李鑫 陳勇 秦永泉

(中國核電工程有限公司，北京 100840)

0 引言

開展任何規(guī)模核燃料后處理廠房建筑設(shè)計(jì)前，首先需根據(jù)后處理工程任務(wù)，進(jìn)行總體規(guī)劃，某核燃料后處理廠經(jīng)總體規(guī)劃后將工程建筑物分為五部分:主廠區(qū)、三廢區(qū)、公用區(qū)、廠前區(qū)和廠外區(qū)。主廠區(qū)包括乏燃料接收與貯存設(shè)施、首端處理設(shè)施、共去污分離設(shè)施、钚凈化及钚產(chǎn)品貯存設(shè)施、鈾凈化及鈾產(chǎn)品貯存設(shè)施、分析中心、中央控制室、高放廢液玻璃固化設(shè)施、排風(fēng)塔等建筑物。共去污分離設(shè)施主要任務(wù)是:接收首端處理設(shè)施已調(diào)好的1AF料液，通過鈾、钚的共去污，實(shí)現(xiàn)鈾、钚與裂片元素的初步分離，再將鈾钚進(jìn)行分離，鈾钚分離后，含鈾的1CU送鈾凈化及鈾產(chǎn)品貯存設(shè)施，含钚的1BP送钚凈化及钚產(chǎn)品貯存設(shè)施，本設(shè)施產(chǎn)生的高放廢液送高放廢液玻璃固化設(shè)施進(jìn)行玻璃固化。钚凈化及钚產(chǎn)品貯存設(shè)施主要任務(wù)是:將共去污分離設(shè)施送來的1BP溶液進(jìn)行純化、濃縮和草酸钚轉(zhuǎn)化，最終生成二氧化钚產(chǎn)品，并進(jìn)行貯存。

根據(jù)共去污分離和钚凈化及钚產(chǎn)品貯存部分工藝任務(wù)、工藝流程和廠房布置與維修原則開展了廠房建筑設(shè)計(jì)，本文提出了共去污分離和钚凈化及钚產(chǎn)品貯存部分合并前后兩個(gè)建筑設(shè)計(jì)方案以優(yōu)化設(shè)計(jì)，本文重點(diǎn)介紹這兩個(gè)建筑設(shè)計(jì)方案及其比較。

1 廠房建筑布置與維修原則

根據(jù)各建筑物任務(wù)、工藝流程以及設(shè)計(jì)參考標(biāo)準(zhǔn)確定后處理廠主工藝廠房建筑布置和維修采用以下原則:

縱深防御多層屏障原則;動(dòng)態(tài)封閉與靜態(tài)封閉相結(jié)合;分區(qū)布置原則;建筑物按工藝過程分塊布置原則;合理組織通風(fēng)氣流，保持四區(qū)之間的負(fù)壓梯度，防止污染擴(kuò)散;人流、物流分開，合理走向，避免交叉污染;以人為本，操作維修方便;采用“最少維修”和“混合維修”。

2 建筑設(shè)計(jì)方案比較

2.1 設(shè)計(jì)方案一

共去污分離、钚凈化和钚產(chǎn)品貯存按三個(gè)獨(dú)立設(shè)施考慮，共去污分離設(shè)施作為一個(gè)子項(xiàng)(車間)管理(子項(xiàng)代號(hào)A子項(xiàng))，考慮到钚凈化和钚產(chǎn)品貯存人流物流聯(lián)系頻繁，將钚凈化設(shè)施和钚產(chǎn)品貯存設(shè)施共同納入一個(gè)子項(xiàng)(車間)并進(jìn)行管理(子項(xiàng)代號(hào)B子項(xiàng))。

針對(duì)A和B兩個(gè)單獨(dú)子項(xiàng)，根據(jù)工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，開展了多方案設(shè)計(jì)比較，形成了各自的最優(yōu)建筑設(shè)計(jì)方案，下文將闡述A和B子項(xiàng)最優(yōu)的建筑設(shè)計(jì)方案。

2.1.1 A 子項(xiàng)

A子項(xiàng)廠房建筑為框(排)架剪力墻結(jié)構(gòu)，地上3層，地下2層，由共去污分離循環(huán)、高放廢液處理、高放廢液暫存、酸回收和尾氣處理等系統(tǒng)用房、輔助工種用房及服務(wù)系統(tǒng)用房等部分組成，該廠房建筑按照三排設(shè)備室平行并列布置，廠房建筑布置相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。

2.1.2 B 子項(xiàng)

钚凈化及钚產(chǎn)品貯存設(shè)施建筑物包括钚線主工藝廠房(钚凈化和钚尾端)(B/1廠房)和钚產(chǎn)品貯存區(qū)(B/2廠房)，在B/1廠房和A子項(xiàng)合并前后B/2廠房布置不變，只將B/2廠房代號(hào)更換為A/2，因此在本章節(jié)只闡述B/1廠房建筑基本布置情況。

B/1廠房建筑為框(排)架剪力墻結(jié)構(gòu)，地上4層、地下2層。B/1廠房建筑由钚尾端和钚凈化系統(tǒng)用房、輔助工種用房及服務(wù)系統(tǒng)用房等部分組成，钚尾端兩條生產(chǎn)線按照兩排熱室“面對(duì)面”布置，钚凈化循環(huán)系統(tǒng)按照兩排設(shè)備室平行并列布置，廠房建筑布置相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。

表1 A子項(xiàng)和B/1廠房合并前后數(shù)據(jù)比較

2.2 設(shè)計(jì)方案二

由于A子項(xiàng)和B子項(xiàng)處理對(duì)象都涉及含钚的高放料液，這種料液具有高放射性、高毒性等特性，因此對(duì)建筑物的屏蔽要求和密封要求都很高，均需至少按照四區(qū)布置，工藝過程需要采取遠(yuǎn)距離操作，盡量采用免維修設(shè)備及儀表，采用混合維修方式進(jìn)行維修(盡量采用遠(yuǎn)距離維修和間接維修)。而且兩個(gè)子項(xiàng)的處理對(duì)象特征決定了這兩個(gè)建筑物均需按照放化安全1級(jí)以及抗震Ⅰ類進(jìn)行設(shè)計(jì)。此外，兩個(gè)子項(xiàng)都采用了脈沖萃取柱作為萃取設(shè)備，采用空氣提升進(jìn)行高中放射性料液的輸送，脈沖萃取柱和空氣提升對(duì)空間要求較大，需采用高設(shè)備室布置方案。兩個(gè)子項(xiàng)各自的溶劑回收、尾氣處理系統(tǒng)、蒸汽復(fù)用、冷卻水等系統(tǒng)可以統(tǒng)一考慮，服務(wù)系統(tǒng)和輔助工種用房也可以合并設(shè)計(jì)。另外，在B子項(xiàng)中，由于钚尾端熱室操作區(qū)(綠區(qū))和檢修區(qū)(橙區(qū))存在高α污染風(fēng)險(xiǎn)，因此這兩個(gè)區(qū)不能與钚凈化設(shè)備室檢修區(qū)和取樣廊等其他橙區(qū)和綠區(qū)房間直接相通，需要采取設(shè)置兩個(gè)安裝檢修廳及兩套通排風(fēng)系統(tǒng)等措施，浪費(fèi)較大。因此，本文認(rèn)為需要進(jìn)行A和B子項(xiàng)合并前后建筑設(shè)計(jì)方案的比較，以優(yōu)化設(shè)計(jì)。

合并總體思路為:

B子項(xiàng)中的钚凈化廠房(B/1)與A子項(xiàng)合并，按照一個(gè)建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)，成為新A子項(xiàng)的A/1廠房，钚產(chǎn)品庫(B/2)為完全獨(dú)立的建筑物，合并后廠房建筑布置方案不變，作為新A子項(xiàng)的A/2廠房(以下章節(jié)對(duì)钚產(chǎn)品庫不做闡述)。

通過多方案比較，形成了合并后A/1廠房最優(yōu)建筑設(shè)計(jì)方案，下文將按照這個(gè)最優(yōu)建筑設(shè)計(jì)方案進(jìn)行闡述。

A/1廠房建筑仍然按照框(排)架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，地上5層，地下2層。廠房由钚尾端、共去污、钚凈化、高放廢液處理、酸回收、高放廢液貯存和尾氣處理等工藝系統(tǒng)用房、輔助工種用房及服務(wù)系統(tǒng)用房等部分組成，根據(jù)钚尾端和高放廢液貯存的特點(diǎn)，將钚尾端系統(tǒng)和高放廢液貯存系統(tǒng)布置在相對(duì)比較獨(dú)立的兩個(gè)建筑物中，這兩個(gè)建筑物的大部分輔助工種用房及工藝服務(wù)用房與主建筑物公用;钚尾端熱室檢修區(qū)(橙區(qū))和熱室操作間(綠區(qū))不與主建筑物橙區(qū)和綠區(qū)直接相通，均設(shè)置過渡間進(jìn)行過渡，而且钚尾端設(shè)置獨(dú)立的紅區(qū)、橙區(qū)和綠區(qū)排風(fēng)系統(tǒng)，而钚凈化系統(tǒng)完全融于主建筑物，與共去污系統(tǒng)共享服務(wù)和輔助系統(tǒng)，適當(dāng)減少了浪費(fèi)，優(yōu)化了設(shè)計(jì)。整個(gè)建筑群人員公用一個(gè)白區(qū)和綠區(qū)出入口，人員通過這兩個(gè)出入口與其他子項(xiàng)聯(lián)系。主建筑物按照典型的“H形”設(shè)備室布置方式布置。

2.3 建筑設(shè)計(jì)方案比較

2.3.1 數(shù)據(jù)比較及經(jīng)濟(jì)性分析

對(duì)A子項(xiàng)和B/1廠房合并前后建筑設(shè)計(jì)方案的廠房占地面積、建筑面積、通風(fēng)體積、設(shè)備與閥門數(shù)量、人員編制等方面進(jìn)行比較，比較結(jié)果見表1。

由表1可知，A子項(xiàng)和B/1廠房合并后總建筑面積將減少約14 740 m2，建筑工程費(fèi)用按照6 000元/m2計(jì)算，僅此一項(xiàng)節(jié)省投資約8 844萬元。由于吊車、貨運(yùn)電梯、貯槽、泵、檢修容器等常用工藝設(shè)備及閥門、管件等的減少將大大節(jié)約投資，并考慮通風(fēng)、電器、儀控、給排水、通信和劑量檢測等相關(guān)工種設(shè)備減少量，預(yù)計(jì)合并后設(shè)備費(fèi)節(jié)省約2 000萬元，預(yù)計(jì)安裝工程費(fèi)用和設(shè)備運(yùn)雜費(fèi)可節(jié)省約600萬元。不考慮征地費(fèi)、前期工作咨詢費(fèi)、建設(shè)單位管理費(fèi)、工程設(shè)計(jì)費(fèi)、工程監(jiān)理費(fèi)等其他費(fèi)用減少量，預(yù)計(jì)靜態(tài)總投資將節(jié)省1億元以上。

紅區(qū)、橙區(qū)和綠區(qū)通風(fēng)換氣次數(shù)均按5次/h計(jì)，通風(fēng)量減少300 000 m3/h，風(fēng)機(jī)(L=60 000 m3/h，37 kW)將減少 5 臺(tái)，每年節(jié)約用電162萬度;橙區(qū)和綠區(qū)面積減少13 960 m2(紅區(qū)和白區(qū)房間照明用電很少，不予考慮)，照明用電按照8 W/m2考慮，照明時(shí)長按照12 h/d計(jì)算，每年節(jié)約用電49萬度;各工種用泵將減少20臺(tái)以上，按照每天工作4 h計(jì)算，每年將節(jié)約用電4.8萬度;僅考慮以上節(jié)省，每年節(jié)約用電210萬度以上，運(yùn)行費(fèi)用每年節(jié)省150萬元以上。另外，由于人員編制的減少也節(jié)約了運(yùn)行成本。因此，預(yù)計(jì)每年節(jié)省的運(yùn)行費(fèi)用將超過500萬元。

橙區(qū)和紅區(qū)設(shè)備的減少將使得放射性固體廢物年產(chǎn)生量減少(僅通排風(fēng)過濾器的減少將每年減少3.5 m3固體廢物)，橙區(qū)面積的減少使得特下水的量也有所減少，這些減少量使得廢物處置費(fèi)用相應(yīng)降低。

2.3.2 建筑設(shè)計(jì)方案優(yōu)缺點(diǎn)比較

A子項(xiàng)和B/1廠房合并前，廠房任務(wù)相對(duì)單一，建筑物內(nèi)管理相對(duì)方便，單個(gè)廠房面積相對(duì)較小，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，施工難度相對(duì)小，通風(fēng)體積大小和工藝系統(tǒng)規(guī)模較小，房間內(nèi)大氣及工藝尾氣負(fù)壓調(diào)節(jié)相對(duì)方便。A子項(xiàng)和B/1廠房之間存在人流物流接口，接口管理不便，合并后可以減少接口。

合并后由于廠房占地面積和總建筑面積相對(duì)A子項(xiàng)或B/1廠房單個(gè)建筑物而言較大，結(jié)構(gòu)相對(duì)較復(fù)雜，施工難度較大，尤其是伸縮縫的處理存在一定難度，但是仍然是可施工可解決的，可以在伸縮縫處預(yù)留管道及設(shè)備安裝洞，待建筑物沉降比較穩(wěn)定后安裝設(shè)備及管道。合并后建筑物管理、建筑物通風(fēng)和工藝尾氣負(fù)壓調(diào)節(jié)、消防等難度加大，可以通過加強(qiáng)聯(lián)系、強(qiáng)化人員培訓(xùn)、重視管理、設(shè)置兩套建筑物通風(fēng)和工藝尾氣系統(tǒng)、嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)置自動(dòng)消防報(bào)警與噴淋系統(tǒng)以及設(shè)置消防通道等措施予以解決。

3 結(jié)語

通過共去污和钚線主工藝廠房建筑合并前后建筑設(shè)計(jì)方案的比較，可知合并前后的建筑設(shè)計(jì)方案是安全可靠的，滿足工藝要求。雖然合并后存在一些不足，但是這些不足是可以通過工程措施和管理措施彌補(bǔ)的，而且合并后的設(shè)計(jì)方案總占地面積和建筑面積大量減少;減少了很多重復(fù)性房間、設(shè)備和工作崗位，運(yùn)行操作控制及維修更加方便;減少了高放廢液輸送距離，提高了建筑物的安全性;在確保安全和完成任務(wù)的前提下降低了大量的靜態(tài)投資和運(yùn)行成本。總之，合并后的建筑設(shè)計(jì)方案具有相對(duì)優(yōu)勢。建議在某后處理廠工程設(shè)計(jì)中，將共去污和钚線主工藝廠房合并成一個(gè)建筑物以優(yōu)化設(shè)計(jì)。