用于冷却核能发电厂的取水装置,以及包括该装置的核能发电厂的制作方法
【专利说明】用于冷却核能发电厂的取水装置，以及包括该装置的核能发电厂
[0001]本发明涉及一种取水装置，适用于核能发电厂一个或多个反应堆机组的至少一个以热交换器为基础的冷却回路，它包括有水供入的蓄水池，而且发电厂的至少一个泵站从该蓄水池汲水以在所述冷却回路中循环，并且进一步包括与蓄水池连通的注水隧道以便向其供水且与潜入在诸如海、湖或河等水体中的至少两个进水口连通。
[0002]基于热交换器的冷却回路常常被设计用于冷却核能发电厂反应器的二次回路中的汽轮发电机排出的蒸汽，以便冷凝该蒸汽使之恢复到液态的水重新返回到二次回路的蒸汽发生器中。蒸汽发生器从密封的初级回路中吸取热量，通过初级回路与二次回路之间的热交换来冷却反应器。初级和二次回路呈封闭式的液体系统，而基于热交换器的冷却回路是开放的而且与二次回路是完全隔离的，二次回路同样是与初级回路完全隔离的。因此，从热交换器排出的水是没有放射性的且可排出例如返回到供应回路的水体中。
[0003]如上所定义的取水装置是熟知的，典型实例是西布鲁克核能发电厂，它建造在南新罕布什尔(美国)的海滨附近并于1990年被委托建造。装置包括独立的且主要分段呈直线的注水隧道，它有几千米长，具有一个位于海床下的端口并且连通着三个均匀分布且彼此间隔小于30米的垂直注水竖井。每个垂直注水竖井的开口都正好在海床上并且包括构成所述水下的进水口的上部，它位于水平面以下大约15米。每个进水口都装有格栅，格栅的尺寸大小刚好防止诸如海豹等大的海洋动物被进入注水隧道而且在其内迷路。
[0004]该已知装置没有完全符合单一故障准则，该准则规定安全系统即使某一单一故障影响其某个部件仍能执行其功能。该准则通常要求基本安全功能具有冗余度。该装置即使在三个垂直注水竖井中的一个甚至两个发生故障时仍能满足该准则，例如，如果发生由于船直接下沉到进水口之上而导致竖井的进水口损坏，但它没有提供隧道的冗余度，使得当隧道中发生严重损坏时水仍能正常继续向蓄水池供应。严重损坏也可能时常发生，例如隧道分段发生了公认的不大可能的坍塌情况。
[0005]1984年6月17日出版的编号JP60111089A的日本专利申请书同样使我们已知:取水装置包括通过地下注水隧道供水的蓄水池，隧道连通着浅埋在海洋中的进水口，这样进水口在海嘯浪之前会露出水面。该专利没有提供进水口和/或注水隧道的双重结构。注意，如果发电厂位于处于重大海嘯浪或浪潮危险区域的海岸线附近，蓄水池通常通过穿过用于保护发电厂的堤坝之下的地下注水隧道来供水。
[0006]如果发生示例隧道内发生坍塌之后至少部分隧道分段堵塞的情况，为了满足单一故障准则，就有可能需要设计两个平行放置的相同的注水隧道。然而，这种解决方案往往会涉及到高昂的建筑成本。
[0007]本发明目的是提供一种满足单一故障准则的取水装置，其建筑成本显著小于上述解决方案的建筑成本。
[0008]为此，本发明涉及一种如前文中所定义的取水装置，其特点在于，所述注水隧道的至少部分分段构成一个具有与蓄水池连通的两个端口的回路。
[0009]利用这些方案，就有可能满足单一故障准则而无需两个独立的注水隧道。这种结构的显著优势是如果所用的建造技术允许创建有一定曲率的隧道，则注水隧道可以采用隧道掘进机(TBM)沿单通路来挖掘。通过在底土不是很硬的地理区域来选择隧道位置，沿单通路挖掘隧道通常允许TBM能够使用一种单刀盘头。
[0010]相比之下，每端都在海洋之下的两个独立注水隧道的挖掘会引起挖掘每个隧道的TBM的取回问题，而且在需要使用至少两个刀盘头来挖掘两个注水隧道的所有情况下，刀盘头不得不被遗弃在海床下的隧道中。申请人已经对两个彼此有一定距离的进水口的相同安排的隧道建筑成本进行了比较研宄并且相信，本发明的解决方案基本上给出了更加低的建筑成本，尽管环形隧道的总长度大于两个平行且独立的注水隧道的总长度。此外，对于环形隧道的机器人或潜水员的检查与维修操作估计比两个独立的注水隧道更加快速而且比较便宜。例如，一个机器人可以在一次单一操作中检查环形隧道，因为机器人可以从隧道的一端进入并穿过整个隧道而从另一端出来。
[0011]另外，如下所详细描述，如果例如由于隧道中发生坍塌而导致局部堵塞，两个与环形注水隧道连通的进水口足够蓄水池通过两个进水口来维持基本供水。这种结构在安全性上与设置两个独立的且各自都具有进水口的注水隧道相比更为有利，在两个独立隧道中，两个隧道之一的局部堵塞一定意味着通过相应进水口的水池供应会有损失。
[0012]依据本发明的取水装置的一个有利实施例，注水隧道包括至少一个曲线曲率半径在50米到300之间的分段。这种设置通常使环形注水隧道能够通过单个TBM沿单通路对其总长度进行挖掘，这样隧道建造成本就小于挖掘两个独立的注水隧道的建造成本。
[0013]在根据本发明的取水装置的其它最佳实施例中，使用一个或多个下列方案:
[0014]-所述曲线分段构成了一个延伸至少一个半圆的圆弧；
[0015]-所述至少一个进水口以一定的深度潜入水体中，使得所述深度处的水温全年保持在21°C以下并且最好在16°C以下；
[0016]-装置包括第二注水隧道，连通着至少两个潜入在所述水体中的进水口，所述第二注水隧道构成一个具有与蓄水池连通的两个端口的回路；
[0017]-注水隧道的两端中至少一端通过一个在地面上开口的倾斜分段构成的作业隧道延伸，所述作业隧道已经通过适用于挖掘注水隧道的TBM挖掘出来。
[0018]-所述至少两个水下进水口位于一个与注水隧道连通的基本垂直的注水竖井的上端而且彼此至少相隔100米。
[0019]-蓄水池位于隧道的底部，所述隧道包括连通所述水体的进水分段，而且装置包括至少一个墙，以便将隧道的所述底部与所述进水口隔开，使得蓄水池的水不会与隧道所述进水口的水相混。
[0020]-蓄水池可由基本上为水密盖的装置所覆盖，而且在蓄水池与该蓄水池外部环境之间的校准开口创建在所述盖装置中或附近蓄水池，以便在水池由于所述水体中非同寻常的高水位而完全注满时，能使蓄水池有限的水流能从蓄水池流向所述外部环境中。
[0021]-由注水隧道所构成的回路的两端可设置在通过单一基本垂直通道与蓄水池连通的同一地下洞室中。
[0022]本发明还涉及包括至少一个反应堆机组和根据本发明的取水装置的核能发电厂，所述注水隧道和各个所述进水口有一定尺寸，以便能通过注水隧道两个端的任何一端以及通过仅一个所述进水口向蓄水池的供水就足够满足所述装置的所有泵站在发电厂的所述一个供水反应堆机组或所有反应堆机组正常工作期间的供水。在发电厂由至少两个反应堆机组构成的情况下，所述蓄水池可能有利地适于向多个泵站供水且各个泵站附属于一个反应堆机组。
[0023]本发明也涉及包括至少两个反应堆机组和根据本发明的取水装置的核能发电厂，所述取水装置至少包括第二注水隧道，从而构成回路并且具有与蓄水池连通的两个端口。
[0024]本发明也涉及建造根据本发明的取水装置的方法，执行通过TBM沿预定轨迹挖掘注水隧道的步骤，其中所述挖掘步骤相继包括以下步骤:
[0025]-TBM挖掘从地面开始区域向下倾斜的第一隧道分段，直到第一地下区域到达蓄水池第一区域之下的预定深度，所述第一地下区域构成由隧道形成的回路的第一端口 ；
[0026]-TBM继续挖掘隧道以形成面向水体的第二分段，之后形成第三圆弧分段，随后为面向发电厂的第四分段，所述第四分段到达位于蓄水池第二区域之下预定深度的第二地下区域，所述第二地下区域构成由隧道形成的回路的第二端口 ；
[0027]而且其中挖掘连通着所述第一地下区域与蓄水池的所述第一区域的第一基本垂直通道，而且挖掘连通着所述第二地下区域与蓄水池的所述第二区域的第二基本垂直通道。
[0028]所述挖掘步骤可能包括第三步骤，在该第三步骤期间，TBM挖掘第五隧道分段，包括从所述第二地下区域向上倾斜到地面端口区域的分段，TBM通过该地面端口区域从隧道中出来。
[0029]本发明的其它特点和优点将通过