顏令博

（上海核工程研究設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200233）

海工相關(guān)施工受制于核電廠海域使用權(quán)證影響，海工取排水口施工延后。冷試期間存在取水明渠不具備取水條件，排水明渠也無(wú)法正常向外海排水風(fēng)險(xiǎn)，影響核島冷源及相關(guān)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

為完成核電廠冷試，擬采用臨時(shí)冷源措施實(shí)現(xiàn)冷源系統(tǒng)可用。

1 背景介紹

1.1 冷試簡(jiǎn)介

冷試的主要目的是在水實(shí)體的工況下，以高于主系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力的試驗(yàn)壓力對(duì)主系統(tǒng)和相關(guān)輔助系統(tǒng)的高壓部分進(jìn)行強(qiáng)度性水壓試驗(yàn)，以檢查主系統(tǒng)的設(shè)備、管道的密封和焊接質(zhì)量，驗(yàn)證其承壓運(yùn)行時(shí)的密封性和安全性，確保從試驗(yàn)結(jié)束到下次試驗(yàn)實(shí)施之前的時(shí)間里，反應(yīng)堆一回路系統(tǒng)在正常運(yùn)行和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故工況下是安全的，是滿足核安全法規(guī)的。同時(shí)水壓試驗(yàn)中也會(huì)對(duì)主泵的部分性能進(jìn)行初始驗(yàn)證。

冷試期間需要正式設(shè)備和臨時(shí)設(shè)備運(yùn)行，正式設(shè)備的運(yùn)行需要冷源系統(tǒng)的支持，設(shè)備運(yùn)行期間將熱量通過(guò)冷源系統(tǒng)輸送至海水。

1.2 核島冷源系統(tǒng)簡(jiǎn)介

設(shè)備冷卻水系統(tǒng)是閉式冷卻回路，該系統(tǒng)將各種電站設(shè)備的熱量傳遞給廠用水系統(tǒng)，最終熱阱為海水。設(shè)備冷卻水系統(tǒng)在功率運(yùn)行、正常冷卻、換料工況下都要運(yùn)行。系統(tǒng)包括設(shè)備冷卻水泵、熱交換器、波動(dòng)水箱及相關(guān)的閥門、管道和儀器儀表。

廠用水系統(tǒng)有2臺(tái)100%容量的廠用水泵、自動(dòng)反沖洗濾網(wǎng)和相關(guān)的管道、閥門、控制系統(tǒng)和儀表。廠用水泵位于循環(huán)水泵房。廠用水系統(tǒng)泵的設(shè)計(jì)必須考慮循環(huán)水泵房的布局和在每個(gè)廠址預(yù)期的最大和最小海水水位。

海水入口涵洞設(shè)置有凈化柵欄和旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)用來(lái)除去懸浮物及其他雜質(zhì)（比如：海草），這些雜質(zhì)會(huì)影響廠用水系統(tǒng)泵和其他系統(tǒng)的運(yùn)行。然后海水經(jīng)廠用水系統(tǒng)泵和過(guò)濾器進(jìn)入設(shè)備冷卻水系統(tǒng)熱交換器，帶走核島設(shè)備組件的熱量。被設(shè)備冷卻水熱交換器加熱過(guò)的廠用水排入循環(huán)水系統(tǒng)排放管道，然后直接排向大海。

1.3 海域使用權(quán)簡(jiǎn)介

海域使用權(quán)自2002年1月正式施行《中華人民共和國(guó)海域使用管理法》（以下簡(jiǎn)稱“《海域法》”）時(shí)被正式確立，無(wú)論在實(shí)務(wù)界還是理論界，都屬于比較新的領(lǐng)域。對(duì)于海域使用權(quán)的具體用途，也就是獲得使用權(quán)的海域可以派上哪些用場(chǎng)就不甚明了了。換句話說(shuō)，出于什么樣的用海目的可以申請(qǐng)海域使用，了解的人不多，甚至無(wú)從知曉。這與現(xiàn)行法律沒(méi)有系統(tǒng)的規(guī)定不無(wú)關(guān)系。通觀《海域法》，只有少許條款零星地涉及這方面的規(guī)定，而且都不是正面直接的規(guī)定。比如，第二十五條“海域使用權(quán)最高期限，按照下列用途確定：（一）養(yǎng)殖用海十五年；（二）拆船用海二十年；（三）旅游、娛樂(lè)用海二十五年；（四）鹽業(yè)、礦業(yè)用海三十年；（五）公益事業(yè)用海四十年；（六）港口、修建船廠等建設(shè)工程用海五十年?！痹俦热?，第三十五條“下列用海，免繳海域使用金：（一）軍事用海；（二）公務(wù)船舶專用碼頭用海；（三）非經(jīng)營(yíng)性的航道、錨地等交通基礎(chǔ)設(shè)施用海；（四）教學(xué)、科研、防災(zāi)減災(zāi)、海難搜救打撈等非經(jīng)營(yíng)性公益事業(yè)用海?！边@些規(guī)定都不是從說(shuō)明海域使用權(quán)用途的角度直接做出，而且分類的標(biāo)準(zhǔn)也并不統(tǒng)一。

為了貫徹落實(shí)《海域法》，適應(yīng)海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求，提高海域資源配置效率，加強(qiáng)海域使用金征收管理，國(guó)家海洋局和財(cái)政部聯(lián)合下發(fā)了《關(guān)于加強(qiáng)海域使用金征收管理的通知》，將用海類型劃分為5個(gè)大類19個(gè)小類，可以看作是國(guó)家對(duì)于海域使用權(quán)具體用途的規(guī)定。依法獲得海域使用權(quán)以后，使用權(quán)人可以根據(jù)設(shè)定的用海類型進(jìn)行填海造地用海、構(gòu)筑物用海、圍海用海、開(kāi)放式用海及其他方式5大類型的用海，分別包括：①填海造地用海。建設(shè)填海造地用海，農(nóng)業(yè)填海造地用海，廢棄物處置填海造地用海；②構(gòu)筑物用海。非透水構(gòu)筑物用海，跨海大橋、海底隧道等用海，透水構(gòu)筑物用海；③圍海用海。港地、蓄水等用海，鹽業(yè)用海，圍海養(yǎng)殖用海；④開(kāi)放式用海。開(kāi)放式養(yǎng)殖用海，浴場(chǎng)用海，游樂(lè)場(chǎng)用海，專用航道、錨地用海；⑤其他用海。人工島式油氣開(kāi)采用海，平臺(tái)式油氣開(kāi)采用海，海底電纜管道用海，海砂等礦產(chǎn)開(kāi)采用海，取、排水口用海，污水達(dá)到準(zhǔn)排放用海。

單位或個(gè)人如果有上述的用海需求，可以在符合海洋功能區(qū)劃的前提下，在《海域法》規(guī)定的海域范圍內(nèi)，依法獲取海域使用權(quán)。

2 冷試期間臨時(shí)冷源方案

不同壓水堆的設(shè)備存在差別，熱負(fù)荷也存在差異，從而導(dǎo)致所需的臨時(shí)方案存在差異，本文中的臨時(shí)冷源方案以國(guó)內(nèi)某二代加壓水堆核電站為例。

2.1 冷試期間熱負(fù)荷簡(jiǎn)介

根據(jù)核電廠冷試需求，熱負(fù)荷階段主要需求階段有反應(yīng)堆冷卻劑泵啟動(dòng)、反應(yīng)堆冷卻劑泵加熱一回路和重要設(shè)備運(yùn)行等，特別說(shuō)明電氣儀控房間空調(diào)采用風(fēng)冷機(jī)組和空調(diào)，不作為熱負(fù)荷輸入，主要的產(chǎn)熱設(shè)備及對(duì)應(yīng)的工作時(shí)長(zhǎng)，詳見(jiàn)表1冷試期間主要負(fù)荷。由于反應(yīng)堆冷卻劑泵功率高，雖然反應(yīng)堆冷卻劑泵僅運(yùn)行不到50 h，不足冷試1/4時(shí)長(zhǎng)，但是主泵熱負(fù)荷占到整個(gè)冷試的44.2%。

表1 冷試期間主要負(fù)荷

根據(jù)之前調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，從第一臺(tái)反應(yīng)堆冷卻劑泵啟動(dòng)到最后一臺(tái)反應(yīng)堆冷卻劑泵隔離，一般為58 h，故而主要的熱負(fù)荷集中于58 h內(nèi)。

冷試期間熱負(fù)荷在時(shí)間上具有明顯的不均勻性，熱負(fù)荷主要集中在主泵開(kāi)啟相關(guān)的試驗(yàn)，故而只要滿足主泵冷試要求，其他試驗(yàn)均能滿足。

2.2 臨措方案簡(jiǎn)介

2.2.1 臨措輸入基準(zhǔn)簡(jiǎn)介

（1）基準(zhǔn)水位。根據(jù)廠址設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，廠用水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)水位如下。為滿足調(diào)試要求，泵房前池的水位應(yīng)不低于-5.16 m。設(shè)計(jì)最高水位（10%超越概率高潮位+可能最大風(fēng)暴潮增水）等于5.17 m。設(shè)計(jì)最低水位（10%超越概率低潮位+可能最大風(fēng)暴潮減水）等于-5.16 m。

（2）基準(zhǔn)水溫。廠用水系統(tǒng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)水溫為27.2℃；廠用水系統(tǒng)設(shè)計(jì)最高水溫為31.5℃；廠用水系統(tǒng)設(shè)計(jì)最低水溫為-2.5℃。

2.2.2 臨措布置簡(jiǎn)介

根據(jù)熱負(fù)荷擬采用廠用水系統(tǒng)自循環(huán)方案的總體思路，通過(guò)循環(huán)水廊道、排水廊道、虹吸井、熱水回流溝和循泵泵房前池，形成一個(gè)自循環(huán)方案，同時(shí)由于一定的滲漏考慮必要的少量補(bǔ)水。

利用在循環(huán)水泵房前池設(shè)置的臨時(shí)取水池作為廠用水系統(tǒng)的水源，廠用水系統(tǒng)投用一個(gè)系列，作為設(shè)備冷卻水系統(tǒng)的冷源支持核島的調(diào)試需求。與原設(shè)計(jì)廠用水系統(tǒng)為直流冷卻系統(tǒng)不同，通過(guò)廠用水在設(shè)備冷卻水熱交換器之后，沿廠用水排水廊道排水至虹吸井。隨著虹吸井水位的上升，依靠重力水體漫溢流過(guò)排水構(gòu)筑物溢流堰，沿著循環(huán)水排水廊道、熱水回流溝回流至泵房前池。自此形成一個(gè)閉合的自循環(huán)回路，廠用水系統(tǒng)一定程度上改為半直流半循環(huán)冷卻系統(tǒng)，泵房前池作為系統(tǒng)的熱阱，同時(shí)由于一定的滲漏或溫升考慮必要的補(bǔ)水，流程簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 自循環(huán)方案方框簡(jiǎn)圖

2.2.3 臨措水容積簡(jiǎn)介

綜合考慮現(xiàn)有建筑和新增建筑，按照蓄水池充水至4.7 m液位計(jì)算，總蓄水容積約為4.2萬(wàn)m3，即首次灌滿系統(tǒng)需要從外海引水4.2萬(wàn)m3，總蓄水容積中進(jìn)水廊道的蓄水容積不參與循環(huán)、虹吸井部分容積不參與循環(huán)，故而應(yīng)剔除此部分容積。有效容積（是指參與自循環(huán)系統(tǒng)的容積）為3.2萬(wàn)m3，主要蓄水量如下。

（1）虹吸井，蓄水容積2 714 m3。

（2）循環(huán)水排水廊道，蓄水容積15 176 m3。

（3）熱水回流溝，蓄水容積1 617 m3。

（4）泵房前池，蓄水容積10 288 m3。

（5）廠用水排水廊道，蓄水容積2 002 m3。

（6）廠用水系統(tǒng)管道，蓄水容積153 m3。

2.2.4 外海水溫

根據(jù)廠址參數(shù)，外海表層各月的平均水溫見(jiàn)表2。

2.2.5 溫升計(jì)算

由于冷試期間，設(shè)備運(yùn)行將帶入一定的熱負(fù)荷進(jìn)入水體。一方面，為了保證設(shè)備安全，應(yīng)限制廠用水系統(tǒng)水體水溫。另一方面，熱負(fù)荷的帶入將引起水體升溫，可能影響系統(tǒng)安全。本章節(jié)主要是通過(guò)不同干預(yù)手段下的溫升計(jì)算，以保證自循環(huán)系統(tǒng)的可行性，滿足冷試的相關(guān)要求。

溫升計(jì)算依據(jù)設(shè)備冷卻水系統(tǒng)水溫上限為35℃，對(duì)應(yīng)的廠用水系統(tǒng)設(shè)計(jì)最高水溫31.5℃作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。

按整個(gè)冷試周期帶入的熱負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算，結(jié)合表1，整個(gè)冷試周期產(chǎn)熱3.82×106MJ，不考慮廠用水系統(tǒng)自循環(huán)水體與外界的熱交換，可以使3.2萬(wàn)m3海水升溫ΔT=28.3℃。故而廠用水系統(tǒng)自循環(huán)初始水溫應(yīng)不大于3.2℃，即外海水溫應(yīng)不大于3.2℃才能滿足冷試排熱要求。綜合表2各月海水平均溫度僅有1—3月滿足冷試要求，其余月份水溫難以滿足冷試要求。

表2 各月海水平均溫度

當(dāng)外?；A(chǔ)水溫較高，熱負(fù)荷帶入后，導(dǎo)致自循環(huán)水體的溫度可能高于31.5℃。為提高對(duì)外界水體溫度的適應(yīng)能力，考慮利用外海補(bǔ)水450 m3/h持續(xù)往廠用水系統(tǒng)冷試自循環(huán)中進(jìn)行補(bǔ)水換熱。按如下基本條件進(jìn)行計(jì)算。

（1）冷試自循環(huán)水體控制水溫T1按31.5℃控制。

（2）冷試有效時(shí)間按58 h計(jì)。

（3）在冷試有效時(shí)間內(nèi)設(shè)備冷卻水系統(tǒng)熱負(fù)荷基本均勻。

（4）補(bǔ)水水溫不變，按初始水溫計(jì)。

（5）換水量供水的流量按450 m3/h計(jì)。

按如下公式開(kāi)展溫升計(jì)算，最大允許初始水溫為19.5℃時(shí)，當(dāng)初始水溫低于此溫度，采取廠用水系統(tǒng)換水措施時(shí)，廠用水系統(tǒng)自然循環(huán)滿足冷試期間需求。

式中：TS0為初始水溫（環(huán)境水體溫度、補(bǔ)水水溫）；TS1為控制水溫，按31.5℃計(jì)；ΔTS為初始水溫與控制水溫溫差；ΔT為廠用水系統(tǒng)補(bǔ)水水溫與水體水溫溫差；V為自循環(huán)水體總量，按3.2×104m3計(jì)；QS為廠用水系統(tǒng)側(cè)換水流量，按450m3/h計(jì)；Cv為定容比熱容，4.18MJ/m3℃；t為冷試有效時(shí)間，按58 h計(jì)；E為冷試期間設(shè)備散熱，2.82×106MJ。

為進(jìn)一步提高適應(yīng)環(huán)境水溫，考慮在設(shè)備冷卻水側(cè)進(jìn)行換水工作，降低排入廠用水系統(tǒng)熱負(fù)荷，進(jìn)一步降低對(duì)SEC自循環(huán)水體初始水溫的要求。

其他條件按照上述條件，增加設(shè)備冷卻水系統(tǒng)側(cè)的換水，換水量按20 m3/h（現(xiàn)場(chǎng)換水量受限）計(jì)算。

按如上輸入條件進(jìn)行計(jì)算，最大允許初始水溫為19.7℃時(shí)，僅提高了0.2℃的初始水溫要求。主要是設(shè)備冷卻水側(cè)換水流量有限，僅為20 m3/h，換熱能力有限，故而對(duì)自循環(huán)水體降低水溫要求的貢獻(xiàn)不大，建議忽略不計(jì)。

綜上所述，冷試實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)廠用水系統(tǒng)自循環(huán)系統(tǒng)水溫變化，主要結(jié)論如下。

（1）初始水溫不大于3.2℃，直接冷試，無(wú)須補(bǔ)水措施。

（2）初始水溫不大于19.5℃，需要采取450 m3/h換水臨措，支持除7—9月份之外的時(shí)間進(jìn)行冷試。

（3）初始溫度大于19.5℃，特別是7—9月存在高溫情況，需要進(jìn)一步分析計(jì)算，主要建議項(xiàng)為增加補(bǔ)水量，重點(diǎn)核實(shí)熱負(fù)荷，分段進(jìn)行重點(diǎn)熱負(fù)荷改造等。

此方案需要利用臨時(shí)用海使用臨措供水泵進(jìn)行補(bǔ)水，這是實(shí)現(xiàn)廠用水系統(tǒng)自循環(huán)方案落地的重要條件之一。當(dāng)自然水體水溫過(guò)高，需要采用換水措施時(shí)，臨措供水泵需要持續(xù)供水。根據(jù)水溫不同，持續(xù)時(shí)間不同。

3 結(jié)論

通過(guò)本文的研究表明，在海工不可用的情況下，在初始溫度小于19.5℃時(shí)采取上述臨措能夠保證冷試的實(shí)施。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，其余壓水堆核電機(jī)組冷試符合比較相近，根據(jù)機(jī)組布置的不同進(jìn)行具體分析。本文中的冷源自然循環(huán)下壓水堆核電廠冷試，對(duì)壓水堆核電調(diào)試起到啟示作用。

本文中的計(jì)算存在一定的不嚴(yán)謹(jǐn)，熱負(fù)荷假設(shè)偏大，對(duì)臨措有一定的影響，建議根據(jù)具體廠址布置和設(shè)備熱負(fù)荷進(jìn)行實(shí)際計(jì)算，用以更大程度地支持核電調(diào)試進(jìn)行，減少外界因素對(duì)調(diào)試主關(guān)鍵路徑的影響。