岭澳核电站循环冷却水取排系统设计
摘要：岭澳核电站的循环冷却水取排系统设计不仅解决了相邻两座核电站的循环冷却水的用水矛盾问题，而且进一步提高了已运行的大亚湾核电站的安全性能。本工程打破传统的设计理论，在防波堤上设计了柔性地连墙作为排水明渠，并首次在大型海域工程中采用了围堰防渗干基坑施工的设计思路。
关键词：核电站 循环冷却水 地连墙 防波堤 中隔堤 护岸
1、工程特点及组成
岭澳核电站毗邻已建的大亚湾核电站东侧约1km的岭澳村，共分两期，总规划容量为4×1000 MW。一期工程为2台1000 MW压水堆核电机组，排水量95立方米/s.两期完成后4台机组排水量共220立方米/s（其中考虑厂区洪水量30立方米/s），加上大亚湾核电站，系统总排水量为315立方米/s .大亚湾核电站建造时没有考虑后续工程，且大亚湾核电站的循环冷却水和低放射性排水流经岭澳核电站的取水前沿海域。而大亚湾海域属于弱潮流海区，两厂址附近海域为潮流辐聚辐散处。因此岭澳核电站的循环冷却水取排系统设计具有下面的特点和要求：
①设计须同时考虑两期工程的取排水需求；
②由于厂址区域潮流特点，岭澳增加的220立方米/s流量不能影响大亚湾的取水条件，以确保大亚湾核电站的安全、经济、满功率发电的运行要求；
③大亚湾核电站的温排水通过岭澳核电站取水口前沿时，岭澳核电站的取水水温、流速、水面波动均要满足设计要求。岭澳核电站的取排水设计要考虑防渗隔热要求。取排水系统主要由防波堤、中隔堤、取排水交叉渡槽、护岸等构筑物形成的取水渠道和排水渠道组成。
2、设计标准
（1）核岛重要生水（用于核反应堆设备的循环冷却水）的设计水位（根据核电厂安全导则确定）：设计高水位（10%超越天文潮高潮位+可能最大风暴潮增水）等于+6.35 m 珠江口海平面标高（PRD）；设计低水位（10%超越天文潮低潮位+可能最大风暴潮减水+安全裕度）等于-3.50 mPRD.
（2）常规岛循环冷却水设计水位：设计高潮位（百年一遇高潮位）等于2.89 mPRD；设计低水位（百年一遇低潮位）等于-2.18 mPRD.
（3）核岛循环冷却水设计水温：设计基准水温30.8 ℃；设计最高水温34.5 ℃；设计最低水温11.0 ℃。
（4）常规岛循环冷却水设计水温：设计基准水温23.0 ℃；设计最高水温33.0 ℃。
（5）其它要求：
①满足泵房前池水面波动不大于0.3 m的要求，以保证有一个很好的流态；
②为防止漂浮物及鱼类进入渠道，取水头部处流速接近海流流速，理论断面处（相应百年一遇低水位条件下，取水头部入口处的过水断面）渠道平均流速不大于0.2 m/s.
3、循环冷却水取排系统的平面布置原则
滨海核电站的循环冷却水取排系统属于大型海域工程，结合岭澳核电站工地的现场情况，在循环冷却水取排系统的设计上主要遵循下列原则：
（1）平面布置应以核电站总体规划为基础，结合当地的风、浪、流、泥沙（风和浪影响各构筑物结构的安全设计标准，海流影响取水头部与排水口的平面布置，泥沙含量影响循环冷却水取排系统的设计流速）等自然条件，远近结合，统筹兼顾，与陆域设计协调，充分体现技术先进、安全可靠的设计指导思想。
（2）布置方案的重点应放在如何减少两座核电站的温排水对取水温升的影响问题上。取排水口、取排水渠道的位置、型式、朝向应以循环冷却水模型试验、局部整体模型试验和泥沙淤积分析为根据，合理布局，满足取排水工艺要求，有利于安全使用。
（3）进水渠的长周期波动对循环水联合泵站的安全不能造成影响。
（4）因为核电站排洪沟的水直接排入循环冷却水的排水渠中，为了不影响已经投产的大亚湾核电站的安全运行，所以设计时需保证在百年一遇高潮位+2.89 mPRD 和百年一遇洪水相叠加时，排水渠涌高不超过大亚湾核电站的排水虹吸井的自由流水位+3.15 mPRD.
（5）因交叉渡槽位于大亚湾核电站的排水口位置，所以无论采用陆上施工还是水上施工，交叉渡槽的施工应对大亚湾核电站的排水影响最小。
按照以上的原则，岭澳核电站的取排水系统选取了西取东排的方式，即岭澳的取水放在厂区海域西侧，而排水将岭澳和大亚湾合二为一。
4、试验分析工作
4.1 循环冷却水取排系统方案试验研究
4.1.1 研究目的
分析大亚湾核电站的温排水对岭澳核电站进水的影响，选择排水方案。在取排水总体布局确定后，通过优化试验确定排水渠的长度、排水方向、排水渠断面、流速以及4 ℃温升线分布图，提出最终方案，为工程设计及编写安全分析报告、环境影响报告提供依据。
4.1.2 研究手段
二维数值模拟计算，全潮整体物理模型试验，近区物理模型试验。
4.1.3 结论
推荐采用明渠西取、两核电站排水合并后向东排放的取排水布置方案。试验表明该方案两核电站的温排水对它们的取水口头部水温都不产生干扰，能有效利用潮流运动特性，将温排水扩散到较远的区域，取水温度低，对环境也有利。
4.2 取水头部与进水明渠波浪模型试验
4.2.1 试验目的
验证取水布置方案泵房前池的波浪扰动及取水流速是否满足要求，推荐取水口的合理布置方案。并通过取水头部进水明渠最终布置方案的长周期水面波动的试验研究，确定取水口防波堤和北导堤的最终长度，验证长周期波对厂区安全的影响。
4.2.2 主要结论
（1）无论在小风区南风向，还是东南风向百年一遇大浪作用下，泵房前池水面波动均小于0.3 m.
（2）取水头部底宽150 m时，4台机组同时运行，在百年一遇低潮位时，进水口的平均流速小于0.2 m/s.
（3）由于大亚湾防波堤绕射波的影响，在东南风向浪作用下，泵房前池水面存在明显的长周期波动，平均升降幅度为1.06 m.因此，在7m高程的厂区护岸上需加筑1.2m高的挡墙。
（4）取水口采用双堤是必要的。
5、排水渠设计方案优化
核电站的循环冷却水排水受到温度与低放射污染。这种温排水有可能通过排水渠两岸渗入或者将温度传入取水渠道和取水头部的附近海域，对循环冷却水的取水造成温度与低放射污染。所以排水系统的防渗隔热的问题是设计的重点，而解决此问题的关键在于排水建筑方案的选择。在初步设计阶段，综合考虑各种因素选用了箱涵方案。后经多次设计优化，最终采用了地连墙明渠方案，现分别对两种方案的优缺点给予介绍。
5.1箱涵方案
箱涵方案的最大优点是防渗性能好，可以防止大亚湾的低放热水进入岭澳的取水明渠。如果低放热水进入取水明渠，会给核岛重要生水水泵及其它设备和相关系统带来低放污染，而且使核岛重要生水取水温度超过设计温度，将直接危及核反应堆及整个电厂的安全。但是，箱涵方案也存在下列问题：
（1）在设计高水位（+2.89 mPRD，百年一遇高潮位）时，不能满足大亚湾核电站排水口虹吸井的自由出流，须对其进行改造。
（2）从施工角度看，箱涵方案须有特大吨位的半潜驳预制。箱涵安装也须在水下进行，工期长，接头止水难度大，施工质量难以保证。
（3）箱涵须设计检修闸门和人孔，运行管理复杂。
5.2地连墙明渠方案
地连墙明渠方案是一种设计创新，它打破常规的设计理论，在防波堤上设置了柔性地连墙。该方案的优点是增加了过水断面，降低了水位壅高，使最高设计水位不再对大亚湾核电站的排水虹吸井自由出流影响，在运行和检修方面也有很大的优越性。另外，由于柔性地连墙的防渗隔热效果较好，排水口又远离取水头部，所以排水口不需要做特殊的处理，可采用自由排放。这种方案也为干施工方案提供了可能性。地连墙明渠方案的技术难点：
（1）防波堤的波浪稳定性：在防波堤的设计理论上，堤心要求有较大的透水性，以减少波浪反射对坡面稳定的不利影响。而此方案在防波堤上设计了柔性地连墙，与防波堤设计原理是相反的。
（2）柔性地连墙的抗震强度与稳定性：防波堤抗震设计标准为Ⅱ类抗震物项设计，Ⅰ类抗震物项校核。柔性地连墙的作用是防渗，在地震工况下，其强度及稳定性是重点关注的问题。
（3）施工的可行性：防波堤上设置地连墙是首创，在含有大块石且空隙率很大的防波堤上挖槽、成孔、漏浆情况也无先例可以借鉴。
6、各构筑物的设计
6.1防波堤
防波堤作为两座核电站的热水和低放废水的排水渠导流堤，防止热水和低放废水直接沿流程渗入大海；同时也用于保护中隔堤、厂区护岸、取排水交叉渡槽及联合泵房的安全，并保证联合泵房取水不受波浪影响。
防波堤采用柔性地连墙防渗，地连墙底标高-15.0 mPRD左右，顶标高4.7 mPRD，厚0.8m，位于防波堤内侧中部。根据陆上施工方案渗流及稳定模型试验论证，在施工期渗流量为0.020 1～0.131 4立方米/（d.m）。而根据干施工基坑抽干水后现场检查，柔性地连墙没有发现明显的渗水情况。在正常使用期间，由于排水渠内外水头差很小，所以渗流量会更小。
6.2中隔堤
中隔堤位于防波堤和厂区护岸之间，与厂区护岸和防波堤一起共同组成取排水明渠，防止冷热水短路。并作为防浪墙的第二屏障，保证联合泵房取水不受波浪影响。
中隔堤整体设计要求在设计水位及校核水位下，各部位均稳定；在DBF水位（6.35 mPRD ，设计基准洪水位）下。中隔堤堤面允许有一定位移，但不丧失防浪隔热的基本功能。中隔堤及地连墙均为干式施工。
中隔堤的渗漏采用钢筋混凝土地连墙防渗，地连墙底标高-13.0 mPRD左右，顶标高为3mPRD，厚0.6 m，设在中隔堤中部。地连墙根据地质条件打入粘土、粉质粘土或泥质粉砂岩中3 ～5 m，渗透系数很小，且排水渠内外水头差很小，故渗流量很小。
6.3取排水交叉口渡槽设计
取排水交叉口渡槽采用支墩式渡槽结构，下层为岭澳核电站的取水渠道，上层为大亚湾核电站的温排水通道。渡槽总长为155.262 m，为双槽式，上层温排水通道的断面尺寸为21.8 m×8.5 m.
6.4护岸设计
护岸是岭澳核电站的取水渠道的内边界，也是防浪的第三道屏障保护厂坪的安全。护岸的设计采用典型的块石斜坡堤，护面采用浆砌石，下设大块石棱体护脚，顶部设浆砌块石覆盖层。在堤心石内坡面设计反滤层，以避免因细颗粒的移动而造成厂区地坪的沉降。采用汽车在陆域向水域中推进的施工方式。
7、结语
岭澳核电站的循环冷却水取排系统不仅解决了相邻两座核电站的循环冷却的用水矛盾问题，而且通过采用两座核电站排水合排的方式，使排水口进一步远离原来的大亚湾核电站的取水口，使取水 口的水温比原来有所下降，提高了大亚湾核电站的安全性能。同时，本工程首次在大型海域工程中采用的围堰防渗干基坑施工的设计思路和在防波堤上建造柔性地连墙的设计创新可作为以后滨海核电站项目设计的参考。
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