核電廠應急指揮中心設備抗震加固實踐

白志強，徐春松

(海南核電有限公司，海南 昌江 572733)

福島核事故后，國家核安全局進一步明確了核電廠應急指揮中心可居留性及功能的技術要求，在2012年發布的《福島核事故后核電廠改進行動通用技術要求(試行)》中，提出：“應急控制中心按廠址所在地區地震基本烈度提高一度進行抗震設計，并按照設計基準地震動SL2(相當的地面加速度)進行校核”[1]。但考慮地震情況下應急指揮中心功能的正常使用，在場內應急計劃批復文件中提出：“統籌加強應急指揮中心內應急相關重要設施設備抗震能力，進行適當加固處理，滿足SL-2校核要求”的要求。基于此，海南昌江核電廠開展了應急指揮中心重要系統設備的抗震分析和加固處理。

1 抗震加固范圍的確定

海南昌江核電廠應急指揮中心為地上三層建筑，與運行支持中心合建。按照國家相關法規標準要求，應急指揮中心是核電廠在應急情況下進行統一指揮和協調工作的場所，其主要功能是為核電廠應急響應期間的應急響應活動提供指揮場地和應急響應期間的生活保障[2]，應急指揮中心應具備的應急響應基本功能和主要支持功能如表1所示。

海南昌江核電廠應急指揮中心設施功能及主體設施抗震在設計建造階段已考慮，并通過了核安全監管部門認可。因此本次改造不涉及上述基本功能的改變，僅針對保障相關功能的重要系統設備，具體分析見表2。

表1 應急指揮中心的應急響應功能

表2 應急指揮中心功能保障相關重要系統設備

分析表明，昌江核電廠應急指揮中心內需要進行抗震加固的重要系統設備包括計算機系統服務器及機柜、蓄電池組、配電柜、通風空調機組、碘吸附裝置、冷水機組、通風管道、生活水箱等，該結論符合《核動力廠場內應急設施設計準則》[3]中相關要求：“應急控制中心內與可居留性及可用性相關的設備應滿足地震條件下的可用性，滿足抗震要求的設備至少應包括應急柴油機、UPS主機、通風空調機組、數據服務器、應急水箱和水泵” 。此外，基于安全等因素考慮，應對應急指揮中心內的文件柜、物資儲存貨架等采取防傾倒加固措施。

2 抗震加固設計

海南昌江核電廠應急指揮中心廠址的建筑抗震設防烈度為6度(0.05g)，結構設計按照該地區抗震設防烈度增加一度即：7度(0.10g)。極限安全地震動SL-2的最大水平加速度為0.15g，最大豎向加速度取最大水平加速度的2/3，為0.10g。所以，本次重要系統設備的彈性設計按最大水平加速度取值0.15g進行分析計算。

考慮應急指揮中心主體設施及內部系統設備已建成投用，需加固設備非抗震型設備，因此昌江核電廠在本次抗震設計中，針對計算機系統服務器及機柜、配電柜、通風空調機組、碘吸附裝置、冷水機組、通風管道等可能因地震導致其內部構件損壞而不可用或墜落的設備，均通過安裝避震器等減震裝置以使設備滿足抗震要求。該方法在電氣設備減震中得到應用[4]，國內有關單位也開展了關于核電廠應急指揮中心隔震設計的研究，證明可以提高相應的抗震裕量[5]。針對蓄電池組，因其地震基本不影響其可用性，因此僅采取了防傾倒措施。昌江核電廠生活水箱為不銹鋼組合式生活水箱，經委托設計單位分析計算，表明水箱本體在地震情況下所承受載荷(自重、水壓及地震載荷)作用下不滿足RCC-M規范的相關要求，因此計劃后續通過增加外部應急補水接口的方式，實現地震情況下EM樓的生活用水保障。

昌江核電廠應急指揮中心重要系統設備減震裝置安裝位置示例如圖1所示:

圖1 減震裝置安裝示例Fig.1 Installation of shock absorption equipment

減震裝置示例如圖2所示。

圖2 減震裝置示例Fig.2 An example of shock absorption equipment

依據《建筑抗震設計規范》 (GB 50011—2010)[6]第13章中建筑非結構構件(建筑附屬機電設備)的基本抗震措施進行分析計算。水平地震作用標準值按下列公式計算：

F=γηζ1ζ2αmaxG

式中：F——沿最不利方向施加于非結構構件重心處的水平地震作用標準值；

γ——非結構構件功能系數;

η——非結構構件類別系數;

ζ1——狀態系數;

ζ2——位置系數，建筑的頂點宜取2.0，底部宜取1.0，沿高度線性分布;

αmax——地震影響系數最大值；

G——非結構構件的重力，應包括運行時有關的人員、容器和管道中的介質及儲物柜中物品的重力。

基于水平地震作用標準值，結合設備尺寸及重力參數，驗算減震設備承受張力和剪力、掣震裝置固定螺栓承受張力和剪力均在允許值范圍內，驗算錨固螺栓相互影響值小于1，最終計算確定減震裝置型號及數量。

不同系統設備安裝減震裝置的分析計算過程一致，此處僅以昌江核電廠應急指揮中心通風系統部分設備最終減震效率計算結果為例，詳見表3。

表3 應急指揮中心通風設備減震效率計算

計算結果表明，通過安裝減震裝置，可以有效減緩地震動向設備的傳導，從而使設備滿足抗震要求。

為確保加固分析方法正確，加固方案可行，避免對設施及設備造成不可恢復的損傷，加固方案通過了外部專家審查認可及應急指揮中心原設計單位的認可。同時，加固方案設計時也結合現場實際充分考慮了加固工程可實施性，如施工空間及時間、設備位移等因素。

3 抗震加固實施

3.1 施工方案準備

施工前需編制具體可行的施工方案，方案編制過程中需考慮工期、施工順序、設備防護等因素。對于空調機組、配電柜等需要有一定位移的系統設備，在施工時對整個系統的正常不間斷運行有較大的影響，在施工方案中明確相應的備用措施。對于原設計考慮冗余的設備(如空調機組)可以錯時分開施工。考慮到核電廠已有機組處于運行階段，不能排除抗震加固施工期間可能存在的核應急風險，因此施工方案制定時應考慮盡量不影響應急指揮中心整體功能可用。

3.2 施工條件確認

施工開始前，需對如下條件進行確認：

1)施工人員參加電廠的基本安全授權培訓并考核合格，相關專業技術人員資格證書有效；

2)施工人員勞保防護用品齊全；

3)材料運抵現場，開箱檢查外觀、數量合格，材料質量證明完整有效；

4)材料安裝所需工器具已準備齊全且合格證書有效，材料加工臨時場地標識清晰，臨時用水、用電手續齊全且檢驗合格；

5)確認現場條件與施工圖紙一致，符合施工條件。完成施工設計方案、施工方案編制并通過審核批準，完成質量計劃編制并通過審核。

6)在施工過程中，如遇到現場條件與施工方案不一致的情況，應按流程完成設計方案或施工方案調整后，方可重新開始施工。

3.3 安全與質量監督

應急指揮中心重要系統設備抗震加固施工涉及多種機電設備，且施工過程中涉及焊接、切割、高空作業等，施工前除嚴格履行電廠相關開工審批流程、確認施工條件外，對施工過程中產生的灰塵、焊接火花、積水及噪音等應采取針對性的防護措施。施工單位需安排專職安全員及質量管理人員，嚴格執行項目施工質量安全計劃。核電廠需成立項目組，項目組成員參與進場材料、半成品、構件的檢驗工作，參與對施工人員技術交底，參加隱蔽工程驗收和技術復核等工作，定期開展現場質量巡檢及安全監督，嚴格保證按施工方案中的圖紙及施工步驟等完成施工內容。此外，在施工過程中如可能會產生應急指揮中心重要功能系統設備不可用的情況(如網絡通信傳輸中斷、正常電源和應急電源都不可用等)，需提前向核安全監管單位備案。

3.4 施工驗收

根據質量安全計劃，重要部位和工藝施工時由專業工程師全程監督施工質量，對各施工步驟實行分步驗收。通風管道及通信系統施工部分區域由于施工完成后會覆蓋施工減震器，質量控制時應留有相應影像照片，并附隱蔽工程驗收記錄表。項目整體竣工后，海南昌江核電廠按照公司內部管理制度，組織相關專業人員對項目進行了內部驗收。2017年9月，國家核安全局在海南昌江組織召開了海南昌江核電廠應急指揮中心重要系統設備抗震加固現場評審會，環境保護部華南核與輻射安全監督站、核與輻射安全中心以及國內部分核電廠的專家和代表參加了會議。通過資料審查及現場查勘，專家認同項目內部驗收結論。項目竣工驗收完成后，核電廠歸檔項目相關資料，并編制項目專項報告提交國家核安全局，完成最終審查流程。

4 結論

從核電廠應急指揮中心功能保障需求角度分析，為保證地震情況下應急指揮中心數據傳輸可靠性和通訊有效性、保證人員可居留性等，因此有必要對其內部電氣、通風、通訊等系統設備實施抗震加固措施，并使其基本滿足抗震功能要求。在抗震加固設計過程中，考慮到應急指揮中心主體設施及其內部系統設備已建成投用，可通過安裝減震裝置，使其達到預防設計地震動目的，該方法通過計算分析證明是可行的。為確保抗震加固項目的順利實施，建議：1)抗震加固設計方案編制過程中需重點關注方案可行性，方案需通過原設計單位等部門的認可，需確保現場實際符合施工條件。2)抗震加固施工過程中，需保持應急指揮中心功能可用，需做好施工過程安全質量保障，確保達到預期效果。3)項目施工完成后需注意跟蹤確認驗收記錄、流程的完整，以滿足國家核安全監管要求。4)對應急指揮中心重要系統設備進行抗震加固主要是為滿足其在地震情況下的可用性，如經分析確認無法通過有效的抗震加固措施來滿足該需求，通過采取其他冗余手段來保障系統設備功能的實現也是可行的。