核电厂澄清池伞形板设计方案

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1项目背景

国外某核电项目中,核电厂的水处理厂负责向整个核电厂厂区提供生产用水(34000m3/d)、生活用水(8800m3/d)、消防用水以及提供化学水处理的原水(7200m3/d)。水源取自核电厂附近的运河,净水工艺包括澄清、过滤、消毒,水厂的出水经二级泵房加压送入供水管网。

2澄清池和伞板

澄清池是水厂的净水构筑物之一,澄清池共四座,每座处理量为520m3/h。常见的澄清池类型有:悬浮澄清池、脉冲澄清池、机械搅拌澄清池和水力循环澄清池。本项目采用的是机械搅拌澄清池。机械搅拌澄清池,主要由第一反应(絮凝)室、第二反应(絮凝)室、导流室、分离室及机械搅拌装置等组成。整个池体上部是圆筒形,下部是截头圆锥形。加过药剂的原水在第一絮凝室和第二絮凝室内与高浓度的回流泥渣相接触,达到较好的接触絮凝效果,结成大而重的絮凝体,在分离室中进行分离,多余的泥渣经泥渣浓缩室由排泥管排出,清水则在澄清池上部被集水槽收集,然后进入后续处理单元。机械搅拌澄清池中有一块伞形板(见图1),其作用是将第一反应(絮凝)室和分离室分隔并起到导流作用,保证机械搅拌澄清的功能得以实现。按原设计方案,该伞形导流板为一块150mm厚的伞形混凝土板,伞形板板面带有一定的弧度。这块伞板本应在澄清池浇筑时一同完成,但是在制作安装上业主提出了他们的困扰:由于弧形断面的混凝土伞板不易制造,而且应力能力也较平口断面的混凝土板差,此外,混凝土板大而厚重,安装时空隙小,澄清池在施工安装上存在一定的技术困难。而业主方的运维部门也提与之有关的担忧,如果该伞形板出现开裂或者应力上的破损,运维阶段将没有维修的技术措施,而由于核电厂的特殊性,电厂对水源的可靠性有着很大的依赖,于是也提出了提高澄清池运维可行性的需求。

3伞形板研发方案比选

经过多次与业主方的沟通与市场调研,决定重新设计这块澄清池的伞形板,新设计的伞形板在水力、结构、防腐性能不下降的前提下,还需要便于制造、便于运输、便于施工安装以及具备一定的经济性。设计根据新的要求以及结构评估,提出了三种新的伞板设计方案:方案一,新伞板采用碳钢板外涂环氧树脂,板厚约10mm左右;方案二,新伞板采用不锈钢加筋材料,板厚约3~5mm;方案三,新伞板采用不锈钢加筋材料,伞板拆分为两段分体式独立结构,板厚约3~4mm,方案三是基于方案二在制造工艺上的一种优化。三个方案的思路都是考虑把原来与池体一起浇注的混凝土伞形板改为可以独立安装的钢板,除了便于施工的目的外,还增加了运维的可行性,由于水厂对核电厂的运行有着重要的支持,提高水厂构筑物的运维能力,对水厂的稳定运行有着重要意义。原方案与三个新方案的示意如图2所示。经过分析和市场调研,对澄清池中伞形板研发的三个改造方案进行了多个维度的评估(见表1)。由表1可见,方案三的不锈钢两段分体式伞板在施工安装、容积影响、水力条件、防腐耐用以及运维方面,都具有一定的优势,特别是在制造和安装方面,将一块大的伞板分为两部分分别加工、分别安装,使得制作难度的大幅降低,上下两部分都与澄清池主体上独立的预埋件焊接,故可调整度高,精度变得更可控,密封性能较好,避免了变形,从而也提高了水力效果,此外,与澄清池整体浇筑的混凝土伞形板改为可拆卸的加筋不锈钢伞形板后,运维也变得可控。最后,由于一块大的伞板拆分成了两块,降低了包装和运输的成本,减少了运输中的风险,方案三的总成本也在可控的范围内,综合上述评估分析,方案三的综合评分是最高的。比选的三个伞形板改造方案及其优劣评估与业主讨论后,对于选择方案三达成了一致,设计修改了澄清池的相关施工图,之后,这组澄清池也顺利施工建成。目前,这座核电厂已经建造完成,电厂中的这座水厂也正常运行至今。

4结语

国外工程项目设计工作中,遇到的问题不仅仅与技术有关,还会涉及其制造工艺、施工能力、管理水平、技术措施以及市售材料等等,因此在进行国外工程项目的设计中除了对工艺设备的理解外,还需要更多地站在对方的角度来处理项目中遇到的问题。而核电项目的设计中,考虑到核电厂自身的安全性和经济性特点,设计方需要以保证核电厂安全、稳定运行为大前提,在设计过程中需要尽可能地提高施工的便利性、可靠性,也需要给运维人员留有可操作性。本核电项目中澄清池伞板的研发就是一个好的案例,结合项目特点在现有工艺上进行灵活调整,配合以充分的调研和论证,而最后的成果也使业主在多个维度上得到了满意的答案。

作者:贺光宇 单位:上海核工程研究设计院有限公司