本發(fā)明屬于地下核電
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種地下核電站洞室群排水系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
：地下核電站在地下或山體內(nèi)設(shè)置多個洞室容納反應(yīng)堆廠房及其他輔助廠房，利用天然巖體作為縱深防御原則的最后一道實體屏障，保障反應(yīng)堆安全。地下洞室通過進(jìn)出管道、通風(fēng)口及排氣管道與外界環(huán)境相通，這些通道的存在可能會導(dǎo)致洞室內(nèi)意外進(jìn)水，如果進(jìn)水不能及時排出，將造成洞室內(nèi)積水，存在水淹的可能，影響各個系統(tǒng)和設(shè)備的正常運(yùn)行，導(dǎo)致嚴(yán)重事故時專設(shè)安全設(shè)施無法正常響應(yīng)，威脅核電站安全；反應(yīng)堆發(fā)生嚴(yán)重事故時，安全殼可能破裂，甚至失效，攜帶放射性的冷卻劑將流向反應(yīng)堆洞室，造成洞室內(nèi)積水，不僅威脅洞室、設(shè)備的安全，而且放射性積水會向反應(yīng)堆洞室外部巖體遷移，污染地下水體，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。目前地面核電站廠房的排水方法，主要針對強(qiáng)降雨的情況，利用虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)排除屋面雨水，從而避免雨水進(jìn)入廠房內(nèi)部，將廠房內(nèi)設(shè)備設(shè)施與外界雨水環(huán)境隔離。地下工程的排水采用疏導(dǎo)的方法將地下水有組織地通過排水系統(tǒng)排走，以削弱水對地下結(jié)構(gòu)的壓力，減小水對結(jié)構(gòu)的滲透作用，從而輔助地下工程達(dá)到防水目的。常用的排水方法為滲排水，即將水層滲出的水，通過集水管流入集水井內(nèi)，然后采用專用水泵進(jìn)行機(jī)械排水。然而這種滲排的方式只能將巖體水層中的滲水集中疏導(dǎo)排出，無法及時排出存在于洞室內(nèi)的大量積水。地下核電站洞室內(nèi)積水存在含有放射性、污染地下水的可能，因此不能簡單地照搬已有的地下工程排水系統(tǒng)和方法，需特殊考慮放射性積水的處置問題。技術(shù)實現(xiàn)要素：：為了克服上述
背景技術(shù)：
的缺陷，本發(fā)明提供一種地下核電站洞室群排水系統(tǒng)和方法，利用虹吸裝置將洞室內(nèi)積水快速排出，極端事故下亦能夠進(jìn)行有組織的自流排水。為了解決上述技術(shù)問題本發(fā)明的所采用的技術(shù)方案為：一種地下核電站洞室群排水系統(tǒng)，在地下核電站洞室設(shè)有數(shù)個排水監(jiān)測隔離裝置，所述排水監(jiān)測隔離裝置包括設(shè)置在所述洞室的排水斗，所述排水斗的輸出管路連接有第一支路和第二支路，所述第一支路設(shè)有第一隔離閥，所述第二支路設(shè)有第二隔離閥；所述排水斗的輸出管路上還設(shè)有用于監(jiān)測排水是否具有放射性的放射性監(jiān)測器，所述放射性監(jiān)測器連接于控制器，所述控制器的兩個信號輸出端分別連接所述第一隔離閥和所述第二隔離閥的控制端；所述第一支路連接未涉及放射性的排水支路，所述第二支路連接涉及放射性的排水支路；所述未涉及放射性的排水支路與虹吸井的入口連通，所述涉及放射性的排水支路與放射性處置室的入口連通，所述放射性處置室的出口與所述虹吸井的入口連通；所述虹吸井的出口連接排放管道。較佳地，數(shù)個排水監(jiān)測隔離裝置分別布設(shè)于控制、柴油機(jī)、維修空調(diào)洞室、核反應(yīng)堆洞室、廢棄物處理洞室、汽輪機(jī)洞室、閥閘洞室，所述核反應(yīng)堆洞室設(shè)置有至少兩個所述數(shù)個排水監(jiān)測隔離裝置。較佳地，所述虹吸井的排放管道包括分別連接于所述虹吸井出口的自然排放管道和動力排放管道，所述自然排放管道連接于所述虹吸井出口的位置設(shè)有第三隔離閥，所述動力排放管道連接于所述虹吸井出口的位置設(shè)有第四隔離閥；還包括水位監(jiān)測器，所述水位監(jiān)測器連接于所述控制器，所述控制器的兩個信號輸出端分別連接所述第三隔離閥和所述第四隔離閥的控制端。較佳地，所述自然排放管道與山體外部河流直接連通，所述自然排放管道從連接于所述第三隔離閥的端口至連接于山體外部河流的端口之間具有向下的傾斜度。較佳地，所述動力排放管道通過排水泵與山體外部河流連通，所述排水泵的入口連接所述第四隔離閥，所述排水泵的出口連接山體外部河流。較佳地，所述放射性處置室設(shè)置在地下，所述放射性處置室與所述虹吸井之間的管路上還設(shè)有第五隔離閥。本發(fā)明還提供一種利用上述系統(tǒng)進(jìn)行的地下核電站洞室群排水方法：對經(jīng)所述排水斗流出的所述地下核電站洞室內(nèi)的積水用所述放射性監(jiān)測器進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)監(jiān)測到積水具有放射性時，所述控制器關(guān)閉所述第一隔離閥，并開啟第二隔離閥，具有放射性的積水進(jìn)入所述涉及放射性的排水支路，并經(jīng)由所述放射性物質(zhì)處置室處置之后排入所述虹吸井；當(dāng)未檢測到積水具有放射性時，所述控制器關(guān)閉第二隔離閥，并開啟第一隔離閥，不具有放射性的積水排入所述虹吸井；所述積水經(jīng)虹吸井排放到山體外部河流中。較佳地，當(dāng)所述水位監(jiān)測器檢測到目的排放區(qū)域的水位高于預(yù)設(shè)值時，所述控制器關(guān)閉所述第三隔離閥，并開啟所述第四隔離閥，所述積水由所述排水泵經(jīng)所述動力排放管道排放至山體外部河流中；當(dāng)所述水位監(jiān)測器檢測到目的排放區(qū)域的水位不高于所述預(yù)設(shè)值時，所述控制器關(guān)閉所述第四隔離閥，并開啟所述第三隔離閥，所述積水經(jīng)所述自然排放管道排放至山體外部河流中。較佳地，當(dāng)所述核反應(yīng)堆洞室發(fā)生嚴(yán)重事故時，關(guān)閉所述第五隔離閥，將高放射性積水隔離在放射性處置室內(nèi)。本發(fā)明的有益效果在于：通過排水監(jiān)測隔離裝置對各個洞室含有放射性物質(zhì)的積水進(jìn)行單獨(dú)處理，以保證排水品質(zhì)；不同洞室排水支路并聯(lián)布置以及涉放和非涉放虹吸排水支路并聯(lián)布置，避免放射性核素的遷移，減小放射性物質(zhì)處理的壓力，提高排水效率；通過能動的動力排放管道和非能動的自然排放管道相結(jié)合，應(yīng)對山體外不同的水位狀況，保障核電站安全運(yùn)行。外界水位較低時，全系統(tǒng)非能動自流排水，提高核電站的安全性；外界水位較高時，虹吸排水支路非能動將積水排到虹吸井，動力裝置將虹吸井內(nèi)存水排到高于設(shè)計洪水位的排水口，防止河水倒灌，保障洞室內(nèi)設(shè)施設(shè)備的安全。嚴(yán)重事故時，放射性處置室容納從洞室內(nèi)流出的高放射性積水，將其隔離，等待處理，阻止了放射性核素的擴(kuò)散，保障公眾、工作人員和環(huán)境的安全；本發(fā)明利用虹吸管路和虹吸井構(gòu)建非能動排水系統(tǒng)，虹吸裝置內(nèi)形成的負(fù)壓使管道中的水進(jìn)行有壓流動，加快流動速度，排水效果好，無論是意外積水還是嚴(yán)重事故工況下，排水系統(tǒng)均能有組織地、高效地將積水排出地下洞室。附圖說明圖1為本發(fā)明實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中：1、排水斗；2、放射性監(jiān)測器；3、第一隔離閥；4、第二隔離閥；5、輸出管路；6、未涉及放射性的排水支路；7、涉及放射性的排水支路；8、放射性處置室；9、虹吸井；10、虹吸墻；11、第三隔離閥；12、自然排放管道；13、第四隔離閥；14、動力排放管道；15、排水泵；16、第五隔離閥；17、排水槽；18、河流；19、山體。具體實施方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。實施例一一種地下核電站洞室群排水系統(tǒng)，在設(shè)置在山體19中的地下核電站洞室設(shè)有數(shù)個排水監(jiān)測隔離裝置，排水監(jiān)測隔離裝置包括設(shè)置在洞室的排水斗1，排水斗1的輸出管路5連接有第一支路和第二支路，第一支路設(shè)有第一隔離閥3，第二支路設(shè)有第二隔離閥4；排水斗1的輸出管路5上還設(shè)有用于監(jiān)測排水是否具有放射性的放射性監(jiān)測器2，放射性監(jiān)測器2連接于控制器，控制器的兩個信號輸出端分別連接第一隔離閥3和第二隔離閥4的控制端；第一支路連接未涉及放射性的排水支路6，第二支路連接涉及放射性的排水支路7；未涉及放射性的排水支路6與虹吸井9的入口連通，涉及放射性的排水支路7與放射性處置室8的入口連通，放射性處置室8的出口與虹吸井9的入口連通；虹吸井9的出口連接排放管道，排放管道與山體19外部河流18連通。數(shù)個排水監(jiān)測隔離裝置分別布設(shè)于控制、柴油機(jī)、維修空調(diào)洞室、核反應(yīng)堆洞室、廢棄物處理洞室、汽輪機(jī)洞室、閥閘洞室，核反應(yīng)堆洞室設(shè)置有至少兩個數(shù)個排水監(jiān)測隔離裝置。在發(fā)生嚴(yán)重事故的情況下，核反應(yīng)堆洞室內(nèi)可能存有大量無法及時排出的放射性積水，放射性積水會向反應(yīng)堆洞室外部巖體遷移，污染地下水體，導(dǎo)致環(huán)境受到重大污染，因此核反應(yīng)堆洞室內(nèi)設(shè)有兩個排水監(jiān)測隔離裝置，兩個排水檢測隔離裝置的排水斗1分別位于反應(yīng)堆兩側(cè)，用以加快嚴(yán)重事故下的排水速度。每個排水斗1單獨(dú)引向一個排水支路，各個排水之間相互獨(dú)立、不互相影響，從而達(dá)到將各個洞室內(nèi)積水隔離起來的作用，以防止放射性積水污染無放射性積水，降低排放難度。排水斗1設(shè)有蓋板，以保持排水斗1喉部的負(fù)壓狀態(tài)，使水流從其邊緣到中心的流動加速，蓋板上設(shè)有防漩渦擋板，用來防止排水斗1中心形成漩渦。虹吸井9的排放管道包括分別連接于虹吸井9出口的自然排放管道12和動力排放管道14，自然排放管道12連接于虹吸井9出口的位置設(shè)有第三隔離閥11，動力排放管道14連接于虹吸井9出口的位置設(shè)有第四隔離閥13；還包括水位監(jiān)測器，水位監(jiān)測器連接于控制器，控制器的兩個信號輸出端分別連接第三隔離閥11和第四隔離閥13的控制端。自然排放管道12與山體19外部河流18直接連通，自然排放管道12從連接于第三隔離閥11的端口至連接于山體外部河流的端口之間具有向下的傾斜度。自然排出管道的出口標(biāo)高略高于正常水位，自然排出管道的傾斜度大于5‰，有利于將虹吸井9內(nèi)積水排到河流18。管道初始位置設(shè)置的第三隔離閥11，狀態(tài)常開，當(dāng)核電站外部洪水位高于自然排水水位時，控制器觸發(fā)第三隔離閥11關(guān)閉，管道末端通向山體19外部河流18下游。動力排放管道14通過排水泵15與山體19外部河流18連通，排水泵15的入口連接第四隔離閥13，排水泵15的出口通過一個排水槽17將水排到山體19外部河流18。第四隔離閥13位于管道初始段，狀態(tài)常閉，當(dāng)核電站外部洪水位高于自然排水水位時，控制器觸發(fā)第四隔離閥13門開啟，排水泵15用于將虹吸井9內(nèi)積水提升一定高度后排出，動力排放管道14末端通過一段傾斜向下的排水槽17與山體19外部河水相連；動力排水管道的出口標(biāo)高高于設(shè)計洪水位，防止洪水工況下河水倒灌進(jìn)入核電站。本實施例中，輸出管路5、第一支路、第二支路、未涉及放射性的排水支路6、涉及放射性的排水支路7、放射性處置室8、虹吸井9及其之間的管道構(gòu)成虹吸排水系統(tǒng)。虹吸井9內(nèi)有虹吸墻10。相比于常規(guī)的重力排水系統(tǒng)，虹吸排水系統(tǒng)排水速度更快、排水效果更好；水平橫管呈水平狀態(tài)即可，不需設(shè)置坡度，方便施工；垂直豎直管管徑小、數(shù)量少，便于加工布置。未涉及放射性的排水支路6包括第一水平管路段，各個排水監(jiān)測隔離裝置的第一支路均連接于水平管路段；涉及放射性的排水支路7包括第二水平管路段，各個排水監(jiān)測隔離裝置的第二支路均連接于第二水平管路段。放射性處置室8設(shè)置在地下，其結(jié)構(gòu)布置與核電站其他廠房洞室相同，容積不小于嚴(yán)重事故時安全殼液體泄漏量的兩倍，以保證嚴(yán)重事故下能將高放射性積水完全隔離于地下，等待處理。排水監(jiān)測隔離裝置連接于涉及放射性的排水支路7的第二支路上設(shè)置了第二隔離閥4，涉及放射性的排水支路7連接放射性處置室8，第二隔離閥4狀態(tài)常閉，放射性監(jiān)測器2監(jiān)測到放射性物質(zhì)時，向控制器輸出信號，控制器將第二隔離閥4開啟，放射性處置室8位于支路末端，通過管道與虹吸井9連接，用于對放射性積水進(jìn)行過濾、除鹽或蒸發(fā)處理以及監(jiān)測處理后的積水放射性是否達(dá)標(biāo)。放射性處置室8與虹吸井9之間的管路上設(shè)置了第五隔離閥16，反應(yīng)堆發(fā)生嚴(yán)重事故時，第五隔離閥16關(guān)閉，將高放射性積水單獨(dú)存儲于放射性處置室8，避免污染山體外部河流水體。本實施例采用非能動的虹吸排水系統(tǒng)，排水斗1位于各個洞室底部地面上，通過豎直的輸出管路5與第一支路和第二支路連接，放射性監(jiān)測器2位于輸出管路5上，所述未涉放排水支路與涉放排水支路并聯(lián)平行布置，通過連接管道向地下更深處延伸支路末端分別通向虹吸井9。地下核電站洞室內(nèi)由于意外進(jìn)水或嚴(yán)重事故導(dǎo)致積水，當(dāng)積水量不大時，排水系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行重力排水，雖然重力排水的能力有限，但足以應(yīng)對此時的積水量；當(dāng)積水量迅猛增加，排水系統(tǒng)管道內(nèi)充滿積水，沒有空氣存在，將形成虹吸現(xiàn)象，管內(nèi)真空使管道內(nèi)形成有壓流動，迅速將洞室內(nèi)的積水排出。以本實施例排水系統(tǒng)中未涉及放射性的排水支路6，支路第一水平管路段附近的短管均為直徑90mm、長1m的圓管；如圖中所示，第一水平管路段上從左至右分別連接有控制、柴油機(jī)、維修空調(diào)洞室的排水支路、核反應(yīng)堆洞室的第一排水支路、核反應(yīng)堆洞室的第二排水支路、廢棄物處理洞室的排水支路、汽輪機(jī)洞室排水支路、閥閘洞室排水支路?？刂?、柴油機(jī)、維修空調(diào)洞室的排水支路與核反應(yīng)堆洞室的第一排水支路之間第一水平管路段的直徑為110mm、長為53m，核反應(yīng)堆洞室的第一排水支路后的橫管直徑為200mm、總長為208m；第一水平管路段之后連接的豎管管段的直徑為160mm、長為20m；通向虹吸井9的水平橫管直徑315mm、長1m。各個排水支路均能獨(dú)立形成虹吸，快速疏水。下表列出各個支路形成虹吸需要的積水體積：地下核電站洞室的寬度約為30m左右、長度為45～250m不等、高度在10～70m之間，當(dāng)洞室內(nèi)積水深度達(dá)到mm量級，即可形成虹吸，加速積水排出速度，積極排水以控制洞室內(nèi)的積水深度，有利于保障洞室及其中的設(shè)備安全。排水速度與管道的直徑、長度和材料有關(guān)；虹吸排水支路中的積水在虹吸作用下進(jìn)行有壓流動，受到阻力作用導(dǎo)致能量損失，能量損失分為沿程水頭損失和局部水頭損失。沿程水頭損失是由于管道的長度引起的，計算公式為其中：為沿程水頭損失系數(shù)；g＝9.8m/s2為重力加速度；n＝0.011為鋼管表面粗糙度；R＝D/4為圓管的水力半徑；D為圓管直徑。根據(jù)地下核電站的洞室布置及排水系統(tǒng)的管道幾何特征，即可算出每一排水支路的沿程水頭損失的無量綱系數(shù)，分別為：局部水頭損失是過流斷面形狀和方向發(fā)生突變而導(dǎo)致的流體能量損失。由于局部水頭損失的大小難以準(zhǔn)確計算，通常采用試驗和經(jīng)驗系數(shù)來模擬管道的局部水頭損失，本實施例中通過確定管道中特殊部件的局部水頭損失系數(shù)ξ得到局部水頭損失。根據(jù)工程試驗總結(jié)，各部件的局部水頭損失系數(shù)如下(其中隔離閥的局部水頭損失系數(shù)ξ為閥門全開時的值)：部件名稱90°彎頭標(biāo)準(zhǔn)三通隔離閥ξ0.5510.17已知管道的沿程水頭損失和局部水頭損失，可通過計算出管道系統(tǒng)的流量系數(shù)μc。管內(nèi)積水流速管道的總水頭為排水斗1到虹吸井9間的高度差21m，即排水系統(tǒng)虹吸排水速度為2.40～5.85m/s之間，水流速度快，排水效果好。可通過改變管道的直徑與長度即可控制排水系統(tǒng)的排水速度。實施例二一種地下核電站洞室群排水方法：對經(jīng)排水斗1流出的地下核電站洞室內(nèi)的積水用放射性監(jiān)測器2進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)監(jiān)測到積水具有放射性時，控制器關(guān)閉第一隔離閥3，并開啟第二隔離閥4，具有放射性的積水進(jìn)入涉及放射性的排水支路7，并經(jīng)由放射物質(zhì)處置室處置之后排入虹吸井9；當(dāng)未檢測到積水具有放射性時，控制器關(guān)閉第二隔離閥4，并開啟第一隔離閥3，不具有放射性的積水通過未涉放物質(zhì)排水支路6排入虹吸井9；積水經(jīng)虹吸井9排放到外部的河流18。虹吸井9中的積水再以以下方式排放到外部的河流18：當(dāng)水位監(jiān)測器檢測到目的排放區(qū)域的水位高于預(yù)設(shè)值時，控制器開啟第四隔離閥13，并關(guān)閉第三隔離閥11，積水由排水泵15經(jīng)動力排放管道14排放至外部的河流18中；當(dāng)水位監(jiān)測器檢測到目的排放區(qū)域的水位不高于預(yù)設(shè)值時，控制器開啟第三隔離閥11，積水經(jīng)自然排放管道12排放至外部的河流18。分別通過數(shù)個布設(shè)于控制、柴油機(jī)、維修空調(diào)洞室、核反應(yīng)堆洞室、廢棄物處理洞室、汽輪機(jī)洞室、閥閘洞室的排水監(jiān)測隔離裝置排出積水，核反應(yīng)堆洞室設(shè)置有至少兩個數(shù)個排水監(jiān)測隔離裝置。在發(fā)生嚴(yán)重事故的情況下，核反應(yīng)堆洞室內(nèi)可能存有大量無法及時排出的放射性積水，放射性積水會向反應(yīng)堆洞室外部巖體遷移，污染地下水體，導(dǎo)致環(huán)境受到重大污染，因此核反應(yīng)堆洞室內(nèi)設(shè)有兩個排水監(jiān)測隔離裝置，兩個排水檢測隔離裝置的排水斗1分別位于反應(yīng)堆兩側(cè)，用以加快嚴(yán)重事故下的排水速度。每個排水斗1單獨(dú)引向一個排水支路，各個排水支路之間相互獨(dú)立、不互相影響，從而達(dá)到將各個洞室內(nèi)積水隔離起來的作用，以防止放射性積水污染無放射性積水，降低排放難度。設(shè)置了第五隔離閥16，在核反應(yīng)堆發(fā)生嚴(yán)重事故時，控制器關(guān)閉放射性處置室8與虹吸井9之間的管路上的第五隔離閥16，將高放射性積水單獨(dú)存儲于放射性處置室8，避免污染山體外部河流水體。應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3