站主厂房群全埋式布置设计方法是针对地下核电站主厂房群提出的。如图1～图5所示，地下核电站主厂房群包括反应堆厂房洞室1，地下核岛主洞室群2，排水洞3，反应堆厂房洞室排水洞3-1，主洞室群排水洞3-2，地下常规岛主洞室群4，燃料厂房洞室5，燃料输送通道6，电气厂房洞室7，汽轮发电机厂房洞室8，汽轮机发电机厂房高压缸驱动端9，地下核电站靠近水源侧的常规岛平台10，高位注水箱或水池11，两个应急冷却水池或箱Ⅰ和Ⅱ，蒸汽发生器12，主蒸汽管道13，综合管廊14，冷却塔15，核岛消防泵房16，应急柴油机房17，反应堆压力容器18，反应堆压力 容器下筒体冷端管嘴19，水源20，辅助生产设施洞室21，单台核电机组地下核岛主洞室群所占平面区域22，顶部装卸料厂房洞室23。 [0042] 本发明一种地下核电站主厂房群全埋式布置设计方法的第一个实施例，包括如下步骤： [0043] A.将反应堆厂房洞室1(直径d1＝45m)的底高程(c1＝170m)设置在地下水位(s1＝150m)以上，底高程c1与地下水位s1两者之间留有设置反应堆厂房洞室1、地下核岛主洞室群 2和地下常规岛主洞室群4底层排水洞3的空间，将地下常规岛主洞室群4的基准底高程设置为汽轮发电机厂房洞室8的底高程c2。将反应堆压力容器18下筒体冷端管嘴19中心线处高程设置为地下核岛主洞室群基准底高程a，地下核岛主洞室群基准底高程(a＝180m)在反应堆厂房洞室1的底高程(c1＝170m)以上。 [0044] 在水文地质条件简单，厂址地下水埋深大时，地下水位s1为天然地下水位。在水文地质条件复杂，厂址地下水埋深小时，地下水位s1为在地下核岛洞室群周边设置疏排措施使地下核岛洞室群及其周边形成疏干区后的地下水位。 [0045] B.将所述反应堆厂房洞室1中心布置在单台地下核电机组地下核岛主洞室群所占平面区域22(地下核电站CUP600机型400m×300m)的几何中心O1处，将其他地下核岛主厂房洞室就近布置在反应堆厂房洞室1周边。 [0046] C.将相邻布置的两主洞室中最大洞宽设置为W，最大洞高设置为H，相邻主洞室间距为d，d＝1/2(W+H)+△d,△d为综合考虑洞室稳定性、施工工艺性等因素后的修正值；地下核岛主洞室群2、地下常规岛主洞室群4以及两者之间空间位置的主洞室间距取值应大于等于相邻主洞室间距d；将就近布置的其他地下核岛厂房洞室与反应堆厂房洞室1(最大洞宽W＝d1＝45m，最大洞高H＝h1＝80m)的间距设置为d2＝65m。 [0047] D.将汽轮发电机厂房洞室8就近布置在反应堆厂房洞室1附近且靠近水源一侧，汽轮发电机厂房洞室8依靠主蒸汽管道13与反应堆厂房洞室1相连，地下汽轮发电机厂房洞室8布置位置应使主蒸汽管道13的直线段长度L1满足L1≤400m； [0048] E.沿着汽轮发电机厂房洞室8的纵向轴线M2布置地下常规岛洞室群配电装置和其它辅助生产设施洞室21，如，其中取水建筑物和冷却设施沿着所述轴线M2布置在水源20旁边； [0049] F.将地下核岛主洞室群2顶部装卸料厂房洞室23的底高程e1设置为反应堆厂房洞室1的底高程c1加上反应堆厂房洞室1的高度(h1＝80m)以及反应堆厂房洞室1顶部高程到装卸料厂房洞室23的底高程之间的距离(h2＝120m)，即e1＝c1+h1+h2＝170m+80m+120m＝370m；地下核岛主洞室群2顶部装卸料厂房洞室23顶部覆盖层岩土体厚度h3应大于装卸料厂房洞室23最大洞径(设置为d3＝20m)的2.5倍,设置h3＝90m；其中，反应堆厂房洞室1顶部高程到装卸料厂房洞室23的底高程之间的覆盖层岩体厚度h2满足h2≥2.5d1，d1＝45m。 [0050] G.在顶部装卸料厂房洞室23内，将高位注水箱或池11布置在反应堆厂房洞室1上方，使所述高位注水箱或池中心线M3与反应堆厂房洞室中心线M4重合；两个应急冷却水池或箱Ⅰ、Ⅱ在所述高位注水箱或池11两侧对称布置，且所述两个应急冷却水池或箱中心连线M5与两台蒸汽发生器12的径向连线M6垂直,在所述地下核岛顶部装卸料厂房洞室23内，将核岛消防泵房16、应急柴油机房17分别布置在高位注水箱或池11的两侧。 [0051] 本实施例中，常规岛和核岛基准底高程相等，即c2＝a＝180m，电气厂房7布置在反应堆厂房洞室1和汽轮发电机厂房洞室8之间，汽轮发电机厂房洞室8纵向轴线M2与反应堆厂房洞室1径向轴线M8垂直布置,设置汽轮发电机厂房洞室8与电气厂房洞室7之间的距离为d4＝d2＝65m，主蒸汽管道13的直线段长度L1可有效控制在250m内，满足工艺系统要求。 [0052] 本发明中主蒸汽管道13和主给水管道综合管廊14穿过电气厂房洞室7内。地下核岛辅助厂房、安全厂房洞室与燃料厂房洞室5组合成一个洞室。放射性三废处理系统布置在地下核岛辅助厂房中，放射性废物暂存在地下核废物厂房中。 [0053] 如图1～图5所示，本发明中冷却塔15沿着汽轮发电机厂房8轴线布置在水源20附近取水平台10上，设置取水平台10的高程为e2＝180m，基准洪水位为s2＝145m，满足s2＜e2≤e1。 [0054] 本发明中地下核岛顶部装卸料厂房洞室23在施工期间用来作为反应堆厂房洞室施工和设备吊装的平台。在装卸料厂房洞室23内设置了高位差、大容量的高位注水箱11、两个应急冷却水池Ⅰ、Ⅱ。高位注水箱11为封闭结构，与内置换料水箱连通，主要为非能动堆腔注水系统供水，与内置换料水箱中水成分相同；两个应急冷却水池Ⅰ、Ⅱ为敞开式，分别为二次侧非能动余热排出系统和非能动安全壳冷却系统供水。 [0055] 本发明的第二个实施例与第一个实施例的不同之处在于，步骤A)中底层排水洞3包括反应堆厂房洞室排水洞3-1和主洞室群排水洞3-2，可共同设置为一层，亦可分别设置为一层或者若干层。 [0056] 本发明的第三个实施例与第一个实施例的不同之处在于，步骤B)中在岩性质量好，洞室稳定有保证条件下，顶部覆盖层岩体厚度h2为100m，地下核岛主洞室群2顶部装卸料厂房洞室23的底高程e1设置为反应堆厂房洞室1底高程c1加上反应堆厂房洞室1高度(h1＝80m)和其顶部覆盖层岩体厚度(h2＝100m)，即e1＝c1+h1+h2＝350m。 [0057] 本发明的第四个实施例与第一个实施例的不同之处在于，步骤F)中在岩性质量好，洞室稳定有保证条件下，反应堆厂房洞室1顶部高程到装卸料厂房洞室23的底高程之间的覆盖层岩体厚度h2可以小于2.5d1。 [0058] 本发明的第五个实施例与第一个实施例的不同之处在于，电气厂房7布置在反应堆厂房洞室1和汽轮发电机厂房洞室8之间，汽轮发电机厂房洞室8纵向轴线M2与反应堆厂房洞室1径向轴线M8平行布置。 [0059] 本发明的第六个实施例与第一个实施例的不同之处在于，步骤F)中汽轮发电机厂房洞室8洞宽为W1＝32m，洞高为H1＝50m，装卸料厂房洞室最大洞高为H2＝30m，h3＝150m，h2＝120m时，汽轮发电机厂房洞室8纵向轴线M2与地下核岛主洞室群2顶部装卸料厂房洞室23纵向轴线M9垂直布置，且汽轮发电机厂房洞室8底高程c2等于所述地下核岛主洞室群2顶部装卸料厂房洞室23的底高程e1，c2＝e1＝c1+h1+h2＝370m；电气厂房分上下两部分垂直布置，在上部电气厂房洞室7-1内设置主蒸汽隔离阀，在下部电气厂房洞室7-2内设置主给水隔离阀，上部电气厂房洞室7-1底高程设置为汽轮发电机厂房洞室8底高程c2,主蒸汽管道13的直线段长度L1可有效控制在380m内，满足工艺系统要求。 [0060] 本发明成功解决了核电站核岛、常规岛布置在地下分离布置以及如何确定两者之间位置关系、主厂房群位置的技术难题，合理方便的 提供了一种确定地下核电站地下核岛洞室群2、地下核岛常规岛洞室群4、地下核岛顶部装卸料厂房洞室23之间合理的空间位置关系及各部分区域主厂房群位置的全埋式布置设计方法。 [0061] 显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。 [0062] 其它未详细说明的部分均为现有技术。本发明并不严格地局限于上述实施例。 |
||||||
