中國散裂中子源通用設施給排水設計概述

李建俊

(廣東省建筑設計研究院，廣東廣州 510010)

1 工程概況

中國散裂中子源(簡稱CSNS)是國家發改委立項的國家重大科技基礎設施建設項目之一，是開展前沿學科及高新技術研究的先進大型實驗平臺(見圖1)。CSNS用地位于廣東省東莞市大朗鎮水平村南，毗鄰松山湖科技產業園區，用地總面積267 622 m2。園區主要分為三大功能區:綜合配套區、CSNS主裝置區和輔助設備區。給排水系統設計根據應用范圍分為建安給排水系統和通用設施給排水系統:建安給排水系統主要是生活給排水及雨水排放系統的設計;通用設施給排水系統則是工藝循環水、純水制備、低放廢水及廢氣收集和排放系統的設計。

2 工藝循環冷卻水系統

CSNS擁有很多電力電子設備，需要消耗大量的電能，這部分能耗最終都將轉化為熱量。水冷系統的功能就是吸收這些設備所產生的熱量，同時也作為某些溫度變化敏感部件的恒溫調節手段，以保證CSNS設備的正常穩定運行。

圖1 中國散裂中子源

除了滿足工藝設備本身的水冷設計參數(流量、溫度、壓力、水質等)外，還需考慮下面的因素:降低某些用電設備的漏電流，即對水有一定的電絕緣要求;防止管道、閥門等腐蝕結垢和用水設備管路的堵塞;盡量減少水的感生活化，防止水中活化顆粒散發于大氣中?；谝陨弦蛩丶邦愃乒こ探涷?，水冷系統采用雙循環冷卻方式，即采用低電導率循環水作為傳熱介質與冷卻對象直接接觸，組成封閉式內循環回路(一次水)，帶走這些設備的熱功耗，并通過板式換熱器將熱量傳遞給外循環冷卻水(二次水)，因溫度精度要求較低，外循環回路采用冷水機組提供的冷水。最后，裝置散發的熱量經冷水機組的冷卻水系統冷卻塔散發于外界大氣中。

一次冷水系統的功能是為直線加速器、同步加速器、靶站等發熱設備提供冷卻用水，系統總體布局將按照冷卻對象的不同工藝要求(溫度、壓力、材質、水質等)、放射污染程度及地區分布，共設置18個獨立子系統分散就近布置，設于所需用水點附近的設備間內。一次水回路為封閉式機械循環回路，由水泵、板式換熱器、電加熱器及調功器(恒溫系統)、過濾器、離子交換柱、膨脹水箱、穩壓裝置、供回水干管及配水管，以及流量、溫度、壓力、液位、水質等監測儀表、相應的動力設施和控制系統等組成。在一次水回路設置旁流離子交換柱以維持一定的水質指標，部分水質要求較高的子系統，設有膜脫氣裝置。對于有放射污染的子系統則采用無泄漏的屏蔽泵。

一次冷水水質為去離子水，其水質指標如下:

電阻率:0.5 MΩ·cm～2 MΩ·cm(25℃)。

pH 值:6 ～7.5。

Fe3+，Fe2+:＜1 ppm。

Cu2+＜0.3 ppm。

一次水系統典型工藝原理見圖2。

圖2 一次水系統典型工藝原理圖

二次冷水系統的功能是為一次冷水系統、通風空調系統提供冷源，系統設備集中布置，設于冷凍站。二次冷水系統的主要設備有:水冷冷水機組、水泵、過濾器、定壓裝置，其中水冷冷水機組由循環水冷卻，主要設備為冷卻塔、循環水泵。二次水對于末端用水設備較少的系統，管路設計采用異程循環設計;對于末端用水設備較多、傳輸距離較長的系統，管路盡量按同程循環設計。

各部分單體建筑二次水由冷凍站集中供水，通過室外冷凍水管網，經綜合管溝敷設至各區設置的水冷泵房和各需直接采用冷凍水進行冷卻的用水設備。二次水設計供水溫度約14.5℃，回水溫度約22.5℃，溫差8℃左右。各單體建筑內二次水系統管路按照異程循環設計，各二次水支路末端設置靜態平衡閥及動態壓差平衡閥進行水力平衡。

CSNS主裝置工藝設備一次水系統設計冷負荷約14 757.9 kW(其中:一次水工藝設備各系統總設計負荷13 037.7 kW;一次水系統水泵功耗955.2 kW;電加熱器總設計功率為792.0 kW，取0.5的同時使用系數，負荷為396.0 kW)，二次水系統冷負荷約1 892.8 kW，總的工藝設備設計冷負荷為16 650.7 kW，總設計流量為 1 640.5 m3/h。

工藝設備冷凍水系統室外管網、入戶裝置及其附件由空調專業負責設計，接口至水冷泵房和單體建筑入口處，水冷泵房內部和單體建筑內的工藝設備管道則屬給排水專業設計范圍。

3 純水制備系統

純水制備的主要目的是提供工藝系統循環補充水(一次水補水)和其他實驗用水。純水制備設備集中設置在位于冷凍站的純水制備間內。純水制備間旁設置陰陽離子樹脂再生裝置及酸堿系統，安裝空間相對隔離，同時在建筑外側設埋地式中和池。純水供水主干管沿室外綜合管溝敷設，通過支管連接至各用水點。

純水制備系統的工藝由預處理系統、反滲透系統(前級脫鹽)、EDI系統及后處理系統共四部分組成，其中EDI系統具有降低能源消耗、出水水質穩定、運行費用低、操作管理方便及對環境無污染等優點。純水制備系統設計制水量5 m3/h，出水DO含量小于20 ppb，其余指標符合國標GB/T 11446.1-1997規定的EW-Ⅰ級水質標準。

4 低放廢水的收集及排放系統

CSNS工藝廢水中包括普通廢水和低放廢水(帶有低放射性的廢水)兩部分，其中普通工藝廢水視水質情況直接排放或經處理后排放，低放廢水需集中收集儲存進行自然衰減，經檢測后按國家相關標準規范要求排放。

根據CSNS主裝置區低放廢水排放點的分布共設置3個廢水集中儲存間:1)LRBT廢水儲存間:設置于LRBT隧道層，負責直線設備樓及隧道、LRBT設備樓及隧道帶放廢水的儲存;2)RCS廢水儲存間:設置于RCS環設備樓十字管廊層，負責RCS設備樓及隧道、RTBT設備樓及隧道帶放廢水的儲存;3)靶站廢水儲存間:設置于靶站地下室，與靶站系統的廢水儲存間合用，負責靶站譜儀低帶放廢水的儲存。

5 自動控制及監測

CSNS工藝循環冷卻水監控系統必須滿足水冷工藝要求，能夠長期連續穩定運行，有極高的可靠性和易維護性，具備在強電磁干擾和高輻照下的高精度測量控制，通體和分級監控管理的網絡通訊能力以及系統的先進性和可擴展性，并與裝置中央控制室聯網。

根據水冷設備總體布置，工藝循環冷卻水監控系統分為直線加速器、RCS環、冷凍站3個控制本地站。

水冷系統自控及監測的主要對象包括各水泵機組、流量調節閥、儲水箱、儲水罐、電加熱器、低放廢水集水井以及各管路系統。

6 結語

中國散裂中子源(CSNS)是國內在建和已建中最大的大科學裝置，機電設備管線較多，工藝復雜，通用設施給排水設計目前只能參考北京正負電子對撞機和上海光源等早期建成的大科學裝置，同時借鑒美國散裂中子源(SNS)和日本散裂中子源(J-PARC)的技術應用。在這里十分感謝中科院高能物理所各先進科技人員在技術方面提供的大力支持。

CSNS建成后將成為發展中國家擁有的第一座散裂中子源，同時也將躋身世界第四大脈沖散裂中子源，從而大幅提升我國生命、材料、納米等學科前沿基礎研究和高技術的水平，縮短與世界前沿技術的差距。

［1］中國散裂中子源(CSNS)總體布局及工藝要求［Z］.

［2］中國散裂中子源(CSNS)初步設計［Z］.2011.

［3］中國散裂中子源(CSNS)通用給排水施工圖［Z］.2013.

［4］中國科學院高能物理所CSNS項目組.CSNS通用設施及環境保護方案簡介［Z］.2009.

［5］武 一.中國大朗散裂中子源經濟影響評估［Z］.2011.