CN104134477A - 核岛洞室群环形布置地下核电站 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核岛洞室群环形布置地下核电站，包括利用核裂变能产生蒸汽的核岛，所述核岛设置在地下洞室群中，所述地下洞室群包括设置在地下的用于放置反应堆厂房的反应堆厂房洞室和辅助厂房洞室群，所述辅助厂房洞室群围绕反应堆厂房洞室呈环形布置。本地下核电站核岛洞室环形布置型式使得现有地下洞室开挖技术满足地下核电站建设要求，同时洞群环形布置与地面核电站核岛各厂房布置方位基本相同，对现有地面核电站工艺系统调整较小。

Description

核岛洞室群环形布置地下核电站

技术领域

本发明涉及地下核电技术，具体地指一种核岛洞室群环形布置地下核电站。

背景技术

前苏联切尔诺贝利核事故、美国三哩岛核事故、以及日本福岛核事故表明，在极端事故情况下现有地面核电站不足以有效防控核泄露，确保核安全。为此，国内外一些学者、研究机构提出将大型商业核电站建设于地下，利用岩体的天然屏蔽作用，使极端事故情况下核污染得以有效控制，提高核电站的安保等级。美国、日本、前苏联、欧洲等国家和地区自上世纪70年代至今，陆续进行了地下核电站的概念设计研究，其建设的基本思路是将核电站涉核设备，例如反应堆、蒸汽发生器、主泵、稳压器、一回路管道及相关附属设备等，安放于地下洞室内。这种建设方式，设备布置灵活，地下洞室规模较小，洞室施工开挖难度较低。

虽然相关研究早已有之，但目前世界上并无大型商业地下核电站的工程实例。这主要是因为：①将核电站建设于地下，由于洞室开挖，土建工程费用将有所增加；②为降低设备运行的事故率，在核电站建设过程中应尽量减小对参考电站现有设备工艺系统的改动。如按照上述地下核电站建设思路，将核电站涉核设备根据地下洞室的空间要求，灵活布置于洞室内，虽然能在一定程度上减小洞室规模，但将使涉核设备的布置与现有地面参考电站有较大不同，从而需进行大量的安全性评估和论证，且不符合世界第三代核电建设标准化、模块化的总思路。

现有地面商业核电站核岛各厂房，例如反应堆厂房、燃料厂房、电气厂房、安全厂房、核辅助厂房等，其内部设备布置均经过严格论证，具有标准化和模块化的特点。由此，大型商业地下核电站建设中，应尽量保障核岛各厂房的结构形式、相互位置关系、内部设备布置等不进行大的改变，以减少核工艺系统的调整。但是，受地下洞室开挖技术的限制，难以提供一个足够大的洞室，将现有地面核岛各厂房完全复制建设于地下。因此，有必要研究一种地下核电站核岛建筑物的布置型式，即保障核岛各厂房的结构形式、相互位置关系、内部设备布置等不进行大的调整，又能满足现有地下洞室开挖技术的要求。

发明内容

本发明的目的提供一种技术可行、经济合理的核岛洞室群环形布置地下核电站，将现有地面核电站核岛建筑物布置于地下岩体中。

为实现上述目的，本发明所设计的核岛洞室群环形布置地下核电站，包括利用核裂变能产生蒸汽的核岛，其特征在于：所述核岛设置在地下洞室群中，所述地下洞室群包括用于放置反应堆厂房的反应堆厂房洞室和辅助厂房洞室群，所述辅助厂房洞室群围绕反应堆厂房洞室呈环形布置。其中，所述辅助厂房洞室群包括用于放置电气厂房的电气厂房洞室、用于放置燃料厂房的燃料厂房洞室，用于放置安全厂房的安全厂房洞室，用于放置核辅助厂房的辅助厂房洞室，用于安放主蒸汽阀兼有运输、检修、泄压作用的连接厂房洞室。

优选地，所述辅助厂房洞室群由连接厂房洞室开始逆时针方向依次是燃料厂房洞室、辅助厂房洞室、安全厂房洞室、电气厂房洞室。这种厂房布置顺序与现有地面核岛厂房布置顺序基本相同，但为满足洞室群围岩稳定要求，辅助厂房与反应堆厂房有一定间距。如此，与地面核电站核岛厂房相比，地下核电站核岛辅助厂房与反应堆的位置关系仅是沿径向拉伸，辅助厂房与反应堆厂房间的贯穿管线仅需沿径向加长，不用对反应堆厂房及辅助厂房的内部设备布置进行大量调整，核工艺系统调整较小。考虑到核电站的核安全性要求，对现有核工艺系统的调整越小，越有利于核电站的安全运行。

进一步地，所述辅助厂房洞室群与反应堆厂房洞室间设置具有交通、管道、电缆、消防、通风作用的连接隧洞。如此，可保证各辅助厂房与反应堆厂房之间的管道、电缆布置于相对独立的隧洞内，且各辅助厂房洞室内的工作人员可不通过其它洞室直接进入反应堆厂房洞室，利于核安全防护分区。

更进一步地，所述辅助厂房洞室群外围布置有主交通隧洞，所述辅助厂房洞室群的各洞室均设置有至少两条交通支洞与主交通隧洞连接，其中，所述主交通隧洞两端均通达地表，与地面形成两个出入口。如此，可保证各辅助厂房洞室均直接与主交通隧洞连接，便于设备运输，避免洞室间施工的相互干扰；同时，各辅助厂房洞室均有两个隧洞与主交通隧洞连接，主交通隧洞两端均通达地表，可保证在极端事故情况下，如一个出口因事故无法通行的情况下，人员可通过另一个出口及时逃离。

再进一步地，所述反应堆厂房洞室上部岩体或地表设置非能动水池，所述非能动水池通过管道与反应堆厂房喷淋系统连接，以便核事故工况下冷却水自流进入反应堆厂房。

本发明将核电站中涉核建筑物布置于不同的地下洞室内，从而形成呈环形布置的核岛地下洞室群。其有益效果主要体现在：

(1)通过将核岛各厂房布置于不同的地下洞室内，将单个洞室的空间尺寸控制在已建地下洞室的规模以内，从而确保现有的地下洞室开挖技术能满足地下核电站核岛中的涉核建筑物(如反应堆厂房及带放射性的核辅助厂房)布置于地下的要求；

(2)燃料厂房洞室、辅助厂房洞室、安全厂房洞室、连接厂房洞室、电气厂房洞室等围绕反应堆厂房洞室呈“环”形布置，与地面核电站核岛各厂房布置方位基本相同，对现有地面核电站工艺系统调整较小；

(3)各涉核厂房布置于独立的洞室内，有利于核事故情况下核污染的分区隔离；

(4)各洞室顶部岩体厚度超过常规武器打击或飞射撞击的深度，能有效防止导弹打击和飞机撞击。

附图说明

图1为核岛洞室群环形布置地下核电站结构示意图。

图2为图1的俯视结构示意图。

图中：反应堆厂房洞室1，电气厂房洞室2，燃料厂房洞室3，安全厂房洞室4，核辅助厂房洞室5，连接厂房洞室6，设备运输第一隧洞7，设备运输第二隧洞8，管道隧洞9，主交通隧洞10，非能动水池11，管道12，辅助厂房洞室群13，连接隧洞14，交通支洞15。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。

按照尽量维持现有地面核电站核岛各厂房布置型式以减少核工艺系统调整的基本思路，本发明将核岛各厂房置于地下时，基本维持现有地面核岛各厂房的相对位置关系。但为满足围岩稳定的要求，需将核岛各厂房分别建设于不同的地下洞室中，且洞室间距应满足围岩稳定要求。如此，由于核岛各厂房由地面的相互紧挨，变为相互独立建设于不同洞室，各厂房间距增大，从而带来各厂房间贯穿管线长度的调整。同时，将核岛置于地下山体中，核岛的外界环境由大气变为了岩体，带来交通、消防、通风等问题，需布置多条连接隧洞。

图中所示的核岛洞室群环形布置地下核电站，包括利用核裂变能产生蒸汽的核岛，核岛设置在地下洞室群中，地下洞室群包括用于放置反应堆厂房的反应堆厂房洞室1、用于放置辅助厂房的辅助厂房洞室群13。辅助厂房洞室群13包括用于放置电气厂房的电气厂房洞室2、用于放置燃料厂房的燃料厂房洞室3，用于放置安全厂房的安全厂房洞室4，用于放置核辅助厂房的辅助厂房洞室5，用于安放主蒸汽阀兼有运输、检修、泄压作用的的连接厂房洞室6。反应堆厂房洞室1位于核岛洞室群的中部，辅助厂房洞室群13呈环形围绕其布置。其中，辅助厂房洞室群由连接厂房洞室6开始逆时针方向依次是燃料厂房洞室3、辅助厂房洞室5、安全厂房洞室4、电气厂房洞室2。

反应堆厂房洞室1为圆筒形，直径46m，高87m；电气厂房洞室2为城门洞形，尺寸16m×54m×67m(宽×高×长，下同)；燃料厂房洞室3为城门洞形，尺寸19m×67m×70m；安全厂房洞室4为城门洞形，尺寸19m×54m×95m；辅助厂房洞室5为城门洞形，尺寸38m×60m×72m；连接厂房洞室6为城门洞形，尺寸30m×46m×69m。

为满足洞室顶拱围岩稳定和防御武器打击的要求，并经弹塑性有限元计算，反应堆厂房洞室1和辅助厂房洞室群13的各洞室顶部岩体厚度应大于70m，本方案洞室顶部岩体厚度为135m；为满足洞室间岩体稳定要求，经弹塑性有限元计算，优选反应堆厂房洞室1与连接厂房洞室6间距L1为50m，反应堆厂房洞室1与燃料厂房洞室3间距L2为50m，反应堆厂房洞室1与核辅助厂房洞室5间距L3为50m，反应堆厂房洞室1与安全厂房洞室4间距L4为50m，反应堆厂房洞室1与电气厂房洞室2间距L5为80m。

为满足反应堆厂房内蒸汽发生器等大型设备的运输要求，距反应堆厂房洞室1底部29m高处建设有设备运输第一隧洞7，设备运输第一隧洞7与连接厂房洞室6联通并经由设备运输第二隧洞8连接到地表。反应堆厂房内的蒸汽发生器等大型设备通过设备运输第二隧洞8由地表运达连接厂房洞室6，在连接厂房洞室6内经吊车垂直运输至设备运输第一隧洞7，并转运至反应堆厂房；主蒸汽管道连接反应堆厂房与地面汽轮机厂房，布置于距反应堆厂房洞室底部9m高处管道隧洞9内，主蒸汽管道上设置有主蒸汽阀室，主蒸汽阀室位于连接厂房洞室6内；为满足交通、消防、通风、电缆、管道等要求，反应堆厂房洞室1与辅助厂房洞室群13的各洞室通过连接隧洞14连接，并且辅助洞室群13中各相邻洞室之间也由连接隧洞14相通；反应堆厂房洞室1和辅助厂房洞室群13外围设有主交通隧洞10，为满足交通、消防、通风等要求，辅助厂房洞室群13的各洞室均建设至少2条交通支洞15与主交通隧洞10连接；主交通隧洞10两端通达地表，与地面形成两个出入口。

反应堆厂房洞室1上部的地表建设非能动水池11。非能动水池11通过多条管道12与反应堆厂房的喷淋系统连接，以便核事故工况下冷却水自流进入反应堆厂房。

以上所述仅是本发明的一种实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.核岛洞室群环形布置地下核电站，包括利用核裂变能产生蒸汽的核岛，其特征在于：所述核岛设置在地下洞室群中，所述地下洞室群包括用于设置反应堆厂房的反应堆厂房洞室(1)和用于设置辅助厂房的辅助厂房洞室群(13)，所述辅助厂房洞室群(13)围绕反应堆厂房洞室呈环形布置。 

2.根据权利要求1所述的核岛洞室群环形布置地下核电站，其特征在于：所述辅助厂房洞室群(13)包括用于放置电气厂房的电气厂房洞室(2)、用于放置燃料厂房的燃料厂房洞室(3)，用于放置安全厂房的安全厂房洞室(4)，用于放置核辅助厂房的核辅助厂房洞室(5)，用于安放主蒸汽阀兼有运输、检修、泄压作用的连接厂房洞室(6)。 

3.根据权利要求2所述的核岛洞室群环形布置地下核电站，其特征在于：所述辅助厂房洞室群(13)由连接厂房洞室(6)开始逆时针方向依次是燃料厂房洞室(3)、核辅助厂房洞室(5)、安全厂房洞室(4)、电气厂房洞室(2)。 

4.根据权利要求3中所述的核岛洞室群环形布置地下核电站，其特征在于：所述辅助厂房洞室群(2)与反应堆厂房洞室(1)间设置具有交通、管道、电缆、消防、通风作用的连接隧洞(14)。 

5.根据权利要求4中所述的核岛洞室群环形布置地下核电站，其特征在于：所述辅助厂房洞室群(2)外围布置有主交通隧洞(10)，所述辅助厂房洞室群(2)各洞室均设置有至少两条交通支洞(15)与主交通隧洞(10)连接，其中，所述主交通隧洞(10)两端均通达地表，与地面形成两个出入口。 

6.根据权利要求1～5中任一项所述的核岛洞室群环形布置地下核电站，其特征在于：所述反应堆厂房洞室(1)上部岩体或地表设置非能动水池(11)，所述非能动水池(11)通过管道(12)与反应堆厂房洞室1内反应堆厂房喷淋系统连接。