核电站沟道设计问题分析与改进建议

【摘要】核电站沟道分布范围广，沟道及其内部的管线是核电站工艺和电气系统的重要组成部分。文章介绍了三门核电一期工程沟道的设计情况，对比分析沟道盖板的优缺点，总结核电站沟道盖板的选取原则，并结合设计建造以及生产运行阶段发现的沟道设计问题，通过原因分析，为后续机组沟道设计提出改进建议，提高施工和运行便利性，降低生产运行成本。

【关键词】核电站;沟道;问题分析;改进建议

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.02.035

1、引言

管線是构成核电站水、电、气完整系统的重要组成部分，部分管线根据运行环境或检修需求敷设在沟道内。这些沟道根据工艺和电气系统接口位置的不同，通常会分布在电厂的各个区域。

与管线布置原则类似，沟道的布置也应满足短捷、顺直，适当集中的原则，有利于减少厂区室外用地。沟道埋深和宽度与管线的管内介质、布置要求和施工维修需求密切相关，核电站的沟道设计还需要考虑其特殊要求，如穿越实物保护围栏需要加设红外探测系统及格栅探测系统;沟道内部分系统管线和阀门定期检查和试验时需要频繁开启沟道盖板;厂区GIS设备对沉降较为敏感沟道需要采用桩基等。

核电站沟道设计的合理性直接影响电厂生产运行期间使用和维护的便利性，另外从提高沟道使用寿命、降低建造/维护成本和工业安全的角度考虑，沟道盖板还应结合沟道内介质特性、室内外环境和所处功能区域等情况选择合理的承载能力，并选用合理的材质。

2、三门核电一期工程沟道设计情况

三门核电一期工程沟道主要分布在主厂区、废水处理车间、循环水泵房和化水区域，另外还有穿越厂区范围较广的辅助蒸汽沟道、220kV电缆沟和500kV GIL沟道。厂区沟道以地表沟为主，沟道盖板主要采用混凝土盖板，盖板的宽度50cm左右，其长度、厚度和配筋与沟道宽度和承载能力相关。化水和废水处理车间等部分内部有腐蚀性液体的沟道采用玻璃钢盖板，室内电缆沟等少部分沟道采用花纹钢盖板，具体如下：

（1）主厂区室外沟道：主要是电缆沟和除盐水管线，宽度0.4m-0.8m，采用混凝土盖板。

（2）辅助蒸汽沟道：分为过道路段和非过道路段，宽度为0.7m、1.4m， 采用混凝土盖板。

（3）废水处理车间区域：包括废水管线、电缆沟和酸碱加药管沟等，宽度在1.0m左右，室外为混凝土盖板、酸碱加药管沟采用玻璃钢盖板，室内电缆沟采用花纹钢盖板。

（4）循环水泵房/加氯车间区域：包括加氯管线、排水沟和电缆沟，宽度0.8m-1.9m，排水沟采用玻璃钢钢板、电缆沟采用花纹钢盖板，其他沟道为混凝土盖板。

（5）开关站区域：主要是电缆沟，宽度为1.3m，采用混凝土盖板。

（6）化水区域：主要是水系统相关的管沟，宽度不等，主要采用混凝土盖板、室内少量采用玻璃钢格栅/盖板。

（7）三废区域沟道：主要是化学废液管线和电缆沟，均采用混凝土盖板。

（8）220kV电缆沟：宽度为1.3m，地表充沙沟，采用混凝土盖板。

（9）500kV GIL沟道：采用桩基基础，宽度为3.5m，采用混凝土盖板。

3、沟道盖板材质对比分析

核电站沟道盖板常用的主要有混凝土盖板、花纹钢盖板和玻璃钢盖板等几种。不同材质盖板的优缺点和对比情况如下：

（1）混凝土盖板

混凝土沟盖板优点是：刚度大，承载能力高;适应室外环境，耐腐蚀，使用寿命长;材料简单，预制方便，价格低廉。缺点是厚度较厚、重量大，安装和开启较困难。

（2）花纹钢盖板

花纹钢盖板一般采用碳钢制作，其优点是强度高、厚度薄，重量相对较轻。缺点是在盐雾环境下容易腐蚀;刚度低，易变形。通常较少采用不锈钢盖板，因为需要定制，且不锈钢盖板相对于普通钢盖板材料成本增加3～5倍。

（3）玻璃钢盖板

玻璃纤维增强塑料俗称“玻璃钢”，是以合成树脂为基体材料、以玻璃纤维及其制品为增强材料，通过一定的成型工艺制成的聚合物复合材料。玻璃纤维是玻璃钢中的主要承力组分，玻璃钢的力学性能在很大程度上取决于玻璃纤维增强材料的性能、含量和使用状态。玻璃钢质轻高强且耐腐蚀，密度只有碳钢的1/4～1/5，抗拉强度略低于碳钢的强度，具有非常优越的耐酸、耐碱、耐有机溶剂的性能。

但玻璃钢也存在明显的局限性：1）易老化，耐久性差，使用寿命短。玻璃钢材料在日光和空气的作用下容易发生老化，出现表面失去光泽， 树脂与玻璃纤维剥离， 机械强度下降等问题，限制了在户外的应用。通常玻璃钢材料的使用寿命为15～20年，且不同厂家玻璃钢的耐久性差别较大;2）刚性不足。树脂材料本身是低弹性材料，在相同的荷载下，玻璃钢的变形性更大。

表1   沟道盖板优缺点对比

盖板类型 优点 缺点

混凝土盖板 刚度大，承载能力高;

耐腐蚀，使用寿命长;

材料简单，预制方便，价格低廉。 厚度较厚、重量大，安装和开启较困难。

花纹钢盖板 强度高、厚度薄，重量相对较轻。 盐雾环境下易腐蚀;刚度低，易变形。

玻璃钢盖板 质轻高强、耐腐蚀。 易老化，使用寿命短;刚性不足。

核电站一般位于沿海地区，长期处于盐雾腐蚀环境下，室外沟道采用花纹钢盖板容易发生腐蚀，进而增加维护成本和工业安全隐患。玻璃钢盖板质轻高强，是一种较优质的材料，但根据某核电站玻璃钢格栅盖板破裂导致人员坠落事件的经验反馈，以及三门核电室外玻璃钢盖板实际使用情况来看，多处玻璃钢盖板出现了微裂纹和变色的情况。因此，玻璃钢盖板在室外环境下容易老化，影响使用寿命。

因此，考虑核电站位于沿海环境，且运行寿命长达60年，建议厂区室外沟道以混凝土盖板为主，在条件允许且满足功能要求的区域（如室内），采用玻璃钢盖板或钢盖板。

4、三门核电沟道设计问题与经验反馈

三门核电一期工程建设期间和投运后，发现部分区域的沟道设计存在混凝土沟道盖板较重开启困难、拆卸工作量大，以及沟道盖板承载能力不足等问题，对生产运行的使用和维护带来不便。主要问题如下：

4.1 沟道设计考虑不完善，导致运行使用不便

变压器区域220kV电缆沟内较低的区域原设计考虑沟道内积水通过地渗的方式，实际运行发现沟道的密封效果不佳，大量雨水进入沟道后无法通过渗入地下的方式排出，导致电缆沟内存在积水。后续机组220kV电缆沟设计增加了排水措施，将积水接入就近的雨水井。

辅助蒸汽管沟和RO浓水管沟道采用聚脲防腐涂料，运行阶段多次发现沟道内聚脲出现破损、脱落的问题，且聚脲施工工艺和施工条件要求高，修补难度大。经过评估，后续机组将取消辅助蒸汽管沟内的聚脲防腐涂料，同时RO浓水管沟的聚脲防腐改为环氧涂料。

化水区域室外沟道内的工艺管道设计尺寸为DN400，管沟的设计宽度为800mm，由于沟道过窄，导致沟道内管道的出口阀门和膨胀节法兰连接处检修空间不足。后续机组工程设计时将考虑设备检维修空间，局部增加沟道宽度。

500kV GIL沟道埋深较深，在后续道路照明施工过程中发现有许多需要穿过500kV GIL沟道的路灯线，而沟道侧壁未预留相应的电气预埋管，不得不采用在沟道侧壁打孔埋管和下穿沟道敷设的方式。

500kV GIL沟道内设计有SF6压力表，生产人员需要定期进入沟道内进行巡检，但由于沟道入口采用混凝土盖板，巡检人员无法直接开启，每次均需要通过吊车或搭设脚手架用手拉葫芦才能将盖板打开，导致人员巡检困难，后续机组考虑将人孔盖板改为轻质材料。

循环水泵房内设备检修等工作时，需要将大量工器具和必要的材料运输至厂房内循环水泵坑附近，但运输路径上的室内电缆沟采用花纹钢盖板，承载力不足，无法满足车辆通行需求，一期工程在花纹钢盖板上部增加混凝土承重盖板。后续机组将根据一期工程经验反馈，将其中5～6m宽度范围的花纹钢盖板改为过道路混凝土盖板，顶标高与地面平齐，同时不设置凸出盖板的吊耳，便于车辆通行和材料转运。

4.2 厂房室外沟道盖板较重，开启困难

除盐水厂房西南侧室外至酸碱间的沟道宽度为1.8m，混凝土盖板设计承载为10kN/㎡。生产人员需要经常开启盖板检查沟道内管道是否存在渗漏和查看阀门状态等。由于盖板较重，两人配合也无法直接将盖板抬起打开，且沟道区域没有设计吊车可驶入的道路。

循环水泵房室外加氯管线沟道盖板也存在开启困难的问题，该沟道位于循环水泵房检修场地北侧，沟道宽1.3m，选用过道路沟道混凝土盖板，盖板厚度达20cm。经核实，检修场地的空间满足要求，该区域所选沟道盖板的承载能力过高，后续机组可改为按照10kN/㎡承载能力设计，混凝土盖板厚度可降至8cm，能够大幅降低盖板重量。

一期工程地震监测系统自由场探头竖井，设计的混凝土井盖厚度近20cm，无法用人力挪动，给调试工作以及后续的预防性维修、故障排查以及地震后的数据采集带来了较大不便，每次试验都需要提前申请吊车配合，对进度安排以及费用有较大的影响。经讨论，后续机组的竖井井盖将采用轻量化设计。

4.3 厂区室外沟道盖板金属边框和搁置角钢等铁件锈蚀问题

生产人员在巡检时发现一期工程500kV GIL表面出现锈迹，主要沟道盖板金属边框发生腐蚀，并随雨水经盖板间空隙滴落至GIL设备表面所致。该沟道宽3.5m，选用混凝土盖板，设计时考虑为避免吊装和运输过程中板角碰坏，在四周设计Q235B的扁钢框。虽然金属边框涂刷防腐油漆，且盖板之间用水泥砂浆勾缝封堵，但由于盖板磕碰和安装平整度等原因，盖板仍出现边框腐蚀和封堵渗水的问题。一期工程对GIL管沟盖板缝隙进行了密封处理，并增加GIL管沟通风口，改善沟道内部环境。

另外，在废水处理车间区域也发现了沟道盖板金属边框锈蚀的问题，影响现场整体感观。循环水泵房室外沟道内搁置盖板用的槽钢发生锈蚀情况。鉴于碳钢材料在室外环境下容易生锈腐蚀，盖板支撑角钢锈蚀后强度降低，存在人员踩踏后塌陷的安全风险。后续机组将支撑盖板的角钢改为不锈钢或钢筋混凝土梁。混凝土盖板碳钢包边锈蚀后，影响现场整体感观，经分析该区域盖板开启频率较低，因此后续机组取消了混凝土盖板的金属包边，腐蚀情况见图1。

图1   厂区沟道相关铁件锈蚀情况

4.4厂区混凝土沟道盖板吊耳设计问题

厂区沟道盖板吊耳在使用过程中存在一些问题：1）部分盖板吊耳凸出地面，存在人员绊倒风险;2）部分吊耳位于盖板凹槽内，若凹槽不采用砂浆封堵，则下雨后积水淹没吊耳容易发生腐蚀;若用砂浆填实，每次盖板开启均需要凿除和回填砂浆，较为麻烦。

经过讨论，按照标准图集《地沟及盖板》做法，吊耳凸出盖板50mm，同时运行期间将盖板吊耳纳入防腐工作范围，定期检查吊耳状态并涂刷警示色油漆，避免锈蚀和提醒人员注意。设计改进前后沟道盖板吊耳的设计详图见图2。

5、核电站沟道设计优化和改进建议

沟道的设计本身并不困难，但对于系统管线复杂、检维修要求高的核电站来说，充分考虑使用需求显得尤为重要，因此在设计阶段收集参考电站设计存在的不足和问题，做好经验反馈，才能提高后续核电机组沟道的设计質量。

在设计阶段充分考虑使用需求，能够提高后续施工和运行的便利性，也有利于降低生产运行成本。通过对三门核电一期工程沟道相关设计问题的梳理和分析，为后续核电机组设计提供如下优化思路和改进建议：

（1）埋深较深的沟道设计时应与埋地管线统筹考虑平面设计和竖向设计，避免冲突，重点关注对重力流管线的影响。对于可能存在积水的沟道，底部应设置一定坡度用于收集雨水，并排入附近的雨水井，若沟道底标高较低，可考虑设置集水坑通过水泵将积水排出。

（2）沟道布置对厂区道路运输较大，设计时应充分考虑电站运行阶段的设备检维修运输路径，按相应的承载能力开展沟道结构设计，并选取合适的盖板。沟道标高也应提前考虑，特别是厂房室外坡道区域与厂区道路交叉位置等，应保证标高的匹配性。

（3）沟道设计还应考虑运行阶段检维修的需求，沟道宽度结合人员巡检和设备检修需求确定，沟道人孔选择轻质盖板便于人员开启，取消沟道内不必要的防腐涂层或采用环氧类涂料便于维护。

（4）沟道盖板和支撑结构应结合所处环境和使用寿命情况合理选择，核电站位于海边盐雾腐蚀环境，室外沟道尽量采用混凝土盖板，对于开启不频繁的盖板，可以考虑不设置金属包边，搁置盖板的短梁也应采用钢筋混凝土梁。

（5）对于盖板重量较重、无法通过人力开启的沟道区域，应在规划合适的道路或场地空间，便于吊车等起重设施的到达和操作盖板，提高工作效率。对于用绑带吊运开启的沟道盖板，可以取消吊耳设计。

（6）辅助蒸汽管沟等与后续工程共用或连通的沟道还应做好预留接口设计和临时封堵，预留接口位置建议在围栏外侧一定距离，避免沟道后续施工开挖对前期工程已建的围栏基础等设施造成影响。

参考文献：

[1]GB/T50294-2014，核电厂总平面及运输设计规范[S].北京：中国计划出版社，2015.

[2]02J331，地沟及盖板图集 [S].北京：中国计划出版社出版，2009.

[3]曾伟.新型电缆沟盖板在配电网工程中的应用研究[J].《科技创业家》，2013年第22期.

作者简介：

唐丹（1989—），男，湖南，工程师，供职于三门核电有限公司，从事核电站土建设计管理工作。