AP1000型核電站核島主管道安裝方案優(yōu)化

陳根衛(wèi)　姜煌　張家剛

摘 要：根據(jù)AP1000核島主管道的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和安裝要求，參考在建工程的主管道安裝方案，進(jìn)行理論分析和全尺寸模擬實(shí)踐，探討了AP1000主管道安裝方案的優(yōu)化措施，即保證主管道安裝質(zhì)量，又可以加快核島整體安裝進(jìn)度。

關(guān)鍵詞：核電站；AP1000；核島；主管道；安裝

引言

AP1000核電技術(shù)為目前全球核電市場(chǎng)中最安全、最先進(jìn)的商業(yè)核電技術(shù)。其最大的特點(diǎn)就是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)練，易于操作，而且充分利用了諸多“非能動(dòng)的安全體系。同時(shí)也能顯著降低核電機(jī)組建設(shè)以及長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)的成本，是國(guó)內(nèi)近年來(lái)大力發(fā)展的核電技術(shù)。核電站主管道作為核島一回路系統(tǒng)的核心部件，是保證核電站安全最重要的部件之一。

1.AP1000核島主管道設(shè)計(jì)特點(diǎn)

AP1000一回路系統(tǒng)設(shè)計(jì)為兩個(gè)環(huán)路（見圖1），主要設(shè)備包括：一臺(tái)反應(yīng)堆壓力容器（RV）、兩臺(tái)蒸汽發(fā)生器（SG）、四臺(tái)主泵以及兩個(gè)環(huán)路主管道。反應(yīng)堆壓力容器、兩臺(tái)蒸汽發(fā)生器分別布置在不同的房間內(nèi)，環(huán)路采用厚壁大口徑超低碳奧氏體不銹鋼316LN整體鍛件，通過熱彎和熱擠壓鍛造管段。冷段規(guī)格為φ688.85×65mm，熱段規(guī)格為φ952.5×82mm。

主泵直接掛在蒸汽發(fā)生器底部，省去了主泵與蒸汽發(fā)生器之間的過渡段，減少了主管道焊縫數(shù)量，取消了主泵的支撐，簡(jiǎn)化了主回路結(jié)構(gòu)。

主管道焊口坡口設(shè)計(jì)為U型坡口，焊口對(duì)口間隙小，無(wú)法采用手工氬弧焊或手工電弧焊方法焊接。壓力容器和蒸汽發(fā)生器（含主泵）設(shè)備接管嘴坡口已加工，主管道供貨長(zhǎng)度方向及壁厚有二次加工余量，現(xiàn)場(chǎng)須進(jìn)行坡口加工。

以往壓水堆核電站主管道設(shè)計(jì)有過渡段，可以用來(lái)調(diào)整冷段和熱段的安裝偏差，通過橫向和豎向兩段調(diào)節(jié)管段來(lái)調(diào)整因焊接收縮變形產(chǎn)生的安裝偏差。而AP1000核電站主管道在設(shè)備之間連接是單根管道，沒有過渡段，焊接收縮變形只有在安裝焊接過程中采取措施自行平衡。

2.在建AP1000核島主管道安裝方案

目前，AP1000在建的三門核電#1機(jī)和海陽(yáng)#1機(jī)主管道已完成安裝焊接工作，主管道安裝方案一致。兩臺(tái)機(jī)組的主要安裝思路（以單側(cè)回路為例）為使用激光跟蹤儀測(cè)量設(shè)備接管嘴與主管道，并建立模型，在模型中確定主管道RV側(cè)坡口加工位置，并使用精密的坡口加工機(jī)進(jìn)行切割加工，先進(jìn)行RV側(cè)組對(duì)焊接，過程中監(jiān)控主管道RV側(cè)的收縮和SG側(cè)的變形，在RV側(cè)完成50%壁厚時(shí)，重新測(cè)量主管道SG側(cè)數(shù)據(jù)，更新模型，確定主管道SG側(cè)坡口加工位置并進(jìn)行坡口加工。然后從CV頂部吊裝引入蒸汽發(fā)生器，與主管道進(jìn)行組對(duì)焊接至50%壁厚，最后分別完成RV側(cè)和SG側(cè)剩余焊縫焊接，完成主管道的安裝工作。該安裝方案分別借助了激光跟蹤測(cè)量?jī)x器、窄間隙自動(dòng)焊機(jī)和精密坡口加工設(shè)備等先進(jìn)的工具來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.在建AP1000核島主管道安裝方案優(yōu)缺點(diǎn)

三門、海陽(yáng)核電站主管道的安裝方案經(jīng)過了實(shí)踐的檢驗(yàn)，說(shuō)明該方案是有效、可靠的。由于主管道SG側(cè)的坡口是在RV側(cè)焊接至50%后進(jìn)行加工，其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)都比較明顯：

3.1 優(yōu)點(diǎn)

主管道RV側(cè)焊接至50%后，對(duì)主管道SG側(cè)管口進(jìn)行激光測(cè)量，更新模型與SG進(jìn)行組對(duì)，確定主管道SG側(cè)的加工位置，通過精密加工設(shè)備配合可以使主管道與SG接管嘴較容易實(shí)現(xiàn)組對(duì)。

3.2 缺點(diǎn)

（1）SG房間相對(duì)比較狹小，需要布置2臺(tái)管道切割機(jī)和2臺(tái)坡口加工機(jī)，加工空間不足，并且坡口加工過程中，激光跟蹤儀需不斷地對(duì)坡口加工情況進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量難度加大。

（2）SG的吊裝引入需等主管道SG側(cè)坡口加工完成后進(jìn)行，并且兩個(gè)環(huán)路的SG吊裝時(shí)間間隔較長(zhǎng)（根據(jù)主管道焊接進(jìn)度和坡口加工進(jìn)度確定），吊裝準(zhǔn)備工作需重復(fù)進(jìn)行。

（3）AP1000實(shí)行開頂法施工，SG的吊裝就位影響上方環(huán)吊和CV頂封頭的吊裝和安裝工作，延長(zhǎng)了整個(gè)核島的關(guān)鍵路徑。

4.AP1000核島主管道安裝方案優(yōu)化

為解決上述施工方案中的不足之處，并且同時(shí)保證主管道整體安裝質(zhì)量符合技術(shù)規(guī)格書要求，對(duì)此方案進(jìn)行部分工序調(diào)整進(jìn)行優(yōu)化。

調(diào)整后的安裝方案如下（以單側(cè)回路為例）：使用激光跟蹤儀測(cè)量設(shè)備接管嘴與主管道，并建立模型，在模型中確定主管道RV和SG側(cè)坡口加工位置，并使用精密的坡口加工機(jī)進(jìn)行切割加工，吊裝引入主管道后，隨即吊裝引入蒸汽發(fā)生器擱置在上部臨時(shí)支撐上，向外側(cè)作微移避開主管道。先進(jìn)行RV側(cè)組對(duì)焊接，過程中監(jiān)控主管道RV側(cè)的收縮和SG側(cè)的變形，調(diào)整RV側(cè)焊接，使RV側(cè)完成50%壁厚時(shí)，SG側(cè)變形與理論數(shù)據(jù)保持一致，移回蒸汽發(fā)生器，蒸汽發(fā)生器（含主泵）接管嘴與主管道進(jìn)行組對(duì)焊接至50%壁厚，最后分別完成RV側(cè)和SG側(cè)剩余焊縫焊接，完成主管道的安裝工作。

4.1 理論依據(jù)

（1）主管道為整體鍛件，直徑大，壁厚厚，可視為一個(gè)剛性物體。剛性物體上所有點(diǎn)的移動(dòng)軌跡均相同，當(dāng)RV側(cè)焊接收縮數(shù)據(jù)可測(cè)時(shí)，SG側(cè)的移動(dòng)數(shù)據(jù)同時(shí)也可計(jì)算得出。

（2）窄間隙自動(dòng)焊接工藝和參數(shù)相對(duì)固定，母材相同，組對(duì)數(shù)據(jù)保持一致時(shí)，焊縫收縮量也是一致的。

（3）焊接過程中焊縫軸向局部不均勻收縮可以通過改變焊接起弧和收縮位置、焊接參數(shù)調(diào)整等方法進(jìn)行調(diào)整。

（4）激光跟蹤儀和精密坡口加工機(jī)的配合使用，加強(qiáng)過程測(cè)量，根據(jù)SG側(cè)組對(duì)要求設(shè)定預(yù)警變形量，使整個(gè)施工過程處于可控狀態(tài)。

4.2 實(shí)體模擬驗(yàn)證

針對(duì)AP1000一回路系統(tǒng)制作1：1實(shí)體模擬件進(jìn)行實(shí)體安裝模擬，實(shí)施結(jié)果驗(yàn)證了該方案的可行性。

（1）制作RV、SG模擬件，并根據(jù)AP1000房間設(shè)置模擬CA01墻體。接管嘴材料使用316LN不銹鋼，并與主管道規(guī)格一致。

（2）固化組對(duì)數(shù)據(jù)和焊接參數(shù)，觀察焊縫收縮規(guī)律、測(cè)量焊縫收縮數(shù)據(jù)，并計(jì)算出主管道RV側(cè)最佳收縮預(yù)留值。

（3）制作主管道模擬件，采用三段式組合，兩端采用316LN不銹鋼，中間采用碳鋼替代，管道內(nèi)部填充鐵砂等材料，使整體重量與實(shí)際管道一致。管道尺寸按圖紙加RV側(cè)預(yù)留值制作。

（4）模擬件安裝過程RV側(cè)焊口焊接時(shí)，每一層焊接結(jié)束后均采用激光跟蹤儀對(duì)SG側(cè)管口進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并通過下一道焊縫的調(diào)整使RV側(cè)焊縫均勻收縮，而且主管道SG側(cè)的變形在預(yù)警范圍內(nèi)。

（5）當(dāng)RV側(cè)焊口焊接至50%厚度時(shí)，移動(dòng)SG模擬件與主管道組對(duì)，取得成功，一只熱段焊口、兩只冷段焊口的組對(duì)數(shù)據(jù)均符合要求。

4.3 應(yīng)注意的事項(xiàng)

（1）激光跟蹤測(cè)量和建模

激光跟蹤測(cè)量、建模是主管道安裝方案的核心工作，必須保證設(shè)備管嘴、主管道及安裝基準(zhǔn)點(diǎn)的測(cè)量準(zhǔn)確性。在模型中通過多次擬合，確定主管道最佳的切割位置，并嚴(yán)格按切割位置進(jìn)行坡口加工。

（2）RV側(cè)組對(duì)參數(shù)

主管道RV側(cè)焊口的實(shí)際組對(duì)參數(shù)，應(yīng)以建模的參數(shù)為依據(jù)，不能隨意改變組對(duì)參數(shù)。

（3）RV側(cè)焊接過程監(jiān)測(cè)和調(diào)整

RV側(cè)焊口焊接時(shí)，焊接參數(shù)應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝規(guī)程要求，每層焊接結(jié)束后，對(duì)焊口收縮量和SG側(cè)變形量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，防止SG側(cè)變形量超過預(yù)警值。一旦SG側(cè)變形量超出預(yù)警范圍，應(yīng)停止施工，確定特殊糾偏措施。

5.結(jié)束語(yǔ)

優(yōu)化調(diào)整后的安裝方案與原方案相比，將主管道SG側(cè)的坡口加工提前在加工車間內(nèi)進(jìn)行，空間寬敞，光線充足，有利于保證坡口加工的準(zhǔn)確性。此方案的最大優(yōu)勢(shì)是主管道吊裝引入后，直接可以進(jìn)行蒸汽發(fā)生器的吊裝引入，不影響核島安裝關(guān)鍵路徑上的后續(xù)工作如環(huán)吊安裝、CV頂蓋安裝等工作，從而縮短整個(gè)核島安裝周期，為后續(xù)項(xiàng)目主管道安裝提供借鑒。

作者簡(jiǎn)介：陳根衛(wèi)（1966.1—），男，漢族，杭州人，浙江省火電建設(shè)公司，大學(xué)，學(xué)士，高級(jí)工程師，主要從事電廠熱能專業(yè)技術(shù)工作。