輔助蒸汽生產系統移動式模塊單元的創新設計

□杜 廣 許克鳳 紀立軍

一、輔助蒸汽生產系統容量的選型分析

鍋爐臺數和容量的選擇需遵循的原則，即當其中一臺鍋爐因故停用，其余鍋爐的總容量應能滿足以下工況的要求：維持工藝所需要的最小汽量；各工況蒸汽用戶使用量(見表1)；各用戶的輔助蒸汽用量需求。

通過輔助蒸汽用戶在各個工況下的用氣量分析，一臺機組冷啟，一臺機組冷停工況需要的用氣量最大，所需蒸汽量為93.24t/h。在此工況下，考慮用戶不同時用汽，可以錯峰使用，但必須保證主給水除氧器(35t/h)、汽機軸封系統(24t/h)、輔助給水系統除氧器(4.3t/h×2=8.6)以及熱水生產分配系統(5t/h)，同時在機組停機過程中核島三廢處理用汽為間斷性用汽，通過對運行電廠的調研，三廢系統的實際用量只有4.5t/h。輔助蒸汽系統的管網損失10%，電鍋爐的實際使用效率99.5%，蒸汽用戶的用汽總量約為85.3t/h。鍋爐凈容量需選用2×45t/h的鍋爐。

由于核電機組的冷啟具有可操控性，鍋爐容量的計算可不考慮一臺機組冷啟一臺機組冷停同時發生的工況，現只需考慮首臺機組啟動時各用戶蒸汽的需求量，首臺機組啟動時核島三廢處理系統不用汽，輔助給水汽動泵調試不同時使用蒸汽，輔助蒸汽系統的管網損失約10%，同時輔助電鍋爐的使用效率為99.5%，首臺機組啟動的用汽量為53.8×1.1/0.995=59.48t/h，因此可以考慮鍋爐的凈出力取為2×33t/h容量的鍋爐；同時考慮輔助電鍋爐給水加熱和除氧器自用14t/h蒸汽，兩臺鍋爐必須提供80t/h的蒸汽流量。

通過上述分析，當一臺核電機組未投入運行時另一臺機組的啟動輔助蒸汽由輔助鍋爐房提供，當一臺核電機組運行時，另一臺機組啟動時所需的輔助蒸汽由投入運行機組的主蒸汽提供，所以輔助鍋爐房鍋爐容量的計算可只考慮首臺機組啟動時所需的最大用氣量，根據鍋爐設備廠家調研分析，鍋爐容量型號單臺容量可調節為20～50t/h；只要選擇的容量在此范圍內都可以選擇同一型號的鍋爐。通過對華龍一號堆型各項目的用氣量分析，輔助鍋爐房采用兩臺容量為50t/h的鍋爐進行標準化設計，可滿足各項目廠址用戶的用氣需求。

二、國內核電站鍋爐房創新設計的發展趨勢

目前隨著電極鍋爐設備的國產化以及國外的設計及安全運行經驗，輔助鍋爐房設計可采取輔助蒸汽用戶需求的錯峰使用，降低蒸汽用汽總量的措施，通過對輔助鍋爐合理選型并滿足目前所有三代堆型的用汽量需求；針對輔助鍋爐房進行標準化、單元模塊化；從而實現輔助鍋爐房可移動式拆裝單元化模塊，完成國產化設計自主供貨，滿足各廠址之間的輔助鍋爐房共用；輔助鍋爐房采用單元模塊化可移動式創新設計方案有效地提高了施工進度，進一步縮短了建設工期，提高了電廠建設的經濟性。

(一)輔助鍋爐房模塊單元分區劃分。根據輔助鍋爐房的房間功能進行單元劃分，分為鍋爐間、設備水泵間、除氧間、樓梯間、變配電間、儀表配電控制間、樓梯間六個模塊單元，具體如圖1所示。每個功能房間進行獨立施工安裝，最后進行現場整體安裝組合。

圖1 輔助鍋爐房模塊單元劃分示意圖

(二)機械設備與土建結構整體單元化設計。對輔助鍋爐房劃分的單元模塊進行整體設計，獨立標準化施工制造并在現場整體安裝。每個單元都是一個獨立的個體，包含土建結構框架及系統單元內的設備及附屬管道、支吊架，電纜以及通風設備管道，在安裝運輸時具有靈活性，同時廠房屋頂采用可折疊自動化設計，滿足鍋爐間的設備模塊整體吊裝要求。模塊化建筑是一種新興的建筑結構體系，該體系以單個房間作為一個模塊單元在工廠進行預制生產，并在工廠內對單元房間內的設備管道、通風電纜等輔助設施進行布置安裝，然后運輸到現場通過吊裝將模塊可靠地連接為建筑整體。

三、創新方案經濟性提升分析

輔助蒸汽生產系統采用可移動式模塊單元化設計，各廠址間可共享使用，提高了核電建設的經濟性。輔助電鍋爐房標準化設計的建筑面積為820平方米，電鍋爐土建成本3,000元/平方米，土建成本大約246萬元，輔助蒸汽生產每套電鍋爐設備及輔助設備管道的價格大約1,200萬元；每個輔助鍋爐房可節省成本大約1,500萬。除以上有形成本以外，單元模塊化結構體系預制比例高，節約物力、人力，同時還可以使施工周期得到明顯縮短，現場施工工人數量減少，降低了施工時帶來的職業安全危害的概率。同時采用標準化設計后設計效率也得到了明顯提高。

四、創新方案安全性、創新性提升分析

輔助鍋爐房可移動便攜安裝模塊單元式設計創新方案來自于新冠疫情期間模塊式病房安裝設計理念；核電站輔助鍋爐房采用可移動拆卸式模塊單元化設計突破了核電常規的設計思維，有效提高了施工進度；各廠址間可形成相互協調使用滿足各用戶需求，具有靈活性的同時也具有非常可觀的經濟性。目前核電站可移動式系統已經有車載移動電源，模塊單元整體便攜安裝設計融合民用基建、船舶等先進設計理念，可在BOP子項輔助鍋爐房及其他輔助廠房系統相繼應用；三代核電設計在保證安全性的同時突破常規的設計理念，從而達到世界領先水平。此項設計理念也可以應用于快堆、后處理項目等廠房設計中。