紅沿河核電一期工程ＤＣＳ系統(tǒng)安裝的實踐與探索

楊　卿

摘要:DCS系統(tǒng)安裝是核電建設的一個關鍵路徑。文章主要是站在DCS安裝專業(yè)的角度,闡述了紅沿河核電一期工程DCS系統(tǒng)在合同簽訂、計劃制定、上游設計、施工準備、安裝施工、檢查驗收、設備保護等方面的實踐與探索,詳細說明了與安裝相關的應特別關注的各類問題及經(jīng)驗總結。

關鍵詞:CPR1000;核電機組;DCS系統(tǒng)

中圖分類號:F407文獻標識碼:A

文章編號:1674-1145(2009)23-0131-02

一、紅沿河DCS系統(tǒng)簡介

(一)紅沿河核電機組類型

CPR1000全稱是中國改進型壓水堆核電技術,是中國核動力研究設計院與中廣核合作,在法國法瑪通M310技術版本基礎之上,進行引進、消化、吸收并結合20多年來的漸進式改進和自主創(chuàng)新形成擁有自主品牌的“二代加”百萬千瓦級壓水堆核電技術。目前我國核電事業(yè)正在高速發(fā)展,按照國家《核電中長期發(fā)展規(guī)劃》,到2020年,我國核電裝機容量將達到4000萬千瓦,同時在建1800萬千瓦,占電力總裝機容量的4%。目前國家已批準建設的CPR1000核電機組已達十幾臺。三代核電技術AP1000在中國推廣之前,它將成為中國核電的主力堆型。紅沿河核電一期工程的四臺百萬千瓦機組采用的就是CPR1000核電技術路線。

(二)紅沿河核電DCS系統(tǒng)

1.核電控制系統(tǒng)。從我國已經(jīng)建成的核電廠來看,早期建設的核電廠都是以模擬量組合單元儀表為主的控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)相對于DCS系統(tǒng)來說使用效率較低,而且維護成本高?，F(xiàn)階段應用比較典型的核電全數(shù)字化儀控系統(tǒng)有:日本的日立等公司開發(fā)的Nucamm-90系統(tǒng)、法國法瑪通公司的N4控制系統(tǒng)、美國西屋公司的Eagle21+WDPFⅡ系統(tǒng),以及我國田灣核電站及嶺澳二期核電站所采用的德國西門子公司的Teleperm XP+XS系統(tǒng)等。

2.紅沿河核電機組的DCS系統(tǒng)簡介。紅沿河DCS系統(tǒng)采用的是日本三菱公司MELTAC-Nplus R3(安全級)及中國廣利核公司HOLLiAS MACS(非安全級)。MELTAC-Nplus R3主要完成與核安全相關的功能;HOLLiAS MACS主要完成機組正常運行時的控制及監(jiān)測功能。

二、紅沿河核電機組DCS系統(tǒng)安裝的特點

(一)DCS設備間的安裝空間狹小

由于紅沿河核電機組的土建結構是沿用法國法瑪通M310,它的儀控設備間是為模擬量組合單元儀表為主的控制系統(tǒng)設備而設計的,沒有設電纜夾層,而且房間的層高較小。紅沿河DCS機柜為上進線方式,電纜托盤,通風系統(tǒng)全部在機柜上方,與機柜頂部的空間過小,這給DCS設備安裝、電纜敷設和端接帶來較大困難。

(二)DCS設備體積大

紅沿河DCS設備中有大量兩聯(lián)體及三聯(lián)體機柜,體積大;DCS系統(tǒng)設備數(shù)量多,布置密集;電氣廠房引入通道空間狹小;施工難度很大。

(三)DCS安裝工期短

雖然三菱公司在核電站DCS系統(tǒng)設計方面較有經(jīng)驗,但是它對CPR1000機組控制系統(tǒng)的DCS設計是第一次,設計難度大、任務重。

為了充分驗證DCS設計,給DCS調(diào)試預留出充分的時間, DCS的安裝時間縮短很多,DCS安裝進度提前于核島總體安裝,因此導致土建、安裝,調(diào)試交叉作業(yè)的局面,加大了DCS安裝及施工協(xié)調(diào)的難度。

三、紅沿河核電機組DCS系統(tǒng)的安裝實踐與探索

(一)合同方面

1.DCS供貨合同。紅沿河DCS供貨合同運用了典型圖的方式來明確甲乙雙方的設計責任與供貨邊界,較大程度上避免了單一文字描述可能引起的歧意,此合同比嶺澳二期DCS供貨合同更加完善。

2.DCS安裝合同。紅沿河沒有專門的DCS安裝合同,它包括在總的核島安裝合同中。此合同沒有對DCS臨時空調(diào)采購及安裝予以明確的規(guī)定,此部分內(nèi)容涉及的金額較大,造成在執(zhí)行過程中甲乙雙方對相關合同的條款理解不同而產(chǎn)生爭議。如果能夠在安裝合同中明確相關問題就可完全避免上述情況的發(fā)生。

(二)計劃方面

1.DCS專項進度計劃。由于DCS安裝進度提前于核島總體安裝,使得DCS的前期安裝一直處于趕工狀態(tài)。為了應對以上問題,需要根據(jù)DCS安裝進度編制DCS施工專項進度計劃。

2.組織機構措施。由于DCS安裝涉及的專業(yè)較多,計劃、設計、采購、土建、安裝、調(diào)試及承包商之間需要建立一個有效的溝通及協(xié)調(diào)平臺,現(xiàn)場成立了由各專業(yè)組成的專項施工協(xié)調(diào)小組,協(xié)調(diào)解決現(xiàn)場施工中的重大問題。

(三)上游設計方面

1.DCS機柜設計。由于DCS房間層高過低,而安全級機柜在設計時未充分考慮到這個問題,造成機柜的頂部與電纜橋架之間距離過小,設計院只能采用壓縮電纜橋架間距的方式來解決,這可能導致在電纜敷設時,電纜托盤空間不足的問題發(fā)生。如果DCS機柜在設計時就降低適當機柜高度則能徹底解決這問題。

2.通風、電纜橋架圖。嶺澳二期DCS橋架布置設計時,未充分考慮到引入DCS系統(tǒng)的影響,且各專業(yè)之間接口信息交換不充分,導致現(xiàn)場管道、通風、電氣各專業(yè)設備“碰撞”現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生,影響了現(xiàn)場施工進度。紅沿河在進行布置設計時采用了三維設計,對相關機務、儀控設備進行三維模型下的驗證,很大程度上避免了以上問題的發(fā)生。

3.電纜清冊、端接圖。根據(jù)嶺澳二期的經(jīng)驗及紅沿河DCS廠家資料、設計資料確定應出版的所有電纜清冊、端接文件,同時根據(jù)計劃出版時間,安裝需求時間,實際出版時間等列出跟蹤表,做專項跟蹤。各方根據(jù)設計院、三菱及廣利核已交付現(xiàn)場的電纜及端接信息,提前做好電纜敷設及端接所需材料的分析及準備工作。

(四)施工準備

1.施工方案。DCS設備中有大量兩聯(lián)體、三聯(lián)體機柜,這些機柜對運輸、吊裝、引入及安裝就位都有著特殊的要求,加之現(xiàn)場運輸通道狹窄,這給DCS現(xiàn)場安裝帶來了非常大的困難和潛在的風險?，F(xiàn)場制定了詳細的應對方案,編制了《DCS設備引入方案》。針對安全級機柜的安裝,現(xiàn)場編寫了《DCS安全級機柜攻絲方案》,在方案中充分考慮各種影響因素和應對措施。制作專用運輸小車,在電氣廠房內(nèi)運輸DCS設備。

2.DCS設備引入通道具備?？紤]調(diào)整通風、消防及電纜橋架安裝等與DCS設備引入的施工邏輯順序,滿足引入通道要求。做聯(lián)體機柜的模型在紅沿河現(xiàn)場模擬運輸,確?，F(xiàn)場引入通道暢通。

3.對DCS設備進行考察?，F(xiàn)場到DCS設備生產(chǎn)車間進行了考察,實地測量紅沿河DCS機柜(特別是兩聯(lián)體及三聯(lián)體機柜)的尺寸,是否與圖紙相符,嶺澳二期就出現(xiàn)過機柜圖與實際設備尺寸不符,而導致預埋件必須做加寬處理的問題;詳細了解并確認機柜的防火封堵要求、柜內(nèi)的接地系統(tǒng)的布置,端子柜的配線要求、機柜的吊裝運輸方法等。澄清DCS安裝相關材料、工具供貨范圍,避免了由于供貨范圍不明確造成的材料、工具短缺而影響安裝進度的現(xiàn)象發(fā)生。清除了多項未來可能影響DCS安裝工作的潛在隱患。

(五)DCS安裝前提條件施工

DCS安裝前提條件:即令DCS設備具備安裝條件的各項施工活動。這里主要是指房間內(nèi)DCS設備預埋件檢查合格;房間移交;DCS房間管道、通風,電纜橋架、臨時防火框架、防火封堵、通訊、照明、火警等安裝完成;接地系統(tǒng)安裝連接完畢,若系統(tǒng)不可用應采用臨時接地系統(tǒng);DCS房間臨時門可用;所有孔洞均已封堵;臨時空調(diào)及除濕機投入使用并具備DCS設備儲存及運行條件,房間清潔度達到要求。

1.設備預埋件的檢查。此項工作應盡可能提前檢查,在土建預埋件圖紙出來時就應進行核對。如果等到預埋件施工甚至是房間移交時檢查,發(fā)現(xiàn)問題再處理就來不及了,將極大影響施工進度。

2.DCS房間移交安裝。房間移交是土建工程向安裝工程過度的一個標志性節(jié)點,重點需關注如下問題:結合安裝設備的房間要求,檢查房間內(nèi)土建工作的完成情況,對不符合要求的要整理出問題清單,并跟蹤落實檢查。

3.電纜橋架、照明、火警及通訊系統(tǒng)的安裝。電纜托盤、照明、火警及通訊安裝完成,不應與機務專業(yè)設備過近、接觸或碰撞。接地系統(tǒng)安裝連接完畢,若系統(tǒng)不可用,應采用臨時接地系統(tǒng)。

4.臨時空調(diào)、除濕機安裝。由于DCS設備在引入時,正式空調(diào)系統(tǒng)投用還不能投用,只能通過加裝臨時空調(diào)、除濕機的方法保證DCS 設備在安裝和調(diào)試階段對房間內(nèi)溫濕度的要求。

5DCS控制區(qū)的建立及管理。建立DCS控制區(qū)內(nèi)施工作業(yè)審批制度和人員授權制度,設立保衛(wèi)值班,設專人按時清掃控制區(qū)域?？刂茀^(qū)建立后由于設計院變更或現(xiàn)場修改產(chǎn)生的工作也需嚴格防塵,焊接及打孔工作需帶吸塵器方可進行工作。在役核電站曾經(jīng)發(fā)生過DCS模塊受灰塵污染而導致三個月停機進行清潔的事件。

(六)DCS系統(tǒng)安裝施工

1.DCS設備的引入。在設備引入前加設DCS先決條件檢查單,由設備供應商認可并簽字后方可進行DCS設備的引入,且在后續(xù)DCS設備相關質量計劃中需加入DCS供貨商簽字欄,以保證對現(xiàn)場安裝質量的控制。按照引入方案,順著事先規(guī)劃好的引入通道,分批次對DCS設備進行引入。

2.DCS設備的安裝。非安全機柜為焊接方式,安全機柜為螺栓固定。對于焊接的機柜:設備供應商針對焊接時對設備的影響進行分析并提出有效措施,并給出相關的作業(yè)指導書。

3.DCS電纜敷設及端接。核實電纜的型號、規(guī)格與數(shù)量是否與設計圖紙相符。電纜外觀檢查有無損傷;電纜絕緣檢查;在北方寒冷條件下還要特別注意電纜敷設時的溫度要求。整理出與各DCS機柜的接口清單,統(tǒng)籌相關電纜在機柜內(nèi)的排列順序和端接次序。

4.設備安裝后的保護。大部分DCS設備在安裝完成后至設備投運要經(jīng)過1～2年的現(xiàn)場保養(yǎng)期,此問題是一個涉及DCS全局的大問題。需要形成移交調(diào)試前的設備保養(yǎng)清單與保養(yǎng)記錄,此保養(yǎng)清單及保養(yǎng)記錄應作為EESR文件中的必備內(nèi)容。

5.安裝竣工狀態(tài)報告。EESR:安裝竣工狀態(tài)報告是安裝活動和調(diào)試活動之間的接口文件,它覆蓋安裝承包商執(zhí)行的所有現(xiàn)場活動。通過該報告業(yè)主可以確認:所有DCS設備已按照安裝程序和技術規(guī)范正確無誤地安裝完畢;所有DCS安裝結束,試驗已經(jīng)完成并符合技術規(guī)范和要求;DCS系統(tǒng)或子系統(tǒng)的狀態(tài)已全部和正確地作了文件記錄;調(diào)試活動可以在人員和設備安全有保障的條件下進行。

6.EESR聯(lián)檢與簽字。簽字前3周,組織調(diào)試、設備采購、業(yè)主及供應商代等參加現(xiàn)場聯(lián)檢;聯(lián)檢結束后開會討論確定意見項;系統(tǒng)消缺完畢,相關部門簽字檢查后7日內(nèi)完成EESR B版簽字。

四、結語

核電站全數(shù)字化儀控系統(tǒng)的設計、制造、安裝在中國仍然是一個新生事物,隨著中國核電的大發(fā)展及核電設備國產(chǎn)化進程的加快,如何把建成及在建核電站的DCS系統(tǒng)的安裝經(jīng)驗進行總結并反饋到將要建設的核電DCS系統(tǒng)的設計、制造、安裝過程中去,對于形成先進、安全成熟的國產(chǎn)化DCS技術方案及推進國家核電自主化、標準化、系列化有很重要的作用。

作者簡介:楊卿,供職于遼寧省紅沿河核電廠,研究方向:DCS系統(tǒng)安裝及調(diào)試、檢修,火電DCS系統(tǒng)的安裝、調(diào)試。