邢繼，徐國飛，王曉江

（中國核電工程有限公司，北京 100084）

“華龍一號(hào)”是在我國30 余年核電科研、設(shè)計(jì)、制造、建設(shè)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)福島核事故經(jīng)驗(yàn)反饋以及我國和全球最新安全要求，研發(fā)的先進(jìn)百萬千瓦級(jí)壓水堆核電技術(shù)。

在設(shè)計(jì)創(chuàng)新方面，“華龍一號(hào)”提出“能動(dòng)和非能動(dòng)相結(jié)合”的安全設(shè)計(jì)理念，采用177個(gè)燃料組件的反應(yīng)堆堆芯、多重冗余的安全系統(tǒng)、雙層安全殼，全面平衡貫徹了“縱深防御”的設(shè)計(jì)原則，設(shè)置了完善的嚴(yán)重事故預(yù)防和緩解措施，其安全指標(biāo)和技術(shù)性能達(dá)到了國際三代核電技術(shù)的先進(jìn)水平，具有完整自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)[1]。

布置設(shè)計(jì)作為“華龍一號(hào)”研發(fā)設(shè)計(jì)一項(xiàng)重要工作，決定了“華龍一號(hào)”最終表現(xiàn)形式。本文從核電廠核島布置設(shè)計(jì)原則及要求出發(fā)，論述“華龍一號(hào)”首堆核島主廠房布置設(shè)計(jì)、主要工藝系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)、專設(shè)安全系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)、輔助系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)思路和成果，滿足核島布置設(shè)計(jì)原則和要求，使“華龍一號(hào)”達(dá)到創(chuàng)新、安全、便利以及經(jīng)濟(jì)的目的。

1 核島布置設(shè)計(jì)原則及要求

核電廠核電布置設(shè)計(jì)過程中，除了考慮一般的工業(yè)廠房設(shè)備、管道等物項(xiàng)布置要求以外，主要考慮如下原則及要求。

（1）功能性原則

在布置設(shè)計(jì)時(shí)，首先要考慮頂層設(shè)計(jì)方案、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，合理布置系統(tǒng)設(shè)備及部件位置，尤其是在布置非能動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，要充分考慮非能動(dòng)實(shí)施的原理。

（2）安全性原則

電站布置要考慮三代核電安全特征，通過布置提升其固有安全性。

1）外部災(zāi)害防護(hù)，“華龍一號(hào)”盡量將不同系列安全級(jí)構(gòu)筑物及物項(xiàng)分開布置，實(shí)現(xiàn)空間隔離，在無法實(shí)現(xiàn)空間隔離時(shí)，采用實(shí)體隔離。

2）內(nèi)部災(zāi)害防護(hù)，在進(jìn)行廠房內(nèi)部物項(xiàng)布置時(shí)，全面考慮了諸如火災(zāi)、內(nèi)部飛射物、水淹、高能管道斷裂等內(nèi)部災(zāi)害，對(duì)需要保護(hù)的安全級(jí)物項(xiàng)、災(zāi)害源以及災(zāi)害的發(fā)展過程進(jìn)行了全面分析。采取控制災(zāi)害源發(fā)生、隔離布置等方法避免災(zāi)害發(fā)生，無法避免災(zāi)害源時(shí)，則應(yīng)采取必要防護(hù)措施。

3）輻射防護(hù)安全，放射性物項(xiàng)與非放射性物項(xiàng)分開布置，合理規(guī)劃人員路徑，使人員劑量合理可行盡量低。

（3）便利性原則

1）人因工程，“華龍一號(hào)”布置設(shè)計(jì)符合人因工程原則，為操作人員提供便捷舒適的作業(yè)環(huán)境。

2）可建造性和可運(yùn)維性，核電廠內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、系統(tǒng)繁多、設(shè)備密集?！叭A龍一號(hào)”在布置設(shè)計(jì)過程充分考慮了建造期間設(shè)備、部件的運(yùn)輸和就位路徑，也考慮設(shè)備檢修空間以及人員、檢修檢測設(shè)備的可達(dá)性，使得“華龍一號(hào)”便于建造和運(yùn)維。

（4）經(jīng)濟(jì)性原則

在布置設(shè)計(jì)過程中，在保證安全性的前提下充分考慮經(jīng)濟(jì)性。

（5）創(chuàng)新性原則

電站布置要進(jìn)行創(chuàng)新，在滿足功能的情況下體現(xiàn)“華龍一號(hào)”獨(dú)特特點(diǎn)。

（6）先主后次原則

應(yīng)根據(jù)重要性、安全性以及廠房體積大小依次布置構(gòu)筑物和物項(xiàng)，遵循先主后次原則。

2 核島主廠房配置及總體布置

根據(jù)EUR 文件要求，對(duì)于雙機(jī)組或多機(jī)組核電廠，核島和發(fā)電機(jī)廠房應(yīng)當(dāng)采取復(fù)制的模式布置，避免鏡像布置。從災(zāi)害預(yù)防的角度出發(fā)，這樣要求可以避免事故時(shí)機(jī)組間的相互影響。同時(shí)，可以提高投資靈活性，投資方可根據(jù)電力需要和資金狀況決定建造機(jī)組的數(shù)目。這就要求核電站的核島和發(fā)電機(jī)廠房應(yīng)采用單堆布置。為了滿足該要求，“華龍一號(hào)”核島主廠房采用了單堆布置設(shè)計(jì)，機(jī)組之間存在一定的距離。“華龍一號(hào)”作為具有三代核電安全特征的壓水堆核電機(jī)組，在頂層方案及安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了大量創(chuàng)新。為配合頂層方案及安全系統(tǒng)創(chuàng)新，“華龍一號(hào)”核島主廠房配置也進(jìn)行了創(chuàng)新。核島主廠房除了配置反應(yīng)堆廠房、電氣廠房及燃料廠房外，創(chuàng)新性采用了安全廠房，用于布置主要專設(shè)安全系統(tǒng)。為滿足安全性和便利性要求，這五大廠房以反應(yīng)堆廠房為中心進(jìn)行布置。電氣廠房主要用于布置E1 級(jí)電氣儀控設(shè)備以及主控室，將其布置在反應(yīng)堆廠房北側(cè)（以局部坐標(biāo)計(jì)，下同），這樣布置有利于連接核島和常規(guī)島。燃料廠房主要用于新燃料及乏燃料暫存，為了便于運(yùn)輸燃料，將其布置在反應(yīng)堆廠房南側(cè)，其方位對(duì)應(yīng)反應(yīng)堆廠房內(nèi)換料水池。兩個(gè)安全廠房主要用于布置專設(shè)安全設(shè)施：安注系統(tǒng)、安噴系統(tǒng)及堆腔淹沒系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)安全系統(tǒng)空間隔離，增加核電廠固有安全性，設(shè)置兩個(gè)安全廠房，將兩個(gè)系列安全系統(tǒng)分開布置，分別布置在反應(yīng)堆廠房東西兩側(cè)，方位與安全殼地坑過濾器出口相對(duì)應(yīng)。為提高核島主廠房整體抗震性能，提高基礎(chǔ)穩(wěn)定性，將五個(gè)核島主廠房布置在一塊大底板上，底板大致為一個(gè)對(duì)稱結(jié)構(gòu)。

“9·11”事件以后，擔(dān)憂發(fā)生商用大飛機(jī)惡意撞擊核設(shè)施，美國核管會(huì)已通過聯(lián)邦法規(guī)10CFRPART50.150 明確要求新建核電廠需要對(duì)大型商用飛機(jī)撞擊進(jìn)行評(píng)估?！叭A龍一號(hào)”作為新研發(fā)的三代核電機(jī)組，防商用飛機(jī)撞擊無疑是提高其安全水平的一個(gè)重要特征。對(duì)于核電廠安全而言，主要是保護(hù)堆芯安全、乏燃料安全、防止放射性物質(zhì)外泄以及主控室的可居留性，“華龍一號(hào)”主要安全設(shè)施均布置于五個(gè)核島廠房，包括核燃料、專設(shè)安全設(shè)施及主控室。因此，為了抵御商用大飛機(jī)撞擊，反應(yīng)堆廠房、電氣廠房及燃料廠房設(shè)置了防飛機(jī)撞擊（APC）大殼，分別用于保護(hù)堆芯、主控室及乏燃料安全；兩個(gè)安全廠房雖然設(shè)有專設(shè)安全設(shè)施，但分別布置反應(yīng)堆廠房兩側(cè)，根據(jù)事故假設(shè)準(zhǔn)則，不考慮同時(shí)發(fā)生飛機(jī)撞擊，因此，出于經(jīng)濟(jì)性考慮，安全廠房未設(shè)置APC 殼。核島主廠房平面示意圖如圖1 所示。

圖1 “華龍一號(hào)”核島主廠房平面示意圖Fig.1 The plan sketch of the main building of HPR1000 nuclear island

為提高“華龍一號(hào)”安全性、便利性及經(jīng)濟(jì)性，對(duì)核島其他廠房配置也進(jìn)行了創(chuàng)新。主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：

（1）對(duì)核輔助廠房配置進(jìn)行了創(chuàng)新，將三廢處理設(shè)施移出該廠房，這樣做的原因是為提高核廢物處理設(shè)施利用率，越來越多核電基地將廢物集中處理，可以多機(jī)組共用一個(gè)廢物處理設(shè)施。

（2）增設(shè)人員通行廠房，滿足運(yùn)行及維修期間人員通行及管理要求，提高了便利性。

（3）為提升核島消防用水可靠性，單獨(dú)設(shè)置了核島消防泵房，該廠房為抗震Ⅰ類結(jié)構(gòu)，提高了安全性。

（4）設(shè)置了核廢物廠房，但是該廠房可以根據(jù)廠址狀況選配，達(dá)到節(jié)約投資的目的。

此外核島還設(shè)置了應(yīng)急柴油機(jī)廠房、應(yīng)急空壓機(jī)房、龍門架及水壓試驗(yàn)泵房等廠房。

核島廠房布置遵循先主后次原則，先布置重要及體積較大的子項(xiàng)，后布置體積相對(duì)較小的子項(xiàng)，依次布置。

輔助廠房主要用于核輔助系統(tǒng)布置，包括化容系統(tǒng)、硼水系統(tǒng)、核取樣系統(tǒng)以及核廢物系統(tǒng)等。將核輔助系統(tǒng)布置在燃料廠房東側(cè)，便于輔助系統(tǒng)通過燃料廠房與反應(yīng)堆廠房接口。人員通行廠房用于正常運(yùn)行及檢修期間的人員進(jìn)出，布置于電氣廠房東側(cè)，目的是方便人員通過該廠房進(jìn)入電氣廠房然后達(dá)到主控室，也方便人員進(jìn)入安全廠房及核廢物廠房，使人員行走的路程最短。A、B 兩個(gè)系列安全級(jí)應(yīng)急柴油機(jī)廠房分別布置在核島的西北角和西南角，使之實(shí)現(xiàn)位置隔離，可有效避免共因失效；核廢物廠房靠近核輔助廠房布置，便于放射性廢物輸送。核島消防泵房用于核島消防用水的貯存及增壓，設(shè)有消防水池及消防水泵，該廠房布置于人員通行廠房東側(cè)并有一定距離，消防水管道通過地下管廊進(jìn)入核島主廠房。應(yīng)急空壓機(jī)房設(shè)有應(yīng)急空壓機(jī)、壓縮空氣過濾干燥器以及貯存罐，靠近核島布置。龍門架用于壓力容器、蒸發(fā)器、主泵等反應(yīng)堆廠房主要設(shè)備建造及維修期間的吊裝，方位與反應(yīng)堆廠房設(shè)備閘門相對(duì)應(yīng)，將其布置在燃料廠房南側(cè)，運(yùn)輸軌道通過燃料廠房與反應(yīng)堆廠房操作大廳相連。水壓試驗(yàn)泵房體積較小，相對(duì)獨(dú)立，設(shè)置在核島西南角，靠近燃料廠房。

核島主廠房周圍為均勻地布置了核島子項(xiàng)，平面布局圖如圖2 所示，主要廠房三維示意圖如圖3 所示。

圖2 “華龍一號(hào)”主廠房群平面布置圖Fig.2 The plan layout of the main building of HPR1000

圖3 “華龍一號(hào)”核島廠房三維示意圖Fig.3 The 3D sketch of HPR1000 nuclear island

3 主工藝系統(tǒng)布置

主工藝系統(tǒng)包括一回路及二回路系統(tǒng)。主工藝系統(tǒng)作為核電廠核心物項(xiàng)，其布置對(duì)核電廠整體布局及安全有重要影響，應(yīng)遵循先主后次原則對(duì)其首先布置。“華龍一號(hào)”為三環(huán)路核電機(jī)組，一回路系統(tǒng)主要包括一臺(tái)反應(yīng)堆壓力容器（RPV）、三臺(tái)蒸汽發(fā)生器（SG）、三臺(tái)主泵（MP）、一臺(tái)穩(wěn)壓器及其相應(yīng)主管道和輔助設(shè)備，全部布置于反應(yīng)堆廠房。壓力容器作為機(jī)組核心布置于反應(yīng)堆廠房中心位置，三臺(tái)蒸汽發(fā)生器及主泵間隔120°圍繞壓力容器均勻布置。三個(gè)環(huán)路主要設(shè)備不僅實(shí)現(xiàn)空間隔離，還通過隔墻進(jìn)行實(shí)體隔離，可以避免環(huán)路間的相互影響和共因失效，滿足安全性要求。壓力容器與蒸汽發(fā)生器之間通過熱段相連，將經(jīng)過反應(yīng)堆加熱后的冷卻劑送入蒸汽發(fā)生器；蒸汽發(fā)生器與主泵通過過渡段相連，將與二回路換熱后的冷卻劑送入主泵；主泵與壓力容器通過冷段相連，將換完熱冷卻劑送入反應(yīng)堆加熱。穩(wěn)壓器通過波動(dòng)管與一環(huán)路熱段相連，以維持一回路壓力穩(wěn)定。為了實(shí)現(xiàn)主泵失電后利用自然循環(huán)導(dǎo)出堆芯熱量，將壓力容器布置在低于蒸汽發(fā)生器的位置，由于堆芯冷卻劑溫度相對(duì)蒸汽發(fā)生器內(nèi)冷卻劑溫度更高，利用密度差建立自然循環(huán)，實(shí)現(xiàn)一回路事故工況下非能動(dòng)安全。一回路主要設(shè)備立面布置示意圖如圖4 所示。

圖4 一回路主設(shè)備立面布置示意圖Fig.4 The elevation layout of the main equipmentof the primary system

二回路管道將蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽輸送到汽輪機(jī)做功，同時(shí)將做完功后冷凝的水輸送到蒸汽發(fā)生器加熱。二回路管道體積較大，熱工參數(shù)高，布置時(shí)應(yīng)盡量短，滿足經(jīng)濟(jì)性原則，并注意災(zāi)害防護(hù)，滿足安全性原則。因此，二回路主給水管道由汽輪機(jī)廠房從電氣廠房管廊進(jìn)入反應(yīng)堆廠房，然后沿著反應(yīng)堆環(huán)形區(qū)為每臺(tái)蒸汽發(fā)生器給水。反之，主蒸汽管道從蒸汽發(fā)生器引出后經(jīng)電氣廠房進(jìn)入汽輪機(jī)廠房，這樣布置實(shí)現(xiàn)路程最短原則。三個(gè)環(huán)路的主蒸汽及主給水管道平行布置，主蒸汽管道布置在主給水管道的上方，各主管道之間采用樓板和隔墻進(jìn)行隔離，避免管道斷裂而相互影響。同時(shí)，這些墻體也將各環(huán)路主蒸汽及主給水管道劃分為不同的防火分區(qū)，避免由于火災(zāi)發(fā)生引起的共模失效?！叭A龍一號(hào)”主系統(tǒng)平面示意圖如圖 5 所示。為了增加主給水管道斷裂工況下的隔離安全性，對(duì)主給水調(diào)節(jié)閥組布置進(jìn)行了創(chuàng)新，將原來布置在常規(guī)島的該閥組調(diào)整到電氣廠房主給水管廊，由于電氣廠房為抗震Ⅰ類結(jié)構(gòu)，可以確保在地震工況下主給水調(diào)節(jié)閥組正常運(yùn)行，提高主給水隔離的可靠性，主給水調(diào)節(jié)閥組布置示意圖如圖6 所示。

圖5 “華龍一號(hào)”主系統(tǒng)平面布置示意圖Fig.5 The plan layout of the main system of HPR1000

圖6 主給水管道平面布置示意圖Fig.6 The plan layout of the main feedwater system of HPR1000

4 專設(shè)安全系統(tǒng)及嚴(yán)重事故應(yīng)對(duì)系統(tǒng)布置

“華龍一號(hào)”設(shè)有輔助給水、安全注入、安全殼噴淋等專設(shè)安全系統(tǒng)，另外，相比于二代加核電站，為提高其安全性，“華龍一號(hào)”還增設(shè)了堆腔淹沒、非能動(dòng)二次側(cè)余熱排出及非能動(dòng)安全殼冷卻等嚴(yán)重事故應(yīng)對(duì)系統(tǒng)，采用了能動(dòng)+非能動(dòng)的事故應(yīng)對(duì)策略，提高了電站的安全性。在安全系統(tǒng)的布置設(shè)計(jì)中，不僅要考慮不同安全系列之間的有效隔離，對(duì)于非能動(dòng)系統(tǒng)，還需要考慮實(shí)現(xiàn)非能動(dòng)功能而采用的物理學(xué)原理，實(shí)現(xiàn)非能動(dòng)功能。安全系統(tǒng)總體布局對(duì)核電廠總體布局和安全性有較大影響，因此，根據(jù)先主后次原則，安全系統(tǒng)布置也需優(yōu)先設(shè)計(jì)。

輔助給水系統(tǒng)在喪失主給水的工況下投入使用，利用二回路導(dǎo)出堆芯熱量。本系統(tǒng)配置了二臺(tái)電動(dòng)給水泵和二臺(tái)汽動(dòng)給水泵，以及兩個(gè)輔助給水箱。輔助給水箱創(chuàng)新性采用了內(nèi)襯不銹鋼敷面水池，布置在電氣廠房內(nèi)部，這樣不僅有利于廠房結(jié)構(gòu)完整性，也有助于保護(hù)輔助給水水源的安全性。四臺(tái)輔助給水泵布置在電氣廠房最底層，防止由于內(nèi)部災(zāi)害引起的共模故障，分別布置在不同的隔間，并通過內(nèi)部水淹分析，將泵的基礎(chǔ)設(shè)置得足夠高，以免由于內(nèi)部水淹而引起失效。

安注系統(tǒng)在發(fā)生LOCA 事故喪失反應(yīng)堆冷卻劑時(shí)投入使用，主要設(shè)備為三臺(tái)中壓安注箱，兩臺(tái)中壓安注泵及兩臺(tái)低壓安注泵，中壓安注泵采用了臥式離心泵，而低壓安注泵采用了立式離心泵。當(dāng)發(fā)生LOCA 事故時(shí)，一回路壓力下降到中壓安注注入壓力時(shí)，三臺(tái)中壓安注箱投入使用，同時(shí)啟動(dòng)中壓安注泵，由于中壓安注泵屬于能動(dòng)設(shè)備，需要一定響應(yīng)時(shí)間，注入時(shí)間晚于中壓安注箱。當(dāng)一回路壓力逐漸下降，需要大量注入時(shí)，啟動(dòng)低壓安注泵。因此，將三臺(tái)中壓安注箱靠近堆芯布置，布置于反應(yīng)堆廠房最底層，三臺(tái)安注箱各對(duì)應(yīng)一個(gè)環(huán)路，間隔一定角度對(duì)稱布置。由于一臺(tái)中壓安注泵及一臺(tái)低壓安注泵組成一個(gè)安全系列，故將其分別布置在左右兩側(cè)安全廠房底部，完全做到空間隔離和實(shí)體隔離。換料水箱正常工況下作為換料水池的水源，事故工況下作為安注和安噴系統(tǒng)的水源，是安全系統(tǒng)重要組成部分，作為核安全級(jí)的構(gòu)筑物，設(shè)計(jì)要求抗震、抗外部飛射物的損害。因此，相比二代加核電站，“華龍一號(hào)”對(duì)換料水箱設(shè)計(jì)進(jìn)行了創(chuàng)新，將換料水箱布置在反應(yīng)堆廠房內(nèi)部最底層，采用內(nèi)襯不銹鋼結(jié)構(gòu)水池，大大提高了事故情況下堆芯冷卻用水源的可靠性和安全性。

當(dāng)安全殼內(nèi)發(fā)生LOCA 事故或二回路主管道斷裂事故導(dǎo)致安全殼升壓時(shí)，啟動(dòng)安全殼噴淋系統(tǒng)?！叭A龍一號(hào)”設(shè)置了二臺(tái)安全殼噴淋泵（安噴泵）及二臺(tái)安噴熱交換器，安噴泵采用了立式離心泵，熱交換器采用管殼式臥式熱交換器。一臺(tái)安噴泵和一臺(tái)熱交換器組成一個(gè)安全系列，故將其分別布置在左右兩側(cè)安全廠房，與低壓安注泵平行布置，兩個(gè)安全殼噴淋系列做到完全空間隔離和實(shí)體隔離。

“華龍一號(hào)”專設(shè)安全系統(tǒng)主要設(shè)備平面布置示意圖如圖7 所示。

圖7 “華龍一號(hào)”專設(shè)安全系統(tǒng)主設(shè)備平面布置示意圖Fig.7 The plan layout of the main equipment of HPR1000 engineered safety features

當(dāng)出現(xiàn)堆芯熔化嚴(yán)重事故時(shí)，“華龍一號(hào)”可以啟動(dòng)堆腔淹沒系統(tǒng)向反應(yīng)堆堆坑注水，以冷卻反應(yīng)堆壓力容器，避免壓力容器熔穿，保持反應(yīng)堆壓力容器的完整性。堆腔淹沒系統(tǒng)采用能動(dòng)+非能動(dòng)的系統(tǒng)配置，設(shè)置了采用離心泵的能動(dòng)堆腔淹沒子系統(tǒng)和高位注水箱堆腔淹沒的非能動(dòng)子系統(tǒng)。正常情況下，優(yōu)先啟動(dòng)能動(dòng)系統(tǒng)，水源也來自于內(nèi)置換料水箱。該系統(tǒng)還設(shè)有外部應(yīng)急取水口，布置于電氣廠房外部，可在緊急情況下提供外部水源。兩臺(tái)堆腔注水泵分為兩個(gè)安全系列，分別布置在左右兩側(cè)安全廠房，平面位置如圖7 所示。非能動(dòng)注水箱采用內(nèi)襯不銹鋼水池，布置于反應(yīng)堆廠房靠近堆腔位置，以便在需要投運(yùn)時(shí)快速打開隔離閥利用重力向堆腔供水。堆腔淹沒系統(tǒng)主要設(shè)備立面布置示意圖如圖8 所示。

圖8 堆腔淹沒系統(tǒng)主要設(shè)備立面布置示意圖Fig.8 The elevation layout of the main equipment of the reactor cavity flooding system

當(dāng)發(fā)生LOCA 或二回路主管道斷裂事故時(shí)，導(dǎo)致安全殼溫度及壓力升高，若此時(shí)安全殼噴淋系統(tǒng)不可用，則啟動(dòng)非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)。安全殼冷卻系統(tǒng)主要由熱交換器和冷卻水箱組成。“華龍一號(hào)”非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)設(shè)置三個(gè)相互獨(dú)立的系列，每個(gè)系列包括二組熱交換器、一個(gè)換熱水箱和一個(gè)導(dǎo)熱水箱。熱交換器布置在安全內(nèi)壁上部空間，三個(gè)系列熱交換器沿安全殼內(nèi)壁圓周均勻布置。這樣可以冷卻安全殼上部空間的空氣，形成安全殼內(nèi)空氣自上而下非能動(dòng)循環(huán)，使整個(gè)安全殼內(nèi)部空氣溫度降低。換熱水箱位置高于熱交換器，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，熱交換器內(nèi)的熱水溫度升高，密度下降，與高位換熱水箱內(nèi)的水因密度差形成自然循環(huán)，導(dǎo)出安全殼內(nèi)部熱量。當(dāng)換熱水箱溫度不斷升高，達(dá)到飽和溫度時(shí)，產(chǎn)生的蒸汽通過導(dǎo)熱水箱排入大氣。由于空間限制，將換熱水箱布置在反應(yīng)堆廠房外層安全殼上部，為節(jié)省空間，將其設(shè)計(jì)為內(nèi)襯不銹鋼結(jié)構(gòu)水池，三個(gè)系列換熱水箱及導(dǎo)熱水箱繞反應(yīng)堆廠房一周，均勻布置。

當(dāng)發(fā)生喪失主給水事故且輔助給水不可用時(shí)，“華龍一號(hào)”啟動(dòng)二次非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)導(dǎo)出堆芯熱量。該系統(tǒng)設(shè)置了三個(gè)相互獨(dú)立的系列，對(duì)應(yīng)三臺(tái)蒸汽發(fā)生器，每個(gè)系列設(shè)置了一臺(tái)非能動(dòng)熱交換器。其熱阱與非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)換熱水箱為同一水箱，將該熱交換器布置在換熱水箱中，完全被換熱水箱中的水淹沒，每個(gè)換熱水箱中放置一臺(tái)熱交換器。非能動(dòng)熱交換器位置高于蒸汽發(fā)生器，來自于蒸汽發(fā)生器的蒸汽通過管道連接換熱器的入口，經(jīng)過換熱后冷凝成水，流向主給水管道進(jìn)入蒸汽發(fā)生器，經(jīng)蒸汽發(fā)生器加熱后成為蒸汽后再次進(jìn)入非能動(dòng)熱交換器，如此循環(huán)導(dǎo)出堆芯熱量，完全依賴自然循環(huán)進(jìn)行工作。主要設(shè)備立面布置圖如圖9 所示。

圖9 非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)及非能動(dòng)二次側(cè)余熱排出系統(tǒng)主要設(shè)備立面布置圖Fig.9 The elevation layout of the main equipment of the passive secondary residual heat removal and passive containment cooling systems

5 主要輔助系統(tǒng)布置

主要輔助系統(tǒng)在核電廠承擔(dān)重要功能，“華龍一號(hào)”主要的輔助系統(tǒng)有余熱排出系統(tǒng)、化容系統(tǒng)、設(shè)備冷卻水系統(tǒng)、乏燃料池冷卻系統(tǒng)等。本節(jié)主要介紹這些主要輔助系統(tǒng)的布置。

余熱排出系統(tǒng)主要用于在啟停堆期間投入使用，當(dāng)反應(yīng)堆冷卻劑溫度升高到180 ℃時(shí)，通過二回路系統(tǒng)帶走堆芯熱量，余熱排出系統(tǒng)停止運(yùn)行。余熱排出系統(tǒng)配置了兩臺(tái)余熱排出泵和兩臺(tái)熱交換器，1 臺(tái)余熱排出泵和1 臺(tái)熱交換器組成一個(gè)安全系列。在傳統(tǒng)的二代加核電站，余熱排出系統(tǒng)布置于反應(yīng)堆廠房內(nèi)部。由于“華龍一號(hào)”反應(yīng)堆廠房內(nèi)部增設(shè)了內(nèi)置換料水箱和堆腔淹沒系統(tǒng)設(shè)施，為節(jié)約安全殼內(nèi)部空間，對(duì)余熱排除系統(tǒng)布置進(jìn)行了創(chuàng)新，將余熱排出系統(tǒng)移出反應(yīng)堆廠房，布置在核燃料廠房或輔助廠房。這樣既可以滿足反應(yīng)堆廠房空間需求，也方便余熱排出系統(tǒng)設(shè)備在反應(yīng)堆廠房外的安裝及檢修。

化容系統(tǒng)用于反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)水質(zhì)及容積控制，與二代加核電站不同，“華龍一號(hào)”化容系統(tǒng)不承擔(dān)高壓安注功能?；菹到y(tǒng)主要設(shè)備包括兩臺(tái)上充泵、一臺(tái)下泄熱交換器和一臺(tái)再生熱交換器及一臺(tái)容控箱，以及除鹽器等。為更好回收下泄流熱量并加熱上充流，將再生熱交換器布置在反應(yīng)堆廠房，靠近反應(yīng)堆堆芯。為方便操作和空間利用，將上充泵、下泄熱交換器、容控箱及除鹽器則布置在核輔助廠房。兩臺(tái)上充泵分別屬于兩個(gè)安全系列，布置時(shí)考慮了實(shí)體隔離，滿足防水淹和防火要求。化容系統(tǒng)用來處理和調(diào)節(jié)一回路水質(zhì)，介質(zhì)具有較高的活性，在管線布置時(shí)需要考慮輻射防護(hù)，需要手動(dòng)操作的閥門需要采用遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)。

設(shè)備冷卻水系統(tǒng)主要為冷凍水系統(tǒng)、乏燃料池冷卻系統(tǒng)、余熱排出系統(tǒng)、安噴系統(tǒng)等用戶提供設(shè)備冷卻水。設(shè)備冷卻水系統(tǒng)配置了四臺(tái)板式熱交換器及四臺(tái)循環(huán)泵。四臺(tái)板式換熱器和四臺(tái)循環(huán)泵分別屬于兩個(gè)安全系列，布置時(shí)采用墻體進(jìn)行實(shí)體隔離，滿足防水淹和防火要求。設(shè)冷水主要設(shè)備及母管道體積較大，需要凈高較大的空間進(jìn)行布置，“華龍一號(hào)”設(shè)備冷卻水系統(tǒng)主布置在燃料廠房的清潔區(qū)域。由于熱交換器體積和質(zhì)量較大，為方便運(yùn)輸，將其布置在燃料廠房地面一層，循環(huán)泵布置在熱交換器的上一樓層。

乏燃料池冷系統(tǒng)主要由乏燃料池、冷卻泵和熱交換器組成。乏燃料池和燃料運(yùn)輸通道布置在燃料廠房的地面第一層，乏燃料從反應(yīng)堆廠房卸出后經(jīng)燃料運(yùn)輸通道轉(zhuǎn)運(yùn)至乏燃料池貯存，乏燃料水池為內(nèi)襯不銹鋼水池。若需運(yùn)出乏燃料，則在乏燃料裝載井中將其裝入乏燃料運(yùn)輸容器，然后運(yùn)輸出乏燃料廠房。冷卻泵和熱交換器盡量靠近乏燃料池布置，均布置于燃料廠房最底部。三臺(tái)冷卻泵分別屬于兩個(gè)安全系列，布置時(shí)考慮了實(shí)體隔離，滿足防水淹和防火要求。

主設(shè)備通道位于燃料廠房右側(cè)，在建造期間或主設(shè)備更換時(shí)，主設(shè)備可經(jīng)龍門架提升后通過該通道進(jìn)入反應(yīng)堆廠房（主設(shè)備采用開頂法吊裝除外）。通道上設(shè)有主設(shè)備運(yùn)輸軌道，由于運(yùn)輸通道中軸線與反應(yīng)堆廠房中心偏離，設(shè)計(jì)了彎曲形運(yùn)輸軌道，如圖11 所示，使得設(shè)備運(yùn)輸平板車可以平穩(wěn)運(yùn)行。

主要輔助系統(tǒng)的布置示意圖如圖 10～圖 11 所示。

圖10 主要輔助系統(tǒng)設(shè)備平面布置示意圖Fig.10 The plan layout of the main auxiliary system equipment

圖11 燃料廠房主輔助系統(tǒng)設(shè)備立面布置示意圖Fig.11 The elevation layout of the main auxiliary system equipment of the fuel building

6 結(jié)論

作為我國自主研發(fā)的三代核電機(jī)組，“華龍一號(hào)”首堆采用了單堆布置設(shè)計(jì)，首次實(shí)現(xiàn)我國大型商用核電單堆布置。單堆布置設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于不僅可以提高了投資靈活性，還可以避免了機(jī)組之間的相互影響，提高核電廠整體安全性?！叭A龍一號(hào)”核島廠房配置及總體布置設(shè)計(jì)進(jìn)行了大量創(chuàng)新，這些創(chuàng)新點(diǎn)包括采用了防商用大飛機(jī)撞擊殼、設(shè)置了安全廠房、換料水箱內(nèi)置、增設(shè)人員通行廠房及抗震消防廠房等，這些創(chuàng)新充分體現(xiàn)了“華龍一號(hào)”特點(diǎn)，不僅滿足電廠功能要求，還極大提高了“華龍一號(hào)”核電機(jī)組安全性。首次完成了“華龍一號(hào)”非能動(dòng)系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)，滿足“華龍一號(hào)”能動(dòng)+非能動(dòng)頂層設(shè)計(jì)方案要求，積累了非能動(dòng)系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)寶貴經(jīng)驗(yàn)?！叭A龍一號(hào)”核島布置設(shè)計(jì)滿足功能性、安全性、便利性、經(jīng)濟(jì)性、創(chuàng)新性及先主后次等核電布置設(shè)計(jì)原則要求。通過“華龍一號(hào)”核島布置設(shè)計(jì)研究，使“華龍一號(hào)”達(dá)到創(chuàng)新、安全、便利以及經(jīng)濟(jì)的目的，為“華龍一號(hào)”后續(xù)機(jī)型及我國其他核電機(jī)組研發(fā)積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。