壓水堆安全保障水池全天候自動化池底清淤系統設計①

李福春 彭軍 余峰 王小兵

摘? ?要：壓水堆在國家新能源發展戰略中擁有重要地位。安全保障水池作為壓水堆重要的安全設施，承擔著壓水堆正常運行時的多項重要功能。廠外取水過程中大量的泥沙跟隨河水進入安全水池，沉降的淤泥嚴重影響了對儲水量的技術要求，對安全保障水池應急功能的正常使用帶來了極大的隱患。同時，大量的泥沙進入系統后，對閥門、泵體、管道、設備等造成磨損，降低了設備的使用壽命。本研究主要解決了在安全保障水池正常使用過程中淤泥清除的問題。結合安全保障水池的技術文獻及前期清淤工作經驗，秉承綠色環保的理念，給出了設計原理及設計方案。本方案滿足了不破壞安全水池物理結構、保證安全水池使用性能、自動化控制、長期水下作業、設備小型化、成本合理、便于市場推廣等技術要求。該設計可推廣到其他核電站、大型管道、水池等清淤領域，對水下清淤工作的研究提供了一定的參考價值。

關鍵詞：全天候? 水下清淤? 壓水堆? 安全保障水池

中圖分類號：S969? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）05（b）-0052-03

安全保障水池作為壓水堆重要的安全設施，承擔了壓水堆正常運行時的供水及水力緩沖功能、正常停堆和事故停堆后的冷卻水源、全廠斷電事故或廠外供水喪失事故下事故停堆的最終水源等重要功能。除以上運行及應急功能外，安全保障水池還具有以下安全功能：（1）正常停堆和事故停堆后的設備冷卻水系統、余熱排出系統、二回路系統提供設備冷卻水源;（2）全廠斷電事故或廠外取水喪失事故而導致事故停堆情況下的最終水源，維持相關的正常運行。根據《安全保障水池運行規程》及《安全保障水池功能定期試驗規程》的相關規定，需要定期對安全水池進行清淤工作，以保證其穩定的使用性能。因此，加大對安全水池清淤系統的研究越發重要。

1? 清淤技術現狀

1.1 國內外清淤機研究現狀

國內外對清淤機的研究主要為三種類型：水下清淤、半旱式清淤、旱式清淤。水下清淤是在不抽池塘水的情況下作業，特點是全年均可進行作業，不影響正常的生產工作，清淤成本低，消耗勞力少。旱式清淤、半旱式清淤方法均是把池塘水抽干，用高壓水流將淤泥沖刷攪拌成泥漿狀態，泥漿泵將淤泥抽送出池塘利用其他專用機械通過泥斗將淤泥送上堤壩。根據安全保障水池長期儲水的特殊功能，本文主要對水下清淤及半旱式清淤進行研究比較，其主要類型及特點如表1所示[1-5]。

1.2 安全保障水池清淤現狀分析

目前，安全保障水池清淤工作采用完全排盡安全保障水池水源——自然晾曬若干天——采用消防水車沖洗——人工鏟除——再次注水的方式清淤。在反應堆正式安全運行期間，清淤過程中不宜采用目前排盡水源的方式進行清淤。目前的清淤方式還存在清淤周期長（10～20d）、耗費人力物力大、工作環境惡劣等缺陷。因此，調試及運行過程中如何在保證安全保障水池正常工況下清理出池底淤泥，成為一個重要的研究課題。安全保障水池三維簡圖及主要尺寸如圖1所示。

1.3 現有技術不足分析

綜合分析比較上述國內各種清淤工作的原理，雖然各具特色與優勢，但也有些共同的問題：（1）現有清淤技術很難實現自動化控制，需要人工控制完成清淤工作;（2）現有清淤技術很難實現晝夜不間斷的長期水下運行;（3）現有清淤技術很難實現在流水狀態下的正常清淤;（4）目前70%的池塘清淤技術向旱式清淤方式發展，對水下清淤技術研究不足;（5）現有清淤技術成本較高，動輒幾十萬甚至更高，性價比不高[6];（6）價格相對較低的一般在水面上工作，不僅造成水體的二次污染，還無法將淤泥清洗干凈，效率較低，清淤效果不理想;（7）現有清淤技術普遍要求在較寬的水域工作;（8）現有清淤設備體積普遍較大，操作笨重。

1.4 待研發的技術

結合安全保障水池具體特點，本設計欲實現以下創新性突破：（1）晝夜不間斷運行;（2）清淤設備自動路徑識別及自動工作控制[7];（3）水下密封防水運行;（4）不破壞現有安全保障水池設備及儀器的基礎上完成清淤工作;（5）低成本批量生產;（6）設備具有較高的通用性及市場推廣性。

2? 現場技術特點

2.1 技術要求

安全保障水池屬于非標件設計，其設計及使用均具有獨特性，現有技術不能滿足的工況需求主要有以下幾點：（1）由于安全保障水池需長期清淤，需實現全天候長時間工作及自動化控制的要求;（2）安全保障水池需常年儲水，不宜使用干式清淤技術;（3）安全保障水池水面被隔離墻劃分為多個小單元，水面工作區域較小;（4）安全保障水池屬于配套系統，對其研發、檢修成本具有一定限制;安全保障水池的隔離墻孔洞均在液面以下，在穿越各個隔離墻時，不宜在水面工作;（5）安全保障水池隔離墻不宜進行破壞性動工，常用的管道安裝技術無法引用到該設計;（6）安全保障水池處于廠區內部，不宜大型機械設備進入。

2.2 技術難點及解決方案

受安全保障水池安全性及工作特性要求，該設計主要存在的技術難點及相應的解決方案如表2所示。

3? 設計原理說明

3.1 結構設計

該項目目前處于初期理論論證階段，本文僅對工作原理進行說明介紹，清淤車組成及零件布置如圖2～圖6所示。

3.2 連接方式

本設計采用路徑識別及遠程遙控技術結合的方式實現小車全天候自行走的功用;綜合考慮驅動性能及結構復雜度，采用四電機獨立驅動的行走方式;增加四個配重塊，以保證車體的穩定性及輪轂與地面的摩擦性能;采用兩臺大型淤泥泵進行淤泥抽吸，淤泥泵入口與車底盤的喇叭入口連接，出口與移動支排污管入口連接;移動支排污管出口通過增加錐形結構的導向結構及電磁鐵結構與豎直支管連接;豎直支管與主管以普通快速接頭的方式在安全水池頂部連接;主管鋪設在安全水池頂部的人行走廊處;采用兩臺小型淤泥泵進行車體前端淤泥吹洗，該淤泥泵入口管設置在池水較清的水層，泵出口與吹洗管道法蘭連接。

3.3 工作方式

該清淤系統具體的操作流程為：（1）清淤工作開始前，由工作人員在安全水池頂端的人行走廊處鋪設主管道;（2）由工作人員鋪設豎直支管，并利用快速接頭實現豎直支管與主管道的連接;（3）路上檢查清淤車的性能，工作人員以普通快速接頭的方式連接清淤車與移動支排污管;（4）工作人員將清淤車沿安全水池內池壁放入安全水池內;（5）利用遙控的方式實現首次移動支排管尾端與豎直支管首端的結合;（6）清淤車在路徑識別的控制下在第一個安全水池單元開始清淤工作;（7）第一個單元清淤工作結束后，斷開電磁鐵控制電源，清淤車進入第二個安全水池單元;（8）接通電磁鐵控制電源，在路徑識別的控制下移動支排管尾端與第二個豎直支管連接。（9）循環工作模式，直至清淤工作結束。

4? 結語

本文創新性的設計了一款適合壓水堆的安全保障水池清淤工作的清淤系統。該設計利用距離傳感器及遠程遙控控制技術，解決了清淤過程的自動化控制及全天候水下清淤的問題;通過獨特的快速接頭技術，解決了在不破壞安全水池內部結構的前提下將排污管合理布置的問題;采用通用淤泥泵等標準件，解決了成本控制的問題;采用清淤裝置一體化的設計，解決了設備體積小型化的問題。該研究方案加工、生產、使用、維護成本不高，節能環保，對以后相關清淤設備的研究提供了一定的參考價值。

參考文獻

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