李福春 彭軍 余峰 王小兵

摘? ?要：壓水堆在國(guó)家新能源發(fā)展戰(zhàn)略中擁有重要地位。安全保障水池作為壓水堆重要的安全設(shè)施，承擔(dān)著壓水堆正常運(yùn)行時(shí)的多項(xiàng)重要功能。廠外取水過(guò)程中大量的泥沙跟隨河水進(jìn)入安全水池，沉降的淤泥嚴(yán)重影響了對(duì)儲(chǔ)水量的技術(shù)要求，對(duì)安全保障水池應(yīng)急功能的正常使用帶來(lái)了極大的隱患。同時(shí)，大量的泥沙進(jìn)入系統(tǒng)后，對(duì)閥門、泵體、管道、設(shè)備等造成磨損，降低了設(shè)備的使用壽命。本研究主要解決了在安全保障水池正常使用過(guò)程中淤泥清除的問(wèn)題。結(jié)合安全保障水池的技術(shù)文獻(xiàn)及前期清淤工作經(jīng)驗(yàn)，秉承綠色環(huán)保的理念，給出了設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)方案。本方案滿足了不破壞安全水池物理結(jié)構(gòu)、保證安全水池使用性能、自動(dòng)化控制、長(zhǎng)期水下作業(yè)、設(shè)備小型化、成本合理、便于市場(chǎng)推廣等技術(shù)要求。該設(shè)計(jì)可推廣到其他核電站、大型管道、水池等清淤領(lǐng)域，對(duì)水下清淤工作的研究提供了一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：全天候? 水下清淤? 壓水堆? 安全保障水池

中圖分類號(hào)：S969? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）05（b）-0052-03

安全保障水池作為壓水堆重要的安全設(shè)施，承擔(dān)了壓水堆正常運(yùn)行時(shí)的供水及水力緩沖功能、正常停堆和事故停堆后的冷卻水源、全廠斷電事故或廠外供水喪失事故下事故停堆的最終水源等重要功能。除以上運(yùn)行及應(yīng)急功能外，安全保障水池還具有以下安全功能：（1）正常停堆和事故停堆后的設(shè)備冷卻水系統(tǒng)、余熱排出系統(tǒng)、二回路系統(tǒng)提供設(shè)備冷卻水源;（2）全廠斷電事故或廠外取水喪失事故而導(dǎo)致事故停堆情況下的最終水源，維持相關(guān)的正常運(yùn)行。根據(jù)《安全保障水池運(yùn)行規(guī)程》及《安全保障水池功能定期試驗(yàn)規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定，需要定期對(duì)安全水池進(jìn)行清淤工作，以保證其穩(wěn)定的使用性能。因此，加大對(duì)安全水池清淤系統(tǒng)的研究越發(fā)重要。

1? 清淤技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 國(guó)內(nèi)外清淤機(jī)研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)外對(duì)清淤機(jī)的研究主要為三種類型：水下清淤、半旱式清淤、旱式清淤。水下清淤是在不抽池塘水的情況下作業(yè)，特點(diǎn)是全年均可進(jìn)行作業(yè)，不影響正常的生產(chǎn)工作，清淤成本低，消耗勞力少。旱式清淤、半旱式清淤方法均是把池塘水抽干，用高壓水流將淤泥沖刷攪拌成泥漿狀態(tài)，泥漿泵將淤泥抽送出池塘利用其他專用機(jī)械通過(guò)泥斗將淤泥送上堤壩。根據(jù)安全保障水池長(zhǎng)期儲(chǔ)水的特殊功能，本文主要對(duì)水下清淤及半旱式清淤進(jìn)行研究比較，其主要類型及特點(diǎn)如表1所示[1-5]。

1.2 安全保障水池清淤現(xiàn)狀分析

目前，安全保障水池清淤工作采用完全排盡安全保障水池水源——自然晾曬若干天——采用消防水車沖洗——人工鏟除——再次注水的方式清淤。在反應(yīng)堆正式安全運(yùn)行期間，清淤過(guò)程中不宜采用目前排盡水源的方式進(jìn)行清淤。目前的清淤方式還存在清淤周期長(zhǎng)（10～20d）、耗費(fèi)人力物力大、工作環(huán)境惡劣等缺陷。因此，調(diào)試及運(yùn)行過(guò)程中如何在保證安全保障水池正常工況下清理出池底淤泥，成為一個(gè)重要的研究課題。安全保障水池三維簡(jiǎn)圖及主要尺寸如圖1所示。

1.3 現(xiàn)有技術(shù)不足分析

綜合分析比較上述國(guó)內(nèi)各種清淤工作的原理，雖然各具特色與優(yōu)勢(shì)，但也有些共同的問(wèn)題：（1）現(xiàn)有清淤技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，需要人工控制完成清淤工作;（2）現(xiàn)有清淤技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)晝夜不間斷的長(zhǎng)期水下運(yùn)行;（3）現(xiàn)有清淤技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)在流水狀態(tài)下的正常清淤;（4）目前70%的池塘清淤技術(shù)向旱式清淤方式發(fā)展，對(duì)水下清淤技術(shù)研究不足;（5）現(xiàn)有清淤技術(shù)成本較高，動(dòng)輒幾十萬(wàn)甚至更高，性價(jià)比不高[6];（6）價(jià)格相對(duì)較低的一般在水面上工作，不僅造成水體的二次污染，還無(wú)法將淤泥清洗干凈，效率較低，清淤效果不理想;（7）現(xiàn)有清淤技術(shù)普遍要求在較寬的水域工作;（8）現(xiàn)有清淤設(shè)備體積普遍較大，操作笨重。

1.4 待研發(fā)的技術(shù)

結(jié)合安全保障水池具體特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)欲實(shí)現(xiàn)以下創(chuàng)新性突破：（1）晝夜不間斷運(yùn)行;（2）清淤設(shè)備自動(dòng)路徑識(shí)別及自動(dòng)工作控制[7];（3）水下密封防水運(yùn)行;（4）不破壞現(xiàn)有安全保障水池設(shè)備及儀器的基礎(chǔ)上完成清淤工作;（5）低成本批量生產(chǎn);（6）設(shè)備具有較高的通用性及市場(chǎng)推廣性。

2? 現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)特點(diǎn)

2.1 技術(shù)要求

安全保障水池屬于非標(biāo)件設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)及使用均具有獨(dú)特性，現(xiàn)有技術(shù)不能滿足的工況需求主要有以下幾點(diǎn)：（1）由于安全保障水池需長(zhǎng)期清淤，需實(shí)現(xiàn)全天候長(zhǎng)時(shí)間工作及自動(dòng)化控制的要求;（2）安全保障水池需常年儲(chǔ)水，不宜使用干式清淤技術(shù);（3）安全保障水池水面被隔離墻劃分為多個(gè)小單元，水面工作區(qū)域較小;（4）安全保障水池屬于配套系統(tǒng)，對(duì)其研發(fā)、檢修成本具有一定限制;安全保障水池的隔離墻孔洞均在液面以下，在穿越各個(gè)隔離墻時(shí)，不宜在水面工作;（5）安全保障水池隔離墻不宜進(jìn)行破壞性動(dòng)工，常用的管道安裝技術(shù)無(wú)法引用到該設(shè)計(jì);（6）安全保障水池處于廠區(qū)內(nèi)部，不宜大型機(jī)械設(shè)備進(jìn)入。

2.2 技術(shù)難點(diǎn)及解決方案

受安全保障水池安全性及工作特性要求，該設(shè)計(jì)主要存在的技術(shù)難點(diǎn)及相應(yīng)的解決方案如表2所示。

3? 設(shè)計(jì)原理說(shuō)明

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目目前處于初期理論論證階段，本文僅對(duì)工作原理進(jìn)行說(shuō)明介紹，清淤車組成及零件布置如圖2～圖6所示。

3.2 連接方式

本設(shè)計(jì)采用路徑識(shí)別及遠(yuǎn)程遙控技術(shù)結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)小車全天候自行走的功用;綜合考慮驅(qū)動(dòng)性能及結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，采用四電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的行走方式;增加四個(gè)配重塊，以保證車體的穩(wěn)定性及輪轂與地面的摩擦性能;采用兩臺(tái)大型淤泥泵進(jìn)行淤泥抽吸，淤泥泵入口與車底盤的喇叭入口連接，出口與移動(dòng)支排污管入口連接;移動(dòng)支排污管出口通過(guò)增加錐形結(jié)構(gòu)的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)及電磁鐵結(jié)構(gòu)與豎直支管連接;豎直支管與主管以普通快速接頭的方式在安全水池頂部連接;主管鋪設(shè)在安全水池頂部的人行走廊處;采用兩臺(tái)小型淤泥泵進(jìn)行車體前端淤泥吹洗，該淤泥泵入口管設(shè)置在池水較清的水層，泵出口與吹洗管道法蘭連接。

3.3 工作方式

該清淤系統(tǒng)具體的操作流程為：（1）清淤工作開(kāi)始前，由工作人員在安全水池頂端的人行走廊處鋪設(shè)主管道;（2）由工作人員鋪設(shè)豎直支管，并利用快速接頭實(shí)現(xiàn)豎直支管與主管道的連接;（3）路上檢查清淤車的性能，工作人員以普通快速接頭的方式連接清淤車與移動(dòng)支排污管;（4）工作人員將清淤車沿安全水池內(nèi)池壁放入安全水池內(nèi);（5）利用遙控的方式實(shí)現(xiàn)首次移動(dòng)支排管尾端與豎直支管首端的結(jié)合;（6）清淤車在路徑識(shí)別的控制下在第一個(gè)安全水池單元開(kāi)始清淤工作;（7）第一個(gè)單元清淤工作結(jié)束后，斷開(kāi)電磁鐵控制電源，清淤車進(jìn)入第二個(gè)安全水池單元;（8）接通電磁鐵控制電源，在路徑識(shí)別的控制下移動(dòng)支排管尾端與第二個(gè)豎直支管連接。（9）循環(huán)工作模式，直至清淤工作結(jié)束。

4? 結(jié)語(yǔ)

本文創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)了一款適合壓水堆的安全保障水池清淤工作的清淤系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)利用距離傳感器及遠(yuǎn)程遙控控制技術(shù)，解決了清淤過(guò)程的自動(dòng)化控制及全天候水下清淤的問(wèn)題;通過(guò)獨(dú)特的快速接頭技術(shù)，解決了在不破壞安全水池內(nèi)部結(jié)構(gòu)的前提下將排污管合理布置的問(wèn)題;采用通用淤泥泵等標(biāo)準(zhǔn)件，解決了成本控制的問(wèn)題;采用清淤裝置一體化的設(shè)計(jì)，解決了設(shè)備體積小型化的問(wèn)題。該研究方案加工、生產(chǎn)、使用、維護(hù)成本不高，節(jié)能環(huán)保，對(duì)以后相關(guān)清淤設(shè)備的研究提供了一定的參考價(jià)值。

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