核電站布置結構的製作方法
2023-07-09 08:26:26
專利名稱：核電站布置結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種核電站布置結構。
背景技術：
隨著核能技術的發展，核電的應用越來越廣泛。為了保證核電的安全，通常從縱深防禦概念出發，採取多種措施，縱深防禦指的是考慮到技術以及組織管理上的失效而設立的多層次防禦體系。縱深防禦原則是一種貫穿於核電站整個壽期(包括退役在內)各個階段的各項生產活動的安全設計思想，各層防禦都必須有效，並且每一層次都必須作為最後一道屏障來考慮。核電站設計中必須意識到縱深防禦的各個層次都可能受到考驗，因此必須提供措施以保證其安全目的的實現。AP1000是第三代核電技術，採用二環路的壓水型反應堆，它採用非能動安全設施以及簡化的電廠設計，從而使核電廠具有良好的可造性、可運行性和可維護性。非能動安全系統是利用日常生活中幾乎每天碰到的自然循環、重力和壓縮氣體膨脹等物理現象和原理，來實現堆芯冷卻和安全殼的熱量排出，極大地簡化了系統，還使操作員的寬限時間增加到72h，是一種創新型的設計。如圖1所示，現有技術的AP1000核電技術中，核電站的布置結構主要包括核島10、 與核島10緊鄰的常規島11和常規島11中的防甩擊框架12。其中，核島10是核電站安全殼內的核反應堆及與反應堆有關的各個系統的統稱主要包括核蒸汽供應系統、安全殼噴淋系統和輔助系統等。常規島11是核電站中汽輪發電機組及其配套設施及其所在廠房的總稱，其主要功能是將核島10產生蒸汽的熱能轉換成汽輪機的機械能，再通過發電機轉變成電能。防甩擊框架12中布置有核島10向常規島11的過渡段，包括一些非核級的設備、 管道等。由於主蒸汽管、主給水管等高能管道需要從核島10通向常規島11，其上難免設置有彎頭和管道安裝連接焊縫等，主蒸汽管、主給水管等高能管道的破管(如在SSE地震、龍捲風等極端情況下)會產生甩管和噴射現象，具有較強的衝擊力和破壞力。防甩擊框架12 就是用來抵禦高能管道破管所產生的甩管和噴射作用。此外，防甩擊框架12中還布置有核島10至常規島11的各種其他管道、電纜和設備等，在其中核級的管道設備通過安裝連接接頭在過渡段中過渡為非核級的管道、電纜和設備。但是現有技術的這種布置結構有以下缺點防甩擊框架12布置在常規島11內，僅僅起到抵禦高能管道破管產生的甩管和噴射的作用，常規島11汽機房內其它非核級管道設備的布置必須避開該防甩框架12，從而大大影響了常規島11汽機房的布置；防甩擊框架12雖然布置在常規島11內，但其結構自成體系，在平面布置上沿常規島11縱、橫方向均分開，從而導致常規島11主廠房汽機房結構平面布置呈凹凸型，不規則布置將對常規島11汽機房結構整體剛度產生不利影響；特別是對於AP1000核電技術的高能管道布置更加分散，採用防甩擊框架12的範圍要求更大，常規島11的主廠房結構布置將更加不規則，由此造成的常規島11主廠房的結構布置不合理，結構構件的截面更大，含鋼率更高，工程的結構造價更高；在評估常規島11對核島10的影響時，整個常規島11是一體的，進行SSE地震工況下主體結構變形驗算計算工作量繁重複雜。特別對於類似AP1000核電技術的、沒有參考工程的新核電站的常規島11主廠房結構，其常規島11汽機房布置將隨著設計進程需不斷調整完善。由於防甩擊結構12位於常規島11主廠房之內，每一次常規島11主廠房布置的調整都將對包括防甩擊結構12在內的整個常規島11主廠房結構進行一次對核島10的影響的安全評估，其工作量非常繁重，更主要的是將對整個核電工程設計進度造成影響；評估常規島11對核島10的影響時，包括防甩擊框架12在內的常規島11主廠房主體結構體量巨大，平面布置不規則，其計算結果的影響因素非常多，為了保證工程安全可靠，應對整個結構的計算均採用保守的計算手段即考慮所有的影響因素來完成整個常規島 11主廠房主體結構設計，從而造成核電站的常規島11主廠房結構的工程造價較高；由於防甩擊框架12的容積有限，在核電站一些過渡段中的非核級設備也不得不布置在核島10的廠房內，使核島10的廠房體積較大，而核島10的廠房單位結構造價遠高於常規島11的結構單位造價，從而增加了整個核電工程的造價。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種核電站布置結構，解決防甩擊框架對常規島的影響所導致的常規島結構布置不合理、工程造價高、布置調整後的安全評估工作量過大的問題。為解決上述技術問題，本發明提供了一種核電站布置結構，包括核島和常規島，還包括位於所述核島和常規島之間的第一跨結構，所述核島和常規島之間的過渡段中的設備和管道布置在所述第一跨結構中，所述第一跨結構採用鋼筋混凝土框架剪力牆結構。可選地，所述過渡段中的管道包括主蒸汽管，在所述第一跨結構中，所述主蒸汽管外依次設置有耗能裝置、混凝土牆和柱子。可選地，在所述第一跨結構中，在所述柱子外側還設置有剪力牆，所述剪力牆的高度小於所述柱子的高度，所述剪力牆的延伸方向垂直於所述混凝土牆的延伸方向。可選地，所述過渡段中的管道包括主給水管，在所述第一跨結構中，所述主給水管周圍設置有剪力牆，其噴射作用區域範圍內的樓板的厚度大於等於250mm。可選地，所述過渡段中的設備包括事故狀態下有放射性的設備和無放射性的設備，所述第一跨結構劃分為多個區間，其中設置有事故狀態下有放射性的設備的區間的樓板厚度大於設置有事故狀態下無放射性的設備的區間的樓板厚度。可選地，所述設置有所述事故狀態下有放射性的設備的區間外圍設置有厚度大於等於600mm的屏蔽牆，所述屏蔽牆由混凝土砌塊砌成。可選地，所述設置有所述事故狀態下有放射性的設備的區間的樓板厚度大於等於 450mm，所述設置有事故狀態下無放射性的設備的區間的樓板厚度大於等於410mm且小於 450mmo可選地，所述第一跨結構為多層結構。可選地，所述第一跨結構位於地上、地下或部分位於地上，部分位於地下。
與現有技術相比，本發明具有以下優點本發明實施例的核電站布置結構中，將核島至常規島之間的過渡段布置在第一跨結構中，所述第一跨結構是核島和常規島之間的獨立結構，其中容納有過渡段中的設備和管道。通過採用第一跨結構，可以將現有技術中常規島內的防甩擊框架取消，將核島和常規島之間的過渡段從常規島內完全獨立出來並放置在第一跨結構中，可以使常規島的主體結構的布置更加規則和合理，有利於降低工程造價，而且使得評估常規島對核島的影響時的工作量大大下降。進一步的，在第一跨結構中，主蒸汽管外依次設置有耗能裝置、混凝土牆和柱子， 來承受主蒸汽管破管產生的甩擊力；而且在柱子外側還可以設置有剪力牆，剪力牆的高度小於柱子的高度，剪力牆的延伸方向垂直於混凝土牆的延伸方向，從而可以降低柱子的計算高度，提高柱子的抗主蒸汽管甩擊能力。另外，在第一跨結構中，還在主給水管周圍設置有剪力牆，並增大了在主給水管噴射作用範圍內的樓板的厚度，以此來承受主給水管的噴射力。此外，第一跨結構中包含多個區間，每個區間的混凝土牆和樓板可以具有不同的厚度，其具體厚度可以根據設置在其中的管道和設備類型來確定。在本實施例中，設置有事故狀態下有放射性的設備的區間周圍設置有厚度大於等於600mm的屏蔽牆，其樓板厚度大於等於450mm，從而有利於將潛在的放射性物質約束在該區間內，避免其擴散影響周圍的其他區間。
圖1是現有技術的一種核電站布置結構的平面結構示意圖；圖2是本發明實施例的核電站布置結構的平面結構示意圖；圖3是本發明實施例的第一跨結構中-0. (Mm層的部分平面結構圖；圖4是本發明實施例的第一跨結構中-10. 29m層的部分平面結構圖；圖5是本發明實施例的第一跨結構中5. 層的部分平面結構圖；圖6是本發明實施例的第一跨結構中-0. (Mm層的另一部分平面結構圖；圖7是本發明實施例的第一跨結構中5. 層的另一部分平面結構圖；圖8是本發明實施例的第一跨結構中10. 709m層的部分平面結構圖。
具體實施例方式現有技術中，核島至常規島的過渡段往往是設置在常規島內防甩擊框架中的，會對常規島的布置產生影響，使得常規島的布置結構不規則、剛度較差，增大了常規島的面積、提高了工程造價，而且在評估常規島對核島的影響時，需要將防甩擊框架計算在內，使得計算量非常大。本發明實施例的核電站布置結構中，將核島至常規島之間的過渡段布置在第一跨結構中，所述第一跨結構是核島和常規島之間的獨立結構，其中容納有過渡段中的設備和管道。通過採用第一跨結構，可以將現有技術中常規島內的防甩擊框架取消，將核島和常規島之間的過渡段從常規島內完全獨立出來並放置在第一跨結構中，可以使常規島的主體結構的布置更加規則和合理，有利於降低工程造價，而且使得評估常規島對核島的影響時的工作量大大下降。進一步的，在第一跨結構中，主蒸汽管外依次設置有耗能裝置、混凝土牆和柱子， 來承受主蒸汽管破管產生的甩擊力；而且在柱子外側還可以設置有剪力牆，剪力牆的高度小於柱子的高度，剪力牆的延伸方向垂直於混凝土牆的延伸方向，從而可以降低柱子的計算高度，提高柱子的抗主蒸汽管甩擊能力另外，在第一跨結構中，還在主給水管周圍設置有剪力牆，並增大了在主給水管噴射作用範圍內的樓板的厚度，以此來承受主給水管的噴射力。此外，第一跨結構中包含多個區間，每個區間的混凝土牆和樓板可以具有不同的厚度，其具體厚度可以根據設置在其中的管道和設備類型來確定。在本實施例中，設置有事故狀態下有放射性的設備的區間周圍設置有厚度大於等於600mm的屏蔽牆，其樓板厚度大於等於450mm，從而有利於將潛在的放射性物質約束在該區間內，避免其擴散影響周圍的其他區間。下面結合具體實施例和附圖對本發明作進一步說明，但不應以此限制本發明的保護範圍。圖2示出了本實施例的核電站布置結構的整體平面結構示意圖，包括核島20、常規島21和第一跨結構22，其中第一跨結構22位於核島20和常規島21之間，第一跨結構 22中布置有核島20和常規島21之間的過渡段中的設備和管道，如主蒸汽管、主給水管、電纜、CCS熱交換器、BDS熱交換器、CCS泵、BDS EDI模塊、ICP變頻設備、BDS蒸汽發生器排汙熱交換器、BDS系統電離除鹽單元等等。本實施例中，第一跨結構22是獨立於核島20和常規島21之外的建築物，主要採用鋼筋混凝土框架剪力牆結構，並進行了相關的結構布置和抗震設計、抗龍捲風設計。此外，第一跨結構22可以是多層結構，每一層可以劃分為多個區間，用於設置相應的設備、管道等。第一跨結構22中的各層可以位於地上、地下或者部分層位於地上部分層位於地下。通過第一跨結構22的布置，將核島20和常規島21完全隔離開來，既對核島20起到保護作用，也對常規島21起到保護作用。對於AP1000核電技術，其核島20中的部分非核級的設備可以布置在第一跨結構22中，大大減小了造價較高的核島20的容積。同時在第一跨結構22中也可以既布置核島20中非核級設備及管道，又布置常規島21中的部分設備和管道以及二者之間的接口，增加了建築物容積的利用率，因而使得整個核電站主體結構的總容積減小，核島的容積減小，核電站的總造價降低。採用了第一跨結構22後，常規島21中的防甩擊框架被取消，使得常規島21的平面布置結構更加規則和合理。特別是對於AP1000核電技術，規則合理的常規島21的結構布置減小了結構構件的界面，使得工程結構造價大大降低。本實施例中的第一跨結構22是一個完全獨立的結構，無需像現有技術的防甩擊框架布置一樣考慮常規島21的工藝布置以及交通走道，因此其結構布置較自由，使得結構布置和結構形式更加合理，從而降低結構工程的造價。由於第一跨結構22將核島20和常規島22兩個結構完全隔離開來，因而評估常規島21對核島20的影響時，只需要對第一跨結構22進行評估，同時常規島21的任何修改和調整均不影響核島20的結構，無需對第一跨結構22重新進行核電安全評估，因此第一跨結構22的引入，大大的減小了核電安全的評估範圍，減少了常規島21不斷優化調整而引起的評估次數，簡化了設計工作量，加快了整個核電工程設計的進度。核安全評估需要對結構在SSE地震、龍捲風等災害下進行彈塑性驗算，並對結構做嚴格、苛刻的評估，而通過引入第一跨結構22，大大減小了核安全評估的範圍，也減少了結構設計計算的影響因素，使得結構設計更加安全可靠，整個結構的計算更加精確，有利於進一步降低核電站常規島21主體結構的工程造價。另外，第一跨結構22可以採用鋼筋混凝土結構、鋼筋混凝土牆柱，並可以通過增強樓板的厚度來有效的屏蔽過渡段中具有微量放射性的設備和管道，從而能夠代替厚鋼板隔離結構，降低工程造價。圖3至圖8示出了本實施例的第一跨結構中各層的部分平面結構圖，下面結合圖 3至圖8進行詳細描述。需要說明的是，圖3至圖8中所標出的具體數值的單位為mm，雖然在圖中給出了具體數值，但是在其他具體實施例中，根據實際應用的需要，可以對所給出的具體數值進行調節，在此不應看作是對保護範圍的限定。此外，在圖3至圖8的左側具有帶圓圈的標號，如Τ. A、T. B、T. C、T. D、Τ. Ε、T. F，其中相同的標號表示水平面內沿橫向方向的同一參考線，圖3至圖8的下側具有帶圓圈的標號，如T. 0、T. 1，其中相同的標號表示水平面內沿縱向方向的同一參考線。參考圖3，圖3為第一跨結構中-0.0 !層(本文中負號表示地下，正號表示地上) 的部分平面結構，第一跨結構中設置有主蒸汽管30，主蒸汽管30外依次設置有耗能裝置 31、混凝土牆32和柱子33。考慮主蒸汽管30破管時產生的甩管和噴射作用，耗能裝置31 可以緩衝和吸收甩管時產生的破壞力，使得甩管的打擊動能減少，從而減少作用在混凝土牆32上的力。進一步的，通過在混凝土牆32外側設置柱子33，可以進一步抵擋破管時的甩擊力。此外，噴射力可以由常規島汽機房主體結構的牆體來承擔，這樣使作用力由兩種結構分開承擔，是結構都處於安全狀態，保證核島的安全。圖4示出了-10. 29m層的部分平面結構，同時結合圖3，柱子33的外側(即遠離混凝土牆32的一側)設置有剪力牆34，其高度小於柱子33的高度，其延伸方向垂直於混凝土牆32的延伸方向。換言之，剪力牆34頂住了柱子33的下半部分，有利於承受主蒸汽管30 破管產生的甩管作用，另一方面，還可以減小柱子33的計算長度。參考圖5，圖5是5. 299m層的部分平面結構，本實施例中的第一跨結構中還設置有過渡段中的主給水管(圖中未示出)，在主給水管周圍設置有剪力牆，而且在其噴射作用區域範圍內的樓板35的厚度大於等於250mm，以承受主給水管破管時的噴射作用。本實施例中第一跨結構劃分為多個區間，分別用於設置相應的管道和設備等，其中，設置有事故狀態下有放射性的設備的區間的樓板厚度大於設置有事故狀態下無放射性的設備的區間的樓板厚度。參考圖6至圖8，圖6是-0. (Mm層的平面結構，圖7是5. 299m 層的平面結構，圖8是10. 709m層的平面結構。其中，區間40中設置有事故狀態下有放射性的設備，如BDS蒸汽發生器排汙熱交換器、BDS系統電力除鹽單元等，由於在事故狀態下會有微量的放射性，為了將放射性物質屏蔽在區間40內，區間40的外圍設置有厚度大於等於600mm的屏蔽牆36，屏蔽牆36由混凝土砌塊砌成，而且區間40的樓板37的厚度大於等於450mm。而區間40以外的區間，即設置有事故狀態下無放射性的設備(如CCS熱交換器、 BDS熱交換器、CCS泵、ICP變頻設備等)的區間，其樓板厚度大於等於410mm，小於450mm。通過對不同的區間設置不同厚度的樓板和屏蔽牆，一方面能夠將事故狀態下的放射性物質屏蔽約束在較小的區間內，另一方面又有利於減小整個工程的造價。對於本實施例中的第一跨結構形式和布置特點，發明人採用了 Pushover分析方法進行了 SSE地震作用彈塑性變形驗算。Pushover與地震反應譜相結合，是一種結構非線性地震響應的簡化計算方法，能夠計算出結構從線彈性、屈服一直到極限倒塌狀態的內力、 變形、塑性鉸位置和轉角，找出結構的薄弱部位，甚至能夠得出比非線性時程分析更多的重要信息。通過Pushover分析，本實施例中經過優化調整的第一跨結構，能夠承受預定的地震烈度，保證了第一跨結構的安全可靠。此外，發明人還進行了龍捲風作用的分析。龍捲風對核電站產生的破壞作用主要有兩方面極高速風的衝擊作用；龍捲風中心通過時產生的突然氣壓降。結合第一跨結構通過國家核安全法推薦的龍捲風風速場數值模型和目前國際上流行的風速場數值模型，並對兩種數值模型進行了對比，給出風速場數值模型對應的氣壓場數值模型；再研究風速場和氣壓場對建築物的作用模式，得到計算節點風荷載時程的計算方法。根據廠址區域龍捲風的設計基準參數，結合風荷載體型係數的研究結果，計算得到常規島第一跨的龍捲風荷載。通過對龍捲風荷載作用的變形驗算，局部調整不滿足要求的構件，確保不對核島輔助、 附屬廠房產生影響。綜上，本實施例的第一跨結構可以解決核島和常規島汽機房主體結構之間設備、 管道、電纜橋架、暖通風管等機電工藝布置問題，為常規島的設備安全穩定運行提供良好工作環境，同時對於核島有形成了一個安全可靠的屏障，隔離常規島過渡段在極端條件下 (比如SSE地震、龍捲風、常規島設備破管等)，對核島及常規島主廠房產生的影響，為核電廠的安全穩定的運行提供保障。另外在第一跨的一些設備和管道中存在一些微量輻射物質，通過第一跨的結構布置也可以將這些微量輻射物質約束在一定區域中，防止其擴散影響周圍的環境。雖然本實施例中的第一跨結構是應用於AP1000核電技術的，但是該思想也可以推廣至其他核電技術中。本發明雖然以較佳實施例公開如上，但其並不是用來限定本發明，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，都可以做出可能的變動和修改，因此本發明的保護範圍應當以本發明權利要求所界定的範圍為準。
權利要求
1.一種核電站布置結構，包括核島和常規島，其特徵在於，還包括位於所述核島和常規島之間的第一跨結構，所述核島和常規島之間的過渡段中的設備和管道布置在所述第一跨結構中，所述第一跨結構採用鋼筋混凝土框架剪力牆結構。
2.根據權利要求1所述的核電站布置結構，其特徵在於，所述過渡段中的管道包括主蒸汽管，在所述第一跨結構中，所述主蒸汽管外依次設置有耗能裝置、混凝土牆和柱子。
3.根據權利要求2所述的核電站布置結構，其特徵在於，在所述第一跨結構中，在所述柱子外側還設置有剪力牆，所述剪力牆的高度小於所述柱子的高度，所述剪力牆的延伸方向垂直於所述混凝土牆的延伸方向。
4.根據權利要求1所述的核電站布置結構，其特徵在於，所述過渡段中的管道包括主給水管，在所述第一跨結構中，所述主給水管周圍設置有剪力牆，其噴射作用區域範圍內的樓板的厚度大於等於250mm。
5.根據權利要求1所述的核電站布置結構，其特徵在於，所述過渡段中的設備包括事故狀態下有放射性的設備和無放射性的設備，所述第一跨結構劃分為多個區間，其中設置有事故狀態下有放射性的設備的區間的樓板厚度大於設置有事故狀態下無放射性的設備的區間的樓板厚度。
6.根據權利要求5所述的核電站布置結構，其特徵在於，所述設置有所述事故狀態下有放射性的設備的區間外圍設置有厚度大於等於600mm的屏蔽牆，所述屏蔽牆由混凝土砌塊砌成。
7.根據權利要求5所述的核電站布置結構，其特徵在於，所述設置有所述事故狀態下有放射性的設備的區間的樓板厚度大於等於450mm，所述設置有事故狀態下無放射性的設備的區間的樓板厚度大於等於410mm且小於450mm。
8.根據權利要求1所述的核電站布置結構，其特徵在於，所述第一跨結構為多層結構。
9.根據權利要求1所述的核電站布置結構，其特徵在於，所述第一跨結構位於地上、地下或部分位於地上，部分位於地下。
全文摘要
本發明提供了一種核電站布置結構，包括核島和常規島，還包括位於核島和常規島之間的第一跨結構，所述核島和常規島之間的過渡段中的設備和管道布置在所述第一跨結構中。本發明降低整個核電站的工程造價，減少安全評估時的工作量。
文檔編號E04H5/02GK102287062SQ20111018734
公開日2011年12月21日 申請日期2011年7月5日 優先權日2011年7月5日
發明者周建章, 幹夢軍, 張建成, 徐勍, 林少波, 章駿華, 鄭兆平, 陳飛 申請人:中國電力工程顧問集團華東電力設計院