核电厂工程设计论文

关键词： 经济性 工程设计 参数 核电厂

说起核电，许多人会跟核泄漏甚至核爆炸联系到起，对核电运营的安全性有质疑。不过，美国作为商业运行核电的“老大”，应用核电时间最久，核电站也最多，但其核电业却被评为最安全的产业之一。今天小编为大家精心挑选了关于《核电厂工程设计论文(精选3篇)》，供大家参考借鉴，希望可以帮助到有需要的朋友。

核电厂工程设计论文 篇1：

核电厂总参数平衡计算方法研究

摘要：核电厂总参数设计主要工作是确定影响核电厂安全性与经济性的重要参数，总参数选取是否合适对核电厂安全、经济产生直接影响。文章给出了核电厂总参数设计范围，进而阐述了总参数确定的原理与方法。

关键词：核电厂；安全性；经济性；总参数；平衡计算

新建核电厂需要将对核电厂安全性、经济性等产生重要影响的参数确定下来，同样核电厂研发设计也需要确定这些具有重大影响的参数，这就需要开展总参数设计与平衡计算工作。核电厂总参数是表征核电厂在安全可靠性、经济实用性、运行合理性、技术先进性的设计指标，是指导整个设计工作的纲要和完成的目标。因此，总参数选取是否合适直接决定运行核电厂的安全、经济、稳定。

本文结合三代核电厂EPR总参数平衡计算经验，确定通常情况下核电厂总参数的设计范围，给出了核电厂总参数平衡计算原理与方法，并给出了典型核电厂一、二回路传热计算及总参数平衡计算算例。

1 核电厂总参数平衡计算简介

核电厂总参数按照工 艺系统范围可以划分为：全厂性设计参数、核蒸汽供应系统（NSSS）主要参数、汽轮发电机系统主要参数。核电厂总参数设计范围广、种类多、涉及专业面比较综合，是一个需要多专业配合、反复迭代才能完成的工作。

对于核电厂翻版设计，一般情况下新设计核电厂与参考电厂相比，核蒸汽供应系统的主要参数是相同的，汽轮发电机系统主要参数（如：循环冷却水温度）由于TG供应商的差异及厂址条件的变化可能会发生改变，相应的全厂性设计参数也会发生变化。对于研发性设计过程，就需要重新对核蒸汽供应系统的主要参数进行平衡计算，在假定某些参数（即独立参数）或确定某些设计目标的基础上，逐步计算其他参数。例如：在核电厂电功率水平已知的情况下，借鉴以往设计经验，可以初步确定NSSS热功率范围，进而平衡计算一回路主要参数以及二回路（蒸汽做功回路）、三回路（循环冷却水回路）主要参数，通过反复迭代最终确定设计总参数。

2 核电厂总参数确定原理与方法

2.1 核电厂总参数范围

核电厂主工艺系统包括：核蒸汽供应系统（NSSS）、汽轮发电机系统（TG）和电厂配套设施（BOP）。按照工艺系统范围，一般来说核电厂总参数包括：全厂性设计参数、核蒸汽供应系统（NSSS）主要参数、汽轮发电机系统主要参数，详见表1。

除以上参数外，核电厂总参数还包括全厂性设计目标，如：电厂可用率、电厂设计寿期、换料周期、堆芯损坏频率（CDF）、大量放射性早期释放频率（LERF）、堆芯热工裕量、建造周期、比投资等。这些参数，有些是业主对建设电厂的要求，有些是安全衡量指标，还有一些是经济性指标。由于总参数平衡计算主要研究方向是与热工水力计算相关的参数，因此，这类参数不作为平衡计算的参数范围。

2.2 核电厂总参数确定原理与方法

2.2.1 全厂性设计参数的确定。业主方对建设核电厂的要求，在开展总参数设计工作时，投资方往往在建设周期、建成价、比投资、换料周期、电厂设计寿命、电厂效率、电厂可用率以及涉及到业主以后在运行、经济方面可能遇到的问题会提出要求，在进行总参数设计时需要进行综合考虑，选取合适的全厂性设计参数及设计目标。

堆型选型方面，目前核电厂所选择的堆型主要有：压水型核电厂、沸水型核电厂、重水型核电厂、高温气冷型核电厂、快中子增值型核电厂等。核电厂反应堆的堆型将确定电厂工艺流程、系统和设备、控制方式、运行方式、核燃料利用和燃料管理方式以及厂房布置等各方面的特性，国内核电厂以压水堆为主，也包括重水堆。

电功率，根据电厂的总电功率输出要求，可以初步推算核蒸汽供应系统（NSSS）的热输出、反应堆堆芯的核热功率输出、汽轮机与发电机转换效率、电厂的厂用电消耗等。进行全厂能量转换和能量平衡的初算，进而通过各阶段设计得出电厂有关的性能参数。

2.2.2 核电厂一、二、三回路主要参数确定原理与方法。核电厂一、二、三回路主要参数确定包括核蒸汽供应系统、汽轮发电机系统以及循环冷却水系统主要参数确定的基本原理与计算方法。在满足各方面设计准则要求的前提下，通过热力计算可以确定核电厂的主要设计参数，通过不断的反复迭代计算和优化，最终确定一套最佳值。

（1）核电厂稳态运行方案选择：核电厂稳态运行方案主要有以下几种类型：二回路蒸汽压力Psg恒定方案；冷却剂平均温度Tav恒定方案；冷却剂出口温度Th恒定方案；冷却剂平均温度Tav程序方案。目前，压水堆核电厂运用较为广泛的是冷却剂平均温度Tav程序方案，该方案中冷却剂平均温度随出力成线性变化的程序运行方式是一种热和机械制约之间的折衷方案。例如CPR1000核电厂兼顾一、二回路承受的负担选用Tav程序方案；EPR核电厂采用在不同的出力范围分别固定Tav、Psg的程序方案。

（2）压水堆核电厂一、二、三回路主要参数确定的基本原理。压水堆核电厂一、二、三回路参数是相互制约的，例如：压水堆核电厂可以通过提高二回路蒸汽初参数来提高电厂效率或者可以提高一次侧冷却剂温度，但这受到反应堆设计的限制；另一种方法是减小蒸汽发生器中一、二次侧之间的对数平均温差，总的传热量正比于传热面积与对数平均温差的乘积，即需要增加蒸汽发生器传热面积，从而提高电厂投资。恰当地平衡一、二回路参数可使发电成本最低。

冷却剂工作压力：压水堆核电厂提高一回路系统的压力可以使二回路得到较高的蒸汽初参数（压力及温度），从而提高整个压水堆核电厂的效率。但是，目前压水堆一般都是采用锆合金作包壳，考虑到锆合金的耐腐蚀性及强度，则温度不能太高。同时，如果反应堆出口温度或平均温度不变，则提高冷却剂工作压力就增加了欠热度，使热工裕量增大。但是在一回路管道破裂所引起的冷却剂丧失事故中，冷却剂工作压力越高，则造成的事故就越严重。因此，一回路系统压力的确定需要全面综合考虑。目前压水堆核电厂的冷却剂的工作压力一般选取15.5MPa（abs）。

冷却剂流量：在一定的热功率下，加大流量可以减小反应堆的进出口温差。因此，若反应堆进出口平均温度一定，则出口温度下降，增大了反应堆的热工安全性，若出口温度一定，则冷却剂的平均温度提高，这样在蒸汽发生器传热面积一定的条件下，使二回路蒸汽初参数提高，从而提高整个压水堆核电厂的效率。但是，随着冷却剂流量的增大，泵功率与流量的立方成正比，使泵功耗急剧增加。决定冷却剂流量最关键因素是选取的主泵特性与一回路管路特性，还包括管路内部冷却剂温度分布以及管路布置情况与高度差。反应堆冷却剂流量是由一回路压力损失和特定的主泵特性（主要指压头流量曲线）确定，即在考虑一回路冷却剂温度及压力工况下，反应堆冷却剂泵压头及重力驱动压头（自然循环效果）与一回路摩擦压力损失及局部压力损失平衡的计算结果。压水堆核电厂反应堆冷却剂流量工况包括：最佳估算流量（BE）、热工水力流量（TH）、机械流量（ME）。图1为流量压力曲线确定三种工况的示意图。

图1 流量压力曲线确定三种工况的示意图

冷却剂温度：冷却剂压力、流量、温度等热工参数的关系是相互关联的，选择时需综合考虑，若反应堆热功率一定，则冷却剂压力及流量一经选定，反应堆的进出口温度也就随之而定。EPR核电厂堆芯出口温度限制在330℃，主要考虑保证足够的DNBR裕量。对于一回路压力为15.5MPa时，对应的饱和水温度为345℃，只有保证一回路冷却剂足够的过冷度，才能确保堆芯安全。

汽轮机入口汽压：压水堆核电厂汽轮机高压缸入口蒸汽为饱和蒸汽，其压力提高，蒸汽饱和温度相应提高，从而提高了整个吸热过程的平均温度，在背压不变的情况下，使得循环热效率得到了提高。但是，汽轮机入口汽压的提高，即蒸汽发生器内二回路饱和压力的提高，主要依靠一回路冷却剂平均温度的提高以及蒸汽发生器传热面积的增加和传热效果的提高，这些都是受制于工程实际条件。

凝汽器背压：从热力学上讲，在汽轮机进口蒸汽焓值不变的情况下，降低排汽压力会加大汽轮机的焓降值，蒸汽可以充分膨胀做功，汽轮机的效率越高，机组出力也大。但是，背压也不是越低越好，越低的背压消耗抽气功越大，汽轮机背压的选取，应该结合汽轮机的效率、综合投资成本等多种因素来确定。

设计循环冷却水温度：循环水的温度是蒸汽循环中排汽温度的理论极限，实际排汽温度tc的技术极限计算公式为：

tc=t2+?t+δt

式中：

t2——循环水温度

?t——循环水进出口温升

δt——传热端差

3 核电厂总参数平衡计算案例分析

本节将以稳态工况下一、二回路换热计算为例给出核电厂总参数平衡计算案例。总参数平衡计算根据不同需求运用热工、流体理论以及计算机数值计算技术可以得到各种表现形式的实际应用案例。本文以核蒸汽供应系统稳态参数计算为例阐述一、二回路稳态工况下换热计算公式及计算案例。

一回路反应堆产生的热量通过蒸汽发生器传递给二回路，生成饱和蒸汽，进而推动汽轮机做功。其热量传递关系见图2。

首先，选定堆型与电功率，反应堆功率就可以初步推算得到。其次，假定蒸汽发生器和主泵已经进行了初步选型，则计算方程式（3）中的传热面积与传热系数可以初步确定，即通过计算方程式（3）可以得到Thot、Tcold、Tsat之间的对应关系式，也就是建立了一回路冷却剂进出口温度与二回路生成饱和蒸汽的饱和温度之间的关系式。结合方程式（1）、（4），可以得出Tav与Tsat之间的关系。在假定给水温度已知的情况下，通过计算方程式（2）可以得到Msteam。

对于一、二回路给出以下已知参数：

一回路参数：（1）SG热功率：1000MWth；（2）一回路体积流量：20000m3/h（每个SG）；（3）Tcold：280℃；（4）一回路压力：15.5MPa。

二回路参数：（1）二回路给水温度：220℃；（2）SG传热系数：8000w/（m2×℃）；（3）SG传；（4）热面积：6000m2。

以上已知参数计算可以得到：（1）热管段温度为322℃；（2）饱和蒸汽温度为274℃；（3）蒸汽流量为542kg/s。

4 结语

核电厂总参数设计工作在整个核电厂设计中是至关重要的，核电厂的安全性、经济性在一定程度上取决于选取合适的总参数。本文给出了核电厂总参数范围以及核电厂全厂性参数与一、二、三回路参数确定的原理与方法。核电厂总参数平衡计算运用热工、流体力学基本理论以及数值分析技术建立实际计算模型，本文给出了稳态工况下一、二回路换热计算案例，根据实际需求，建立合适的计算模型及工具可以解决纷繁复杂的实际工程问题，并得到期望的计算结果。

参考文献

[1] 徐大懋，储品昌，傅小生.蒸汽循环电站主设备间的容量匹配[J].中国电机工程学报，2009，（20）：1-5.

[2] 张建民.压水堆核电站控制（修订版）[M].西安：西安交通大学出版社，2006.

[3] 康松，杨建明，胥建群.汽轮机原理[M].北京：中国电力出版社，2000.

作者简介：王建生（1981—），男，江苏南通人，深圳中广核工程设计有限公司工程师，硕士，研究方向：核电厂总体安全。

作者：王建生

核电厂工程设计论文 篇2：

美国核电为何被评为最安全产业

说起核电，许多人会跟核泄漏甚至核爆炸联系到 起，对核电运营的安全性有质疑。不过，美国作为商业运行核电的“老大”，应用核电时间最久，核电站也最多，但其核电业却被评为最安全的产业之一。那么，美国是如何保障核电运营安全的？

核管会有权直接关停核电厂

在电影和体育等领域，美国人推崇“出格”的个人英雄主义，但在政治、经济、民生等领域，美国人很注重完善规章制度，用来规避不确定因素可能带来的风险。笔者认为，美国核电安全归根结底源于安全保守的标准体系，和一板一眼的监管机制。

美国核管制委员会（U.S. NuclearRegulatory Commission，NRC）是联邦政府的一个相对独立机构，直接对总统负责，接受国会监督，其任务是保护与核能有关的公共健康和安全。看国内中文多译为“美国核管理委员会”，但根据英文“Regulatory”的词义和该机构的职责，笔者认为翻译成“管制”更恰当。美国核管制委员会（下简称“核管会”）根据1974年的能源重组法案成立，1975年开始运作，其职能包括监督反应堆安全，颁发反应堆及放射性原料许可证，以及监管乏燃料的储存、安保、回收和处置等。核管会通过检查可以罚款，甚至直接关停核电站。核管会制定了堪称工业界的最高安全标准，且每家核电厂运营还要优于这些标准。核管会制定的涉核安保标准，也得到了素以严苛著称的美国国土安全部的认同。

核管会检查员不得和工人有私交

核管会向每个核电厂派驻至少两名检查员，可随时随地在工厂检查任何事项，运营方不得拒绝。检查员不住在工厂里，但必须住在附近社区，他们不能与核电厂员工发展私人社交，而且每7年必须更换一次常驻的核电厂。“我们在这里是为了维护健康和公共安全，希望与我们正在检查的电厂及员工保持专业的工作关系，不想损害我们的诚信，哪怕是可能影响我们诚信的看法。”核管会驻电厂检查员布兰顿·雷耶斯（Brandon Reyes）对美国媒体透露。此外，核管会还定期分析全球各地的涉核活动，以确定美国核电行业可能的改进措施。

行业组织的作用不容忽视

除了隶属于美国联邦政府的核管会，一些行业组织在美国核电安全运营过程中，也起到不可忽视的作用。

美国机械工程师协会（ASME），成立于1880年，当年许多蒸汽锅炉和压力容器频发故障，应运而生的该协会是美国历史最悠久的标准开发组织之一，也是一个工程学社团，还兼有研发组织、游说集团、教育机构等多重角色。作为一个标准开发组织，该协会在压力技术、核电站、电梯/自动扶梯、建筑、工程设计和性能测试等领域，持续开发和维护包括核电行业标准在内的近600种规范和标准，并在100多个国家广泛使用。笔者作为美国机械工程师协会地方协会的组织者，也参加过一些年会和培训，深感负责制定核电行业标准的部门，可能是该协会最一丝不苟严肃认真的部门，当然也是收入较高的部门，只是成员年龄普遍偏高，新生力量不足。

核电运营研究所（INPO）是美国一个由核电厂资助的行业组织，成立于1979年，旨在设定核电行业内的绩效目标、基本标准和指导方针，促进运营机制的改善和核电厂之间经验共享。核电运营研究所定期评估各核电厂，调查核安全的各方面，并把优势和不足都总结出来与各核电站分享，以共同提高。核电运营研究所对核电厂评估的结果不向公众披露，它在对各核电厂评估之后，按l到4分来打分，其中“INP0 1”是最好的分数，而“INPO4”则代表有严重运行问题，相关核电站必须加以整改。

1986年，苏联发生切尔诺贝利核事故，世界核电运营受到极大质疑。在美国核电运营研究所与欧洲的电力行业组织“国际电力生产和配电者协会（UNIPEDE）”的推动下，成立了世界核电运营者协会（WANO）。这是一个非官方机构，将核安全和核电运行业绩作为首要目标，各国核电站只要接受WANO的宗旨并向其承诺就可加入。WANO在国际上做着与INPO在美国类似的工作，通过核电同行评审、绩效分析、技术支持、行业发展和企业合作，促进有效沟通力保核电安全运营。不得不承认，在涉及系统性能和运营安全等方面，美国各核电厂都拥有WANO和INPO -贯的高分。

从业人员培训繁复还要当“义工”

美国核电厂的反应堆操作员，必须持有联邦执照才能运行或监督反应堆控制，而获得这种执照至少需要两年时间来通过美国核管会的一系列测试和认证。操作员在许可证有效期内每工作5至6周就要花一周时间在教室和反应堆模拟器上“再培训”。此外，反应堆操作员必须经过身体健康和心理健康认证才能上岗，所有核电厂员工在上岗前，必须接受执法部门的背景和犯罪记录调查。 核电工程师的要求就更高了。核专业的本科，甚至是硕士、博士毕业后，都要先考取见习工程师的执照，然后跟随专业工程师（Professional Engineer，PE）工作1至4年，再用至少4年考取专业工程师执照才能独立工作。很多人还会在这之后用十来年去考各种专业的涉核工程认证，期间会在相关行业协会当义工.比如参加美国机械工程师协会的标准评定等，说是义工，那是由于作为非营利组织的行业协会不给他们发工资，但这些“义工”所就职的核电公司一般会发相应工资和差旅费用。

按一个按钮也须二人确认

在核电站的控制室里，墙上挂着五颜六色的旋钮、操纵杆和开关板，让人觉得一個错误操作就会引发无可挽回的核灾难。其实这不太可能发生，因为对任何一项功能操作，核电厂都有多个备用系统，多个系统同时失效才会出事。

“核能一直是头条新闻，主要因为它给公众带来潜在巨大危险，而不是它提供了多少能源，”美国核管会检查员布兰顿·雷耶斯说，“它受到了不成比例的关注。”另一位检查员吉姆·卡拉福迪（Jim Krafty）说：“如果我认为核电厂不安全，就不会在这里工作。我曾在造纸厂和化工厂工作过，但我更愿意在核电厂工作。”

这两个检查员负责监管位于宾夕法尼亚州的“海狸谷”（Beaver Valley）核电厂的备用系统，并确保无需使用它们。他俩每天24小时待命，早上5点就到核电厂，检查并监控所有核电系统和部件。他们监管“第一能源”（First Energy）核运营公司的工作人员，该公司负责运营海狸谷核电厂。检查员通常会在控制室内确保所有旋钮和控制杆的位置正确并正常工作。任何一人在做任何操作前，都要向另一人确认。比如一个人想调整某个按钮，须经另一个同事确认可调整后，才能进行操作。

纵深防御 有多个独立保护层

美国的各核电厂采用“纵深防御”的安全措施，反应堆及配套设施有多个相对独立的保护层，每个保护层都有备用系统，还有多层物理屏障可防止意外的辐射泄漏。例如装入铀燃料的棒，装燃料棒的反应堆，以及容纳反应堆的钢筋混凝土建筑，都被多重保护层紧密“呵护”。一旦哪个保护层受到攻击或意外故障，其备用系统白行启动，以防止辐射泄漏。美国所有核电厂都在厂区不同地点加装了应急泵、发电机、蓄电池组、充电器、压缩机和软管，“备而不用”要远胜于“用而无备”。

既要防灾还需反恐

核电厂的防御体系必须足够强大，来抵御自然灾害和恐怖袭击。核反应堆由带钢板的约1米厚的钢筋混凝土保护，反应堆容器由约6英寸（约15厘米）的合金制成;反应堆安置在钢筋混凝土结构中，能抵御包括飓风、地震和洪水等自然灾害;反应堆的外殼建筑可承受喷气式客机直接撞击。

美国全国65座核电厂共有约9000名装备精良且训练有素的安保人员（其中许多有执法或从军经历）保护。核管会不到3年就对每座核电厂实施一次“反恐”演习，模拟敌人试图洞穿防御体系破坏核电站，要求核电厂的安保部队有效应对。

2001年9·11恐怖袭击发生后，美国各核电厂的外围增加了带刺的铁丝网，并部署更多荷枪实弹的安保人员严阵以待。其实对一架高速飞行的客机来说，核电站并不是一个简单目标，因为反应堆堆芯直径通常小于3米，高不到3.6米，它被封闭在一座由混凝土堡垒环绕的重型钢制容器中。大型客机准确“命中”的概率不亚于让“骆驼走钢丝”，而小型航空器的撞击则难以形成致命影响。

尽管反应堆堆芯受到严密保护，但一些管道、反应堆冷却设备，以及辅助设备和相邻的供电设施，则容易受到攻击。对此，核电站配备了多个应急冷却系统和备用电源。在所有这些备用措施都被破坏的极小概率事件中，堆芯才可能过热并融化，比如福岛核泄漏事件。即便在这种极端情况下，放射性材料仍被“封锁”在压力容器内。

当然，如果说核电厂有致命弱点，那就是用过的乏燃料储存设施。从反应堆中取出的乏燃料组件被保存在深水池中冷却并屏蔽其辐射。如果恐怖分子对冷却池实施精确攻击能让冷却水流失，导致乏燃料过热并融化。对此，各核电厂都有消防水带迅速向冷却池注水让乏燃料“不那么热”。

防黑客 每个核电站都是孤岛

“孤岛运营”是美国核电站独有的网络保护措施。核电厂的安全系统靠硬件连接，而不接入互联网。核电厂严格控制U盘、笔记本电脑或其他便携式电子设备的使用。核电厂员工要经过大量的安全筛检和培训，那些使用电脑等数字设备的工人会受到严格监控。

美国各核电站有十几年的抗黑客经验，美国的核行业于2002年成立了网络安全特别工作组，以不断监测威胁并加强防御，2008年还实施了美国能源行业第一个网络安全方案。

核电行业还与美国政府情报机构合作，以了解最新的网络攻击工具和技巧。核管会定期对每个核电厂的网络安全状况进行检查，并与国土安全部和能源部积极合作，以防止黑客攻击。

时刻准备灾难来临

在美国核电领域有一句话，“核电站必须期待最好的结果，准备最差的情况发生”，因为要时刻准备灾难来临，所有核设施能抵御白然灾害和其他紧急情况。每个核电厂都有相同的目标：保护社区和员工，并为此制定了应急反应计划。这些计划必须经过联邦政府批准，各核电站还要经常测试和改进计划。

美国核管会和联邦紧急事务管理机构（FEMA）制定总体要求，各核电运营商制定出符合要求的详细计划，运营商还与地方和州政府合作，培训警察、消防员和医务人员等急救员。

美国各核电厂每个月都会进行培训和演习，每两年都会与州和地方政府机构以及核管会执行应急演习。演习结束后，每位参与者都要深入剖析问题，并寻找需要改进的领域。

研发安全退役修复环境

1957年美国建成世界上第一座投入商业运营的核电厂，即位于宾夕法尼亚州的希平港（Shipping port）核电厂。目前美国全国有65座核电厂，105套核电机组。随着许多核设施在未来数十年内即将退休，其安全退役以及对其场地进行环境补救至关重要。为此，美国核行业协会和各核电厂积极与高校合作，研发放射性废物管理、土壤和地下水恢复、核设施停用及退役等方面的经验和最佳做法。

美国一些核电站目前正与科学、技术、工程和数学等专业学校和科研机构合作，大力推动核设施退役和环境修复领域相关的人才队伍建设，并与世界各地的相关机构在该领域开展联合研究。通过这种合作关系培训的学生，将来可能成为核电领域的科学家和工程师，他们将为解决涉及核电厂“安全退休”提供所需的创新。

作者：卓异

核电厂工程设计论文 篇3：

海洋环保政策收紧形势下核电厂海域排水工程发展趋势

摘 要：核电厂建设前期阶段，海洋环保政策相对较松，随着近期海洋环保政策的收紧，环境影响和用海用岛专题逐步上升至更重要的地位，甚至成为决定性因素。该文有针对性地对核电厂海域排水工程自身的特点，对其工艺、现状、设计流程、方案技术特点等进行系统的总结分析，并根据目前国家相关的海洋环保政策提出核电厂排水工程的未来发展趋势，为后期核电厂排水工程设计思路提供参考。

关键词：核电厂 排水工程 海洋环保政策 适应性 发展趋势

Development Trend of Drainage Works in Nuclear Power Plant under the Strict Marine Environmental

Protection Policy

WANG Bingchang

（CCCC-FHDI Engineering Co.， Ltd.， Guangzhou， Guangdong Province， 510230 China）

1 核电厂排水现状

核电作为清洁能源，其基本特性决定了在应对能源挑战中有能力发挥无可替代的重要作用，我国在现阶段发展核电也是调整能源布局的有效途径。中国核电己形成规模化批量化发展格局。经过30余年的发展，中国核电取得了举世瞩目的成就，不仅建成了一批技术先进、安全性好、运行业绩优良的核电厂 ，实现了从二代核电向三代核电的技术跨越，而且形成了核电发展完整的产业链和保障体系[1]。国内在运行和在建的核电厂主要有20座，包括辽宁省红沿河、徐大堡，山东省海阳、石岛湾，江苏省田湾，浙江省秦山、方家山、三门，福建省宁德、霞浦、福清、漳州，广东省大亚湾、岭澳、台山、阳江、陆丰、太平岭，广西省防城港，以及海南省昌江等核电厂 。所有核电厂全部分布在东南沿海地区，均采用以海水为最终热阱的一次循环冷却方式。因此，在海域取排水工程领域国内众多学者专家进行了大量的研究工作。其中，针对取排水总体方案方面，张俊等研究者研究了不同取排水方式的優缺点和适应性，取排水构筑物常用的平面布置方式及所考虑的取水安全、温排水、潮流、泥沙和波浪等因素;吴庆旺[2]则给出了滨海核电厂取排水方案研究的逻辑，同时提出海洋生态红线制度、环境影响评价、通航条件影响评价、核电标杆电价等新的形势下取排水方案新要求。而在结构方面，针对暗排方案制定并发布了《核电厂取排水隧洞结构设计规范》。从节能减排方面，张爱玲等研究者强调了环境保护因素尤其是减少热污染影响对设计的重要性，说明了通过合理设计取排水工程可以达到的节能减排效果。核电厂建设前期阶段，海洋环保政策相对较松，建设因素中工程费用为主导因素，随着近期海洋环保政策的收紧，环境影响和用海用岛专题逐步上升至更重要的地位，甚至决定性因素。前人的研究多数基于取排水方案的内容，由于取水安全的重要性，设计中也出现“重取水，轻排水”现象。该文有针对性地对核电厂海域排水工程自身的特点，对其工艺、现状、设计流程、方案技术特点等进行系统的总结分析，并结合目前国家相关的海洋环保政策提出核电厂排水工程的未来发展趋势，为后期核电厂排水工程设计思路提供参考。

2 核电厂排水工艺

国内核电厂项目排水工程可大致分为暗管排水方式和明渠排水方式两种型式。这两种方式均是由厂区虹吸井通过暗管穿堤至海域，不同的是穿堤出来后，暗管排水方式则将暗管继续延伸至排水点通过排水头部排出（包括近岸直接排出的方式）;而明渠排水方式则是再通过单边堤或者双堤导流至排水点处，排水流程工艺如图1所示。这两种排放方式应用均很广泛。经统计，20座核电厂中有9座采用暗管排水（其中红沿河、秦山、三门、宁德和阳江核电厂采用短暗管近岸排放;昌江核电厂 一期工程采用长约2.2 km沉管排水;方家山、陆丰一期工程和太平岭一期工程分别采用1.1 km、3.5 km和2×3.5 km盾构隧洞排水），其余11座采用明渠排水。从统计结果可以看出核电厂建设前期阶段，海洋环保政策相对较松，建设因素中工程费用为主导因素，排水工程多为明渠排水方式或者短暗管近岸排放（共16家）。

3 排水方案设计流程

根据《核电厂可行性研究报告内容深度规定》（NB/T 20034—2010），核电厂新建、扩建工程均应开展可行性研究，编制工程可行性研究报告，为项目决策提供科学研究。为完成可研报告的编制以及获取有关论证结论等，在可行性研究阶段，开展单项、专篇或专题研究工作，以及国家政府职能部分规定的工程建设需开展的其他相关专题或专项工作。这些专题中波浪模型试验、潮流泥沙试验、海陆域地形测量和地质勘查主要为排水方案的研究提供基础数据，温排水试验、通航安全影响评价、环境影响评价、排水工程方案报告主要为排水方案研究提供评价方法和标准。海域使用论证主要为排水方案提供实施载体。各专题之间相互配合和相互迭代共同研究出推荐排水方案。随着近期海洋环保政策的收紧，环境影响和用海用岛专题逐步上升至更重要的地位，环境影响贯穿于设计施工运行整个电厂的生命周期。在选址阶段就要对环境敏感点进行初步的筛选，在设计施工过程中环境影响成为方案是否可行的决定性因素之一，环境影响评价结果将直接影响到用海用岛的申请进而影响到项目的立废[3]。

4 海洋环保政策收紧形势下排水工程发展趋势

4.1 明渠排水方案技术特点

排水明渠由排水导流堤联合排水内护岸（厂区护岸）围成。目前，所建核电排水导流堤均采用斜坡堤形式，导流堤的设计施工技术十分成熟。该结构型式对沉降及变形适应性强，较适用于水深不大、石料价格较低或有大量石方来源的工程项目。明渠排水方案对于环境的影响较大，首先，明渠排水方案需要建设不透水的实体堤，堤体的建设将对近岸的流态产生影响，进而影响近岸海环境;其次，建设不透水堤占用部分用海空间，对底栖生物的原始生活场所造成不可逆的破坏;最后，堤体建设时抛石施工和地基处理时会造成水体浑浊，水环境影响较大。对于地基处理方案，常用的地基处理方法主要有爆破挤淤法、排水固结法、挤密砂桩法和开挖换填法等方式。其中爆破挤淤法与开挖换填法所需石方量较大，对海洋环境影响也较大;挤密砂桩和排水固结法，对环境影响较小[4]。

4.2 暗管排水方案技术要点

暗管排水根据施工方式不同又分为明挖法暗管排水和暗挖法暗管排水，明挖法例如沉管排水、HDPE管排水等，暗挖法则如矿山法隧洞排水和盾构法隧洞排水。

明挖法暗管排水方式中，沉管排水在现阶段核电厂海域排水工程中有应用，成功运用于海南昌江一期排水工程中。沉管排水中的关键技术：沉管基础设计[5]，连接型式、接头设计、沉管安装，以及结构计算[6]等方面，均有相关的研究，技术成熟。但是，由于沉管自重较大，对地基的要求高，适用于地基承载力较好的地质条件，以免后期发生不均匀沉降导致泄漏。

暗挖法暗管排水中，矿山法采用人工开挖，支护封闭前，安全性差，在核电厂海域排水工程应用较少;盾构法隧洞法具有机械化程度高、施工速度快、安全性好等优点，盾构隧道衬砌采用预制管片，现场拼装，防水效果好、质量可靠。陆丰核电厂海域排水工程采用的是盾构隧洞方案。盾构隧洞中从盾构机的回收和最大限度利用，提出灯泡线方案;隧洞转弯半径、管片宽度和厚度、管片楔形量、拼装方式等方面，以及排水头部的设计参照已有的规范和已建工程，技术较成熟。

对于暗管排水方案，隧洞排水方案实施绝大部分位于原泥面以下，只有排水头部实施时对周边海域环境产生影响。相比之下，沉管排水方案实施时需要进行沿线开挖，对周边环境影响较大，施工完成后，沿线基本恢复至原泥面，因此影响是暂时的、可恢復的。

4.3 新形势下排水方案发展趋势分析

4.3.1 明渠排水方案需同步进行生态保护修复方案编制工作

新形势下，明渠排水方案需同时进行生态保护修复方案编制工作。首先，针对排水堤对近岸潮流泥沙的影响，需要通过潮流泥沙专题试验，尽量优化排水导流堤的轴线位置和走向，尽量做到顺流，减少冲淤影响。其次，对于排水堤建成后对自然岸线和水域空间的永久占用形成对底栖生物生活空间的侵占的情况，排水堤建筑材料应体现生态重建和景观建设方面的需求，采用绿色水泥、生态混凝土等绿色环保、适宜海域生态系统重建的无害化建筑材料，以利于植物生长和藻类、贝类附着，形成新的底栖生物生活空间，促进恢复生物多样性。因地制宜地采用生态格栅、生态护面（含生态袋、植物砌块、生态溢水砖、箱式绿化挡墙等）等生态设计措施，构建海堤生态带建设的有利条件。最后，对于施工期影响，选用对环境影响较小的施工方案，针对施工期的悬沙影响，条件允许的情况下，设置拦污屏，减小影响范围。当前正在实施的霞浦核电厂包括明渠排水工程在内的厂区填海造地和明渠取水工程均对环境影响较大，目前正在开展生态保护修复方案编制工作。

4.3.2 暗排方案环境影响优势日益凸显

2017年以来，国家出台了一系列严控围填海和破坏自然岸线等保护海洋生态政策，受其影响排水堤的用海申请难度加大。为遵循“项目排水口设置应当体现离岸深水的原则”，暗排方案更能体现出离岸深水排放的优势。在暗管排水方案中，以沉管排水为代表的明挖法暗管方案，在施工期对工程海域的环境影响较大，施工完成后，工程海域地形基本恢复至原泥面，对海流和泥沙冲淤影响较小，海域生态环境也能够更好地进行自我修复。而以盾构隧洞为代表的暗挖法暗管方案，对工程海域的影响更小，仅排水头部实施时对周边海域环境产生局部较小影响。对比明排方案，暗管排水方案不仅占用岸线和海域空间小，对海域环境影响小，逐步在核电厂排水工艺中成为主导。例如：徐大堡核电厂和海阳核电厂后续工程，受生态环境影响，不再利用已建的排水明渠，而是采用新建暗管排水方案。

4.3.3 暗管排水新工艺发展

暗管排水方案，盾构排水工程费用高，施工周期长，安全性较低。沉管排水方案对地基承载力有一定要求，对于像宁德、霞浦等软土层厚的厂址而言，沉管排水方案的适用性较差，需要进行地基处理，避免其运行期间发生不均匀沉降导致泄漏影响环境。从而对于宁德、霞浦等软土层厚的厂址，HDPE管（高密度聚乙烯管）和HMPP管（高模量聚丙烯管）排水工艺有更优的适用性。HDPE管（高密度聚乙烯管）和HMPP管（高模量聚丙烯管）在市政排水工程中应用广泛，这些材料具有高韧性、化学性能稳定、使用寿命长、耐腐蚀性强、对地基承载力要求低等优点。目前，在国外某些海域排水工程已有实际应用，比如：HDPE大口径缠绕管在菲律宾某燃煤电厂取排水工程中有应用[7]、HDPE缠绕管（DN3000）在秘鲁首都利马污水处理厂中被用于深海排水、HMPP缠绕管（DN3000和ND2000）应用于阿联酋布扎比炼油公司冷却水排海项目中等。尽管这两种材料在核电厂排水工程中应用尚存在相关问题：（1）核电厂取排水量大，目前这两种管材直径最大能做到4.5 m，需要进一步进行提升内径;（2）管段之间的连接方式，尤其是水下连接的方式，和接口的耐久性;（3）管段配重形式;（4）大直径管段的运输和安装;（5）管道运行过程中对地基不均匀沉降所产生的应力的承受能力;（6）管道损坏的维修和更换问题。但是其应用前景还是值得期待的。

5 结语

核电厂建设前期阶段，海洋环保政策相对较松，建设因素中工程费用为主导因素，排水工程多为明渠排水方式或者短暗管近岸排放。2017年以来，国家出台了一系列严控围填海和破坏自然岸线等保护海洋生态政策，随着用海政策的收紧，方案设计中更注重对环境的影响。暗排方案环境影响小的优势日益凸显，后续核电厂建设中，更多是考虑暗排方案。明渠排水方案即便是同步进行生态保护修复方案编制工作，在用海审批中也存在较大的难度。暗管排水工艺中，HDPE管（高密度聚乙烯管）和HMPP管（高模量聚丙烯管）等材料的应用，使暗排方案有更好的发展和应用空间。

参考文献

[1] 赵成昆.中国核电发展现状与展望[J].核动力工程，2018，39（5）：5-7.

[2] 吴庆旺.新形势下滨海核电厂取排水方案研究[J].给水排水，2017，53（10）：68-71.

[3] 中华人民共和国交通运输部.防波堤与护岸设计规范：JTS154-2018[S].北京：人民交通出版社，2018.

[4] 张海元，罗会文.沿海拦污屏环保工程施工技术[J].施工技术，2017（S1）：1222-1224.

[5] 戈龙仔，刘针，陈汉宝.海底取排水工程玻璃钢管受力特性试验研究[J].中国港湾建设，2020，40（1）：26-31.

[6] 刘毅，刘晗晗.核电厂取排水暗涵结构计算方法研究[J].港工技术，2018，55（3）：102-105.

[7] 洪丰，李舜坤.大型HDPE管在电厂取排水工程中的应用[J].中国水运，2020，18（9）：178-179.

作者：王秉昌