常规岛设计技术交流课件

2014年3月4日北京巴基斯坦卡拉奇K23核电项目(1000)1000技术背景和常规岛设计主要技术特点一、对23项目背景的理解二、23常规岛技术方案结束语目录回顾核电发展历程，中国核电在技术上走过一条自主、引进、提高的过程，容量上形成了300、600、1000系列化核电，但真正达到自主并具备批量快速发展潜力的核电技术和堆型仍没有付诸现实，还有一段路要走，这段路现在看来就是“卡拉奇之路”。展望新的发展前景，1000及华龙一号技术、1000技术、1400、1700等技术均有可能成为后续核电快速发展的方向，但最有代表性的技术和堆型应该是1000，可以想象，经过我们共同的努力，1000技术不仅得到工程应用，并且得到成功实施，那时何等的兴奋。一、对23项目背景的理解3）1000经历了较长的国内研制和开发过程，已经吸收了国内外一些成熟先进的核电设计、制造及管理技术，具备了三代核电的安全指标和技术优势，设计堆型安全、可靠、经济、成熟。4）2/3工程的实施，无论是对中国核电发展还是巴基斯坦核电发展，均是举足轻重的位置，对以中原为总包方的所有参与方来说，是一次难得的历史性机遇，更是一次艰巨的历史性挑战。一、对23项目背景的理解5)对巴方来说，从300容量到1000容量，从二代技术到三代技术、从内陆到沿海，从恰希玛核电经验到百万核电三代技术，2K3是核电发展一次重大跨越。6)2/3工程采用1000技术，其工程进度及主要技术方案与福清56相近，2/3和福清56作为姐妹工程，有利于1000技术的工程应用。一、对23项目背景的理解7）由于2/3和福清56项目背景情况的不同，，最新情况表明，2/3成为1000首堆工程已不可避免（福清56作为参考的这一点有利条件正在消失，反过来，K2K3的顺利进展会促进福清56的推进，若推进中出现大的瓶颈问题，那无疑会对1000堆型的命运产生影响）。8)最近2/3工程合同生效给我们带来莫大喜悦的同时，更带来肩上从未有的重任，屈指数来，核电发展中曾经碰到及未曾碰到过得众多重大难题都将在我们的项目集中和陆续出现，如重大技术工程实施难题、采购困难问题、进度紧张、恐怖事件应对、人力资源调配、问题等。一、对23项目背景的理解9）和的核岛设计可保持与福清56号机组基本相同，参考性较强，但常规岛由于主机不一样、厂址条件不一样、出线要求不一样等，常规岛设计方案将相差较大，必须完全按照两个新的工程实施。10）1000主要的核心技术在核岛，常规岛作为电站重要组成部分，与1000相关的设计主要体现在如下几个方面：一、对23项目背景的理解第一，常规岛与核电之间的物理和功能接口相互对应和匹配；第二、在设备选型和系统设计中达到成熟先进和可靠；第三、在工程管理方面力求满足项目统一的程序规范要求等。一、对23项目背景的理解一、对23项目背景的理解11）与常规岛相关的一些技术总指标总体指标：1000称为&，在大量成功工程经验的基础上进行了必要的改进（包括项目管理和技术方案，改进的基础和基准主要是M310工程的管理体系和技术方案），同时具有能动和非能动的安全功能；综合技术指标：设计寿命60年；177燃料组件；双层安全壳；一、对23项目背景的理解3）单堆布置；机组功率大于1100；换料周期18个月，电厂利用率为90%，建造周期为合同生效后72个月；4)规范标准：满足最新核电（三代核电）安全标准和规范;几次跨越一、对23项目背景的理解10001000一、对23项目背景的理解一、对23项目背景的理解12）1000在卡拉奇项目的应用形象地说，卡拉奇中的1000技术=“广义的三代技术”+“广义的C经验”+1000核电技术；广义的三代技术：选择性地融合了不同堆型的三代技术（非能动技术、和）、采用了先进的汽轮发电机及其它电站先进设计技术。广义的C经验包括从1到34积累的特有经验和国内600、1000核电的宝贵经验。1000技术与卡拉奇厂址条件、设备采购条件、业主项目管理相结合，满足中巴总合同要求。根据以上特点，同时考虑到1000堆型技术基础和基准主要是M310工程的经验，以下技术方案介绍时，将与恰希玛、M310工程（方家山为例）的一些技术方案作适当比较。二、23常规岛技术方案1、综述及总体技术1）设计范围2）厂房和设施编码3）系统和系统编码4）常规岛总图设计5）总体技术指标、接口参数及比较2、常规岛设计主要原则及初步方案（初步设计）1）主工艺及主设备方案2）半转速汽轮机发电机组技术3）电气系统和设备选型4）控制方案5）厂房布置简要说明6）土建主要设计原则及方案7）3D设计技术二、23常规岛技术方案1、综述及总体技术1）设计范围根据华东院与工程公司设计分包合同，主要设计范围如下:汽轮发电机厂房内的全套生产设施。凝结水精处理、化学加药及取样系统全套设施。电气配电装置（）至出线第一个绝缘子范围内的全套设施。主控制室内常规岛部分设计（主控制室由工程公司总体负责）。常规岛范围内的初步安全分析报告和最终安全分析报告（）。常规岛范围内的主要设备技术规范书。其它与常规岛相关联的杂项系统和设备等。K2k3工程的设计范围与方家山类似，与恰希玛有一定的差别，除盐水系统由设计。二、23常规岛技术方案2）厂房和设施编码与M310工程工程（方家山）类似，设置了专门的构筑物及系统、设备编码规则和清单，设计遵循这些规则，但具体构筑物和设备名称不同；名称的修改主要为了体现1000工程的自主知识产权，下表列出构筑物清单(设备清单暂略)。二、23常规岛技术方案二、23常规岛技术方案二、23常规岛技术方案进一步说明名称前数字为机组号。相比恰希玛核电，方家山和K2K3核电（100）的管理程序更为详细，从系统清单和构筑物的编码可以看出，1000的管理程序雷同于传统的M310工程。1000子项仅比方家山少一个子项。即，主要是消防稳压间与核岛消防泵房（）。二、23常规岛技术方案3）系统和系统编码系统编码是指导系统设计、安装和调试及运行的重要依据（系统设计另行说明）；1000堆型与M310划分基本相同，采用了M310工程以设备及构筑物区域为中心的划分办法，不像恰希玛工程以大系统为单元，系统数量更多、划分更为详细；对类似的系统清单名称进行了修改（如下表举例），目的是体现1000的自主知识产权；二、23常规岛技术方案系统清单举例说明二、23常规岛技术方案系统清单举例说明二、23常规岛技术方案系统清单举例说明二、23常规岛技术方案涉及常规岛大约100多个系统。系统主要分为常规岛单独系统、跨岛系统、包系统类似于恰希玛工程、等同于M310工程（如方家山），系统均通过三字经表示;与常规岛相关的分类为：E电气（交流、24V直流、48V直流、110V直流、应急、-380V交流、6.6交流、220V交流、6.6等）、F消防、H起重及电梯、I控制、L照明、R反应堆保护、T汽轮发电机及二回路（给水、发电机、二回路、汽轮机、V通风、W压缩空气及水系统；以E、T开头的系统包括了常规岛主要系统，说明工艺和电气室常规岛设计的龙头。二、23常规岛技术方案以设备为基准的系统流程划分，系统数量偏多（举例说明）；方家山的系统名称与23是一一对应，恰希玛的系统与23不是一一对应。以上厂房构筑物编码和系统编码名称的变化也反应了1000自主知识产权。

二、23常规岛技术方案4）常规岛总图设计几点原则总图总体上由设计总包院负责，常规岛提出相关要求和建议，完成相应的设计工作；厂址位于巴基斯坦信德省卡拉奇市的西侧23，阿拉伯海的北岸（天堂角）；与运行的K1机组相距1.2，离伊斯兰堡900;尽量保证主厂区和承载力高的设施布置在稳定的基岩上；尽量减少土石方量和回填及护堤，降低投资；单堆布置，取排水、出线满足工艺流程，线路短捷、畅通；500为四回、132或220为1回。二、23常规岛技术方案厂区总体方位二、23常规岛技术方案厂区总体方位二、23常规岛技术方案反应堆布置方式单堆布置双堆布置二、23常规岛技术方案总图中的主要常规岛子项汽轮机厂房核岛方向虹吸井主变压器及厂变区域循环水进口循环水出口辅助变压器及220132500及出线区域网控楼压缩空气罐除盐水箱油处理间二、23常规岛技术方案5）总体技术指标、接口参数及比较总体技术指标总体技术指标体现1000及厂址条件相关总体要求；见下表。二、23常规岛技术方案二、23常规岛技术方案总体接口参数及比较（见下表）二、23常规岛技术方案总体接口参数及比较（续表）二、23常规岛技术方案2、常规岛设计主要原则及初步方案（初步设计阶段）1）主工艺及主设备方案23工程常规岛汽轮发电机组（包）采用国内上海电气集团生产的半转速（1500）反动式凝汽式汽轮发电机组，包主要包括汽轮机组及其辅助系统、发电机组及其辅助系统、及其辅助系统（包括整个疏水系统）、凝汽器及其喉部二级低压给水加热器等，汽轮发电机组的额定功率为1145，汽轮机型式为单轴中间再热三缸四排汽，由一个高压缸和两个双流式的低压缸组成。二、23常规岛技术方案上海汽轮机东方汽轮机二、23常规岛技术方案二回路主要热力系统：除辅助蒸汽系统按母管制设计外，其余热力系统均采用单元制。热力循环采用七级回热抽汽系统，设有二台双列高压加热器、一台除氧器、四台双列低压加热器。二回路热力系统主要包括主蒸汽和旁路系统、凝结水抽取系统（）、低压给水加热器系统（）、给水加热器疏水回收系统（）、给水除氧器系统（）、电动主给水泵系统（）、高压给水加热器系统（）、给水流量控制系统（）、启动给水系统（）、凝汽器真空系统（）、厂内循环水（）及辅助冷却水系统（）、常规岛闭式冷却水系统（）、辅助蒸汽分配系统（）、仪用压缩空气分配系统（）、公用压缩空气分配系统（）、汽轮机润滑油存储和输送系统（）等。二、23常规岛技术方案原则性热力系统二、23常规岛技术方案二回路主工艺系统的设备包括汽轮机、发电机、汽水分离再热凝汽器、凝结水泵、低压加热器、除氧器（内置式）、电动给水泵、高压加热器、汽机房桥式起重机等。二、23常规岛技术方案2）半转速汽轮机发电机组技术恰希玛采用全转速汽轮机（3000），而卡项采用半转速汽轮机，相应的发电机为4极。国内早期的汽轮发电机基本采用全转速汽轮发电机组，秦山三期和岭澳二期开始，大容量的汽轮发电机组均采用半转速汽轮发电机组，世界范围内大容量核电机组也大都采用了半转速汽轮发电机组，半转速技术是核电汽轮发电机组主流。半转速汽轮机相比具有更长的叶片，级数较少，通流效率相应提高，即使是全转速，叶片长，效率也增加。二、23常规岛技术方案叶片的应力与转速的平方成正比，所以半转速的叶片尽管长度增加，但实际应力是有所下降的，这样，设备可靠性也提高了。由于半转速汽轮机的尺寸明显增大，汽轮机组会消耗更多材料，这是半转速汽轮发电机的缺点，不过，尺寸增大后，设备的惯性增加，超速的可能性得到降低。对于发电机，半速发电机定、转子之间的气隙比全速小，相应的半速比全速发电机所选用的转子锻件及护环材料的要求可降；半速发电机转子轴柄粗，由于转子挠度影响引起的转子某些部件的疲劳应力也可显著降低，另外，由于半速发电机直径大，其挠度较少，有利于避开临界转速；半速发电机转子上有4个极，在其相互垂直的纵轴与横轴两个轴线上的转子刚度容易做的均匀等。二、23常规岛技术方案卡项汽轮机采用1710的长叶片，该叶片引进西门子技术，采用了先进的计算软件计算分析，并通过试验认证、专家评审，通过了桃花江项目主机评标和技术协议谈判阶段的分析和考证。从机组的应力水平、机组极限功率、汽缸稳定性、热效率等方面综合分析，半速机组具有较明显的优势。二、23常规岛技术方案3）电气系统和设备选型根据招标结果，发电机为三相、氢冷发电机，直接与汽轮机相连。由闭合回路中循环的氢气对定子铁芯和转子进行直接冷却。定子绕组由流经空心导线的去离子水进行冷却。发电机出口电压为24，出口装设有断路器，通过主变压器的高压侧经6导管接至500母线。500采用一个半断路器接线，选用500屋内式全封闭组合电器（）。根据与巴方最新沟通，主变压器采用三台单相52524（方家山为52024），每台的容量为450（方家山为410），总容量为1350。二、23常规岛技术方案根据巴方电网系统提交的电网报告，主接线出线电压等级为500，4回500出线与外网连接，其中三回接入200的换流站（通过此换流站及转换成500直流，1000），一回接入100的电站。关于备用电源，由于220或132系统分属不同的电网公司管辖，卡拉奇核电项目之前没有相关批文，无法进一步商定备用电源方案，根据2月26日协调会纪要，将与及进一步商讨，在4月15日确定是采用220电压等级及相关技术方案。二、23常规岛技术方案关于厂用电方案，初步预定：每台汽轮发电机组装设2台高压厂用工作变压器，作为核电厂（常规岛和核岛）的主厂用电源，二台机组装设2台辅助变压器，作为核电厂厂外备用电源，中压厂用电预选用6.6,低压厂用电压为380V、220V，200及以上电动机采用6.6电压，200以下电动机采用380220V电压。500和220132系统的电气设备采用何种控制方式需要进一步协商确定（国内基本均选用网络微机监控系统）。发电机系统、厂用电系统及辅机初步考虑采用监控。二、23常规岛技术方案4）控制方案根据本项目设备采购受限情况和控制设备选用总原则，常规岛部分控制与全厂控制系统一致选用分散控制系统()，以提供良好的人机界面和提高电站的自动化控制水平。主控制室由负责，常规岛（）和核岛（）作为一个整体统一考虑，由设计总包院统一设计布置整个主控制室的台和盘，以及负责仪表和控制装置的统一标准和选型。保证在主控制室常规岛与核岛的人机界面一致。二、23常规岛技术方案为每台汽轮发电机组提供的主控制台和辅助控制表盘安装在主控制室内。这些属于常规岛部分的台和盘上装有为在启动、并网、升负荷、减负荷和停机时使常规岛所有设备安全运行以及正常发电管理时所必需的控制、指示和报警装置由于本项目主机控制系统（）无法按照正常采购渠道进行（上海电气的一般采购西门子的系统），同时全厂控制系统()也存在供货商选择的局限性问题，与选型、匹配与全厂控制系统设计需要进行专项研究，并给予高度重视。常规岛辅助系统有凝结水精处理系统和常规岛暖通系统，凝结水精处理系统采用加上位机实现车间集中控制，常规岛暖通空调系统采用控制。二、23常规岛技术方案5）厂房布置简要说明汽轮机采用半速三缸四排汽凝汽式汽轮机，采用两个低压缸和两个凝汽器。为了降低循环水泵扬程，减少设备采购和运行费用，本工程采用汽轮发电机厂房整体降标高方案布置。主厂房包括汽机房、除氧间及化水辅助间，厂房以一台机组为一个单元，长度为107.5米（方家山为108米，恰希玛为90米），汽机房的跨度为47米（方家山为44米，恰希玛为43米），除氧间的跨度为12米（方家山为15米，恰希玛为10米），化水辅助间15米，包括上部电气配电间(方家山为10米，无电气配电间，恰希玛为化水厂房，包含了除盐水系统)。二、23常规岛技术方案底层为-8.50m（方家山为-7.5米，恰希玛为0米），夹层标高为±0.00m（方家山为0米，恰希玛为7.20米），运转层标高为9.0m（方家山为8.50米，恰希玛为14.50米），除氧器层标高暂定为21.0m（需要等设备采购进一步核实）（方家山为20.50米，恰希玛为14.50米）。汽机房设有一大一小两台桥式起重机，起吊重量暂定为300/60吨和80/20吨（需要评审）（方家山为大行车25060t，小行车为8020t0，恰希玛为二台85t）。二、23常规岛技术方案运转层的布置（9.0米）二、23常规岛技术方案断面图的布置二、23常规岛技术方案6）土建主要设计原则及方案常规岛主厂房横向为现浇钢筋混凝土框排架结构，纵向ABC轴为现浇钢筋混凝土框架结构，±0.00m层主要采用现浇钢筋混凝土楼板，其它各层结构为钢次梁上以压型钢板作底模现浇钢筋混凝土楼板或钢格栅。框架式钢筋混凝土汽轮发电机基础包括台板、柱和底板。台板和柱之间通过弹簧隔振器支撑的框架式钢筋混凝土汽机基础－简称弹簧基础。二、23常规岛技术方案

二、23常规岛技术方案7）管道防甩支架设计管道防甩支架设计来自于M310工程设计理念，根据1000设计理念，仍需考虑该项设计方案；管道防甩支架设计设置的目的主要是为了保护在可能出现的管道破裂后，防止其对核岛安全壳、核岛电气厂房等安全相关的构筑物产生损坏；这些管道应包括高能和中能管管。常规岛可能产生对核岛产生损害的高能和中能管道是靠近核岛电气厂房的主厂房内主蒸汽及主给水管道（高能），其防甩支架设置主要目的是为了考虑在管道破裂时防止管道甩出导致核岛电气厂房以及相邻主蒸汽和主给水管道的损坏；防甩支架设计不仅涉及到主蒸汽和主给