EPR堆型核电站核岛建造特点浅析

[摘要] EPR是法国法玛通公司与德国西门子公司联合开发的第三代压水堆核电站，采纳了最新投入运行的N4和Konvoi反应堆所应用的新技术。EPR作为迄今为止设计和技术最为先进的新一代压水堆之一，将有可能成为中国第三代核电站自主化和国产化示范工程。本文通过与AREVA-NP公司技术交流和相关的技术资料，浅析了EPR堆型核岛设计、厂房布置和安装的主要特点以及AREVA采用的IMS系统结构，希望与同行一起共同探讨、学习。 Abstract: EPR is the third generation of pressurized water reactor power plant developed jointly by Framatome, France and Siemens, Germany. It adopts new techniques applied in N4 and Konvoi Reactor recently put into service. As one of the most advanced generation of pressurized water reactors in engineering and technology so far, EPR will likely become a demonstration project of China’s 3rd generation nuclear power plant in self-reliance and localization. This article briefly analyses the main characteristics of Nuclear Island’s design, building arrangement and installation through technical communication with AREVA-NP Company and related technical data, along with IMS system structure adopted by AREVA. We hope to discuss and study together with persons of the same industry. 1 EPR核电站简介 　　EPR 是法马通和西门子公司联合开发的第三代压水堆核电站。法国电力公司和德国各主要电力公司参加了项目的设计，法德两核安全当局协调了EPR的核安全标准，统一了技术规范。在设计上，EPR经历了如图所示的改进过程，保持了压水堆技术的延续性，采纳了法德两国最新投入运行的N4和Konvoi反应堆所应用的新技术，并采用独立的机组、4个环路、4个独立的安全通道、双壁安全壳和数字化仪控的主控室布置及人机界面，其单台发电能力为160万千瓦级，是目前国际上最先进的核电站之一，现已在芬兰奥尔基洛托动工兴建。与传统的压水堆型相比，它达到了法国核安全局对未来压水堆核电站提出的核安全标准，并提高了核电的经济竞争力，EPR的发电成本将比N4系列低10％。 　　随着社会和经济的迅速发展，为符合不断增长的能源需求和能源结构调整的需要，我国决定促进核电事业的发展和推进中国核电自主化的进程。EPR作为迄今为止设计和技术最为先进的新一代压水堆堆型之一，将有可能成为中国第三代核电站最初的自主化和国产化示范工程。通过对国外转让技术的吸收和掌握，自主化和国产化的目标必将逐渐得以实现，从而进一步增强我国自主设计、建造和运行核电站的能力。 2 EPR核电站核岛建造特点分析 　　2.1 设计特点 　　与核岛施工相关的设计特点如下：保持压水堆技术的延续性，并在N4和Konvoi基础上的改进型设计；独立机组；一次侧采用四个环路;四个独立的机械和电气安全系统，在实体的布置上，采用实体隔离理念；反应堆厂房、四个安全厂房和核燃料厂房设计在同一筏基上（如图1所示）；反应堆厂房、2号和3号安全厂房、核燃料厂房采用掩体设计技术；反应堆厂房安全壳采用双层带有金属衬里设计；燃料棒采用17X17正方形排列，241个核燃料组件和89根控制棒的堆芯设计；主蒸汽阀和给水阀站采用两两分离设计；应急柴油发电机、重要厂房用水采用实体隔离设计；采用墙体处理技术，取消了现场预制储罐；吸收和应用了先进的模块化施工理念;设计过程中应用了3D技术，并将3D模型应用到现场施工管理；文件系统采用KKS编码；仪控系统采用DCS设计；设计寿命60年。 　　2.2 核岛厂房布置特点 　　核岛组成:核岛厂房由反应堆厂房、四个安全厂房、核辅助厂房、核燃料厂房、废物厂房、两个柴油机厂房和进出厂房组成，如图1所示。 　　主要厂房的特点： 　　反应堆厂房 　　反应堆厂房周围是核燃料厂房和四个安全厂房如下图所示，它采用双层安全壳，内层为直径46.8米的带有金属衬里预应力混凝土壳，壁厚1.3米、高度57.5米；外层为钢筋混凝土，壁厚1.3米（辅助厂房屋顶以上部分为2.0米）；内外之间为环行空间，相距1.80米；在筒身上设有设备和应急人员闸门。在反应堆厂房内部设有换料水贮存池；环路之间和每个环路的热段和冷段之间设有钢筋混凝土墙保护；环吊设于38.60米处，四台蒸发器分布在反应堆压力容器周围，如图2所示。 　　安全厂房 　　1号与4号安全厂房、2号与3号安全厂房大致具有对称性;1号和4号安全厂房采用实体隔离设计，分布于反应堆厂房的两侧；2号和3号安全厂房的内部构筑物和外墙是分离的，在2号和3号安全厂房内均设有主控制室和远距离停堆站；所有与安全有关的系统都设计成四重冗余分布于四个安全厂房中。如1号和4号安全厂房分布安注系统。安全相关的电气、仪控等系统主要分布于2号和3号安全厂房等等。 　　核燃料厂房 　　核燃料厂房与反应堆厂房、四个安全厂房位于同一个筏基上，内厂房构筑物和外面保护墙是分离的。厂房内涉及的主要系统有燃料水池冷却系统、硼化系统、化容系统等等。 　　核辅助厂房 　　核辅助厂房设在核燃料厂房、放射性废物厂房和4号安全厂房之间，厂房内设有维修区域和非放射性区域。该厂房涉及的主要系统有硼回收系统（冷却剂和除盐水贮存、冷却剂处理和冷却剂净化）、燃料水池处理系统、气体废物处理系统、蒸发器排污系统的部分、核辅助厂房通风和运行冷冻水系统等。 　　柴油机厂房 　　柴油机发电机厂房位于1号和4号安全厂房的外侧；应急柴油机厂房装有四台应急柴油发电机和两台全厂断电柴油发电机组以及柴油贮罐和相关的电气、仪控、通风等设备。 　　2.3 核岛安装特点分析 　　2.3.1 EPR与M310 对比 　　计划方面(以EPR工期54月为参考) 项目 EPR M310 工程量（见下述） 840万点 　581万点 计 划 及 工 期 预制开始 FCD +7.5 FCD +16 安装开始 FCD +14.5 FCD +20 安装工期 24 27.5 调试开始 ESD +9.5 ESD +21 安装与调试搭接 14.5 6.5 调试工期 25 21.5 冷试 FCD+38.5 FCD+47.5 热试 间隔4.5个月（1个月） 5个月 　　注：FCD：第一罐混凝土 ESD：安装开工日 　　工程量 　　依据EPR堆型核岛安装的工程量，参照岭澳一期M310堆型《进度计算指示书》的计算规则，EPR项目工程量的总点值为840万点，相当于岭澳一期工程量的1.4倍（均不含EM2工作包）。 　　工期方面 　　主要的施工工艺对比 项目 EPR M310 主设备垂直支撑 提前引入 正常引入 主设备吊装 液压提升装置实现空中翻转 翻转支架实现地面翻转 主设备引入 无外部龙门吊，吊装采用特殊液压提升装置 有外部龙门架和吊装小车 环吊安装 环吊轨道梁地面组装，整体吊装 轨道梁分6段吊装，岛内组对 堆内构件安装 技术改进 （2次） 主管道焊接 窄间隙自动焊（GTAW） 手工焊 大管弯管 中频弯管技术 无 设计 三维技术（PDMS） 二维设计（AUTOCAD） 测量 3D激光数字定位测量 常规测量 仪控 DCS系统 常规逻辑控制 堆芯测量仪表 顶部安装 底部安装 调试 调试提前，安装与调试搭接期长 安装与调试搭接期较短 　　2.3.1 主要安装特点 　　环吊 　　根据阿海珐所提供的资料显示，EM1环吊安装与岭澳相比施工工艺有较大的改进。如环吊轨道梁地面组装和环吊轨道梁的整体吊装就位。另外，为吊装大型设备在环吊梁上加装一套特殊的液压提升装置，作为重型设备翻转、就位的吊装装置，完成重型设备的吊装工作。 　　主设备 　　主设备介绍 　　EPR主设备包括:一台反应堆压力容器、四台蒸汽发生器、四台主泵、一台稳压器以及相互之间连接的主管道。（见图3） 　　反应堆压力容器: 重409t，长11m，直径Φ6m，环形锻件，无纵向焊缝，活性区无焊缝。堆芯采用燃料棒17X17正方形排列，有241个核燃料组件和89根控制棒。 　　反应堆压力容器是一个能维持控制核裂变的反应装置，其容纳反应堆堆芯、堆内构件、控制棒以及与堆芯直接相关的其它部件。一回路的冷却剂通过反应堆容器的四个入口和出口，将堆芯核裂变产生的热量输送至蒸汽发生器。 　　压力容器、蒸汽发生器和主泵由主管道连接，形成一个封闭的环路。压力容器位于四个环路的中心部位，由浇铸在混凝土中的支撑环支撑。通过水平和径向滑动垫块来调整压力容器的标高与方位。（见图4）

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