P1000蒸汽發(fā)生器開(kāi)頂法吊裝方式與M310堆型吊裝方式的分析

黃新東 任 荷 洪 龍 甕松峰

（中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院 核反應(yīng)堆系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610041）

0 引言

AP1000 在傳統(tǒng)壓水堆的基礎(chǔ)上采用了非能動(dòng)的技術(shù)，其設(shè)計(jì)思路和建造理念與常規(guī)的核電機(jī)組存在著很大的區(qū)別。AP1000 核電廠采用△125、立式、倒U 形管型蒸汽發(fā)生器，質(zhì)量較重、尺寸龐大，其吊裝方式與M310 堆型蒸汽發(fā)生器吊裝方式有所不同。本文對(duì)AP1000核電廠蒸汽發(fā)生器吊裝方式與M310 堆型蒸汽發(fā)生器吊裝方式的吊裝工藝及吊裝工具進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，從主設(shè)備安裝的角度闡述了兩種吊裝方式的優(yōu)缺點(diǎn)，為后續(xù)核電廠主設(shè)備吊裝方式的選擇提供理論分析和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)。

1 蒸汽發(fā)生器吊裝方式概述

蒸汽發(fā)生器吊裝工藝主要由廠房土建結(jié)構(gòu)與空間布置、自身結(jié)構(gòu)重量、起吊設(shè)備等因素決定。目前針對(duì)壓水堆核電廠，蒸汽發(fā)生器的吊裝方式主要有兩種，一種是以M310 堆型為代表采用的吊裝方式，蒸汽發(fā)生器通過(guò)廠房外龍門吊吊運(yùn)至廠房+20m 操作平臺(tái)上，經(jīng)廠房設(shè)備閘門口引入，再通過(guò)環(huán)吊將其在廠房?jī)?nèi)翻轉(zhuǎn)豎立并吊裝就位。另一種是AP1000 核電廠采用的開(kāi)頂法吊裝方式，蒸汽發(fā)生器由大型吊機(jī)在廠房外翻轉(zhuǎn)豎立，再?gòu)膹S房頂部吊入并安裝就位。

圖1 M310 堆型蒸汽發(fā)生器吊裝工具結(jié)構(gòu)示意圖

2 吊裝工具與吊裝工藝介紹

2.1 M310 堆型蒸汽發(fā)生器吊裝方式

M310 堆型蒸汽發(fā)生器的吊裝工藝基本相同，吊裝工具的結(jié)構(gòu)也大致相似，本文以福清核電廠1、2# 機(jī)組蒸汽發(fā)生器吊裝為例介紹，蒸汽發(fā)生器重約345t，總高21115mm，直徑Φ4484/3440mm。

蒸汽發(fā)生器吊裝工具主要由提升裝置、運(yùn)輸小車、翻轉(zhuǎn)抱環(huán)、吊梁、提吊耳軸、翻轉(zhuǎn)支架、翻轉(zhuǎn)抱環(huán)拆除平臺(tái)、鋼絲繩等組成，結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。首先在廠房+20m 平臺(tái)上安裝并固定運(yùn)輸小車，使用提升裝置將蒸汽發(fā)生器從0m 提升至+20m 平臺(tái)并放置到運(yùn)輸小車上，然后分三次牽引至廠房?jī)?nèi)翻轉(zhuǎn)位置，最后水平移動(dòng)環(huán)吊小車和提升吊鉤交替動(dòng)作將其翻轉(zhuǎn)豎立并安裝就位，吊裝工藝見(jiàn)圖2。

圖2 M310 堆型蒸汽發(fā)生器吊裝方式流程圖

2.2 開(kāi)頂法吊裝方式

AP1000 核電廠蒸汽發(fā)生器重約591t，總高22461mm，直徑Φ5576/4382mm。由于蒸汽發(fā)生器在運(yùn)輸過(guò)程中二次側(cè)人孔軸線與水平面呈45°，吊裝之前應(yīng)將其旋轉(zhuǎn)至水平狀態(tài)，因此吊裝分為水平吊裝、（沿蒸汽發(fā)生器軸線）旋轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)豎立吊裝三個(gè)階段，工藝如圖3。整個(gè)吊裝過(guò)程都在廠房外進(jìn)行，首先使用2600t 吊機(jī)和400t 吊機(jī)將蒸汽發(fā)生器從存儲(chǔ)位置吊運(yùn)至旋轉(zhuǎn)裝置上，然后操作旋轉(zhuǎn)裝置將蒸汽發(fā)生器二次側(cè)人孔旋轉(zhuǎn)至水平狀態(tài)，最后由2600t 吊機(jī)將其翻轉(zhuǎn)豎立并從廠房頂部吊入、安裝就位。吊裝工具由旋轉(zhuǎn)裝置、吊叉、翻轉(zhuǎn)支架、主吊耳及專用吊具等組成，結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4，其中，兩個(gè)主吊耳對(duì)稱安裝在二次側(cè)人孔凸臺(tái)上，通過(guò)專用吊具與2600t 吊車剛性連接，翻轉(zhuǎn)支架與吊叉固定在蒸汽發(fā)生器尾部，為翻轉(zhuǎn)提供支承。

3 M310 堆型蒸汽發(fā)生器吊裝方式優(yōu)缺點(diǎn)分析

3.1 安全性高

圖3 開(kāi)頂法吊裝方式流程圖

圖4 開(kāi)頂法吊裝吊裝工具結(jié)構(gòu)示意圖

蒸汽發(fā)生器是安全一級(jí)設(shè)備，其上有管座、接管嘴、密封面等突出結(jié)構(gòu)和易損結(jié)構(gòu)，因此其吊裝工藝及吊裝工具的設(shè)計(jì)首先應(yīng)保證設(shè)備的安全性。在嶺澳二期、福清、方家山等M310 堆型核電項(xiàng)目中，我院已成功完成了蒸汽發(fā)生器吊裝工具的設(shè)計(jì)和供貨工作，積累了豐富的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)基礎(chǔ)。吊裝工藝已基本成熟、規(guī)范，即從0m～+20m 的起吊、+20m 運(yùn)輸和翻轉(zhuǎn)、吊裝就位。吊裝工具也在逐步完善，從材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到試驗(yàn)、文件方面都進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)。實(shí)踐證明，M310堆型蒸汽發(fā)生器吊裝方式行之有效、工藝成熟、安全可靠。

3.2 進(jìn)度不易受影響

吊裝蒸汽發(fā)生器的施工場(chǎng)地分為0m，+20m 平臺(tái)和廠房?jī)?nèi)三處，滿足III 級(jí)工作區(qū)要求，施工條件要求無(wú)大雨大霧、最大風(fēng)速不超過(guò)10.7m/s。而AP1000 核電廠開(kāi)頂法吊裝的整個(gè)施工場(chǎng)地都在廠房外，對(duì)天氣的要求更苛刻，遇雨、霧、風(fēng)（風(fēng)速大于8.9m/s）天氣時(shí)將無(wú)法進(jìn)行吊裝作業(yè)。因此M310 堆型蒸汽發(fā)生器吊裝方式不易受氣候條件的制約。

在M310 堆型核電廠，主設(shè)備的吊裝與其他施工作業(yè)可以并行開(kāi)展、互不影響，即使蒸汽發(fā)生器到貨時(shí)間拖延，也不影響其他施工作業(yè)的進(jìn)行。而AP1000 核電廠開(kāi)頂法吊裝方式采取模塊化安裝模式，一旦蒸汽發(fā)生器到貨延期，將導(dǎo)致開(kāi)頂周期延長(zhǎng)，影響安全殼內(nèi)部施工作業(yè)的進(jìn)展。因此M310 堆型蒸汽發(fā)生器吊裝方式不易受主設(shè)備到貨情況的制約。

3.3 吊裝工具設(shè)計(jì)、制造復(fù)雜

M310 堆型蒸汽發(fā)生器涉及的吊裝工具數(shù)量多，設(shè)計(jì)、制造復(fù)雜，本文僅從鋼絲繩設(shè)計(jì)、翻轉(zhuǎn)支架制造兩個(gè)方面進(jìn)行分析。

3.3.1 鋼絲繩設(shè)計(jì)

蒸汽發(fā)生器翻轉(zhuǎn)時(shí)是通過(guò)鋼絲繩與吊梁連接的，因此鋼絲繩的設(shè)計(jì)載荷必須滿足強(qiáng)度要求。按照額定載荷396t、2 根鋼絲繩分別繞提吊耳軸疊放兩圈的使用工況，應(yīng)選擇高強(qiáng)度的鋼絲繩。但是鋼絲繩強(qiáng)度越高、直徑越大，則柔韌性差，在翻轉(zhuǎn)過(guò)程中鋼絲繩與提吊耳軸之間接觸面積小，由加速度、沖擊等引起的動(dòng)載荷可能導(dǎo)致受力不均勻、伸縮量不穩(wěn)定、翻轉(zhuǎn)不平穩(wěn)。同時(shí)，蒸汽發(fā)生器是反應(yīng)堆廠房?jī)?nèi)最重、最長(zhǎng)的設(shè)備，廠房的高度就由吊裝它的需要而確定，由于蒸汽發(fā)生器吊裝就位后垂直空間十分有限，鋼絲繩要足夠柔韌才便于松脫。因此強(qiáng)度高、精度高、柔韌性高的鋼絲繩才能保證吊裝的安全、順利，而高柔韌性和高強(qiáng)度是相互矛盾的，因此鋼絲繩的設(shè)計(jì)和制造相當(dāng)苛刻。

3.3.2 翻轉(zhuǎn)抱環(huán)制造

蒸汽發(fā)生器吊至+20m 平臺(tái)后，需要將翻轉(zhuǎn)抱環(huán)安裝到蒸汽發(fā)生器下筒體處為翻轉(zhuǎn)提供支撐，而下筒體處設(shè)有多個(gè)二次側(cè)排污管、二次側(cè)眼孔、二次側(cè)手孔、疏水管、銘牌等，為避免干涉，翻轉(zhuǎn)抱環(huán)的兩個(gè)翻轉(zhuǎn)抱箍在其對(duì)應(yīng)位置處均開(kāi)有多處孔，其開(kāi)孔方位、中心、尺寸各不相同，且兩個(gè)翻轉(zhuǎn)抱箍安裝后對(duì)中精度要求高，制造費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

3.4 吊裝周期長(zhǎng)

由于M310 堆型蒸汽發(fā)生器吊裝的施工場(chǎng)地大都在+20m 平臺(tái)上，因此需要將吊裝工具吊運(yùn)至+20m 平臺(tái)后才能安裝使用，使用后須立即吊出廠房以避免長(zhǎng)時(shí)間占用關(guān)鍵路徑、施工場(chǎng)地。本文僅以翻轉(zhuǎn)抱環(huán)的安裝、裝卸為例分析單個(gè)吊裝工具的使用過(guò)程。首先在+0m 平臺(tái)安裝定距管將兩個(gè)翻轉(zhuǎn)抱箍組裝成一個(gè)橢圓環(huán)，提升至+20m 平臺(tái)后，從蒸汽發(fā)生器底部套裝到下筒體處，拆去定距管，通過(guò)定位螺栓調(diào)節(jié)兩個(gè)翻轉(zhuǎn)抱箍的距離，最后擰緊連接兩個(gè)翻轉(zhuǎn)抱箍的螺栓。由于翻轉(zhuǎn)抱環(huán)結(jié)構(gòu)龐大且質(zhì)量重，使用時(shí)兩個(gè)翻轉(zhuǎn)抱箍對(duì)中要求高，且安裝時(shí)應(yīng)防止損傷蒸汽發(fā)生器下筒體處的接管、孔等，安裝時(shí)需要多人配合。蒸汽發(fā)生器翻轉(zhuǎn)到位后，需將翻轉(zhuǎn)抱環(huán)拆除平臺(tái)吊至+20m 平臺(tái)上，蒸汽發(fā)生器就位于翻轉(zhuǎn)抱環(huán)拆除平后由操作人員將翻轉(zhuǎn)抱環(huán)拆掉?？梢钥闯?，吊裝工具的使用極其復(fù)雜。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)反饋，M310 堆型蒸汽發(fā)生器的吊裝一般需要5 天時(shí)間，周期比較長(zhǎng)。

4 開(kāi)頂法吊裝方式優(yōu)缺點(diǎn)分析

4.1 工藝簡(jiǎn)化、工具簡(jiǎn)單

AP1000 核電廠采用開(kāi)頂法吊裝方式，由2600t 吊車在廠房外將蒸汽發(fā)生器翻轉(zhuǎn)豎立后，直接從廠房頂部吊入安裝就位。相比M310堆型吊裝方式，運(yùn)輸小車及環(huán)吊三次牽引且龍門吊與環(huán)吊兩次吊裝，工藝大大簡(jiǎn)化。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)反饋情況，僅需1 天就可完成整個(gè)吊裝工程。

由于開(kāi)頂法吊裝工藝簡(jiǎn)化，涉及的吊裝工具數(shù)量較少，且工具的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，材料、制造、安裝成本均顯著降低。僅以材料成本為例，AP1000 核電廠蒸汽發(fā)生器吊裝工具總重量約為69.8t，其中包括可用于壓力容器、穩(wěn)壓器吊裝的通用鋼結(jié)構(gòu)重量約22t。福清核電廠1、2#蒸汽發(fā)生器重量約為AP1000 核電廠蒸汽發(fā)生器的2/3，尺寸也較小，然而僅提升裝置、翻轉(zhuǎn)抱環(huán)、提升耳軸、運(yùn)輸小車等主要吊裝工具的總重量已經(jīng)高達(dá)68.7t?？梢酝茢啵瑢?duì)于同一個(gè)蒸汽發(fā)生器，采用開(kāi)頂法吊裝方式，其吊裝工具的總重量將遠(yuǎn)低于采用M310 堆型吊裝方式的吊裝工具總重量，因此能降低材料成本，具有一定的經(jīng)濟(jì)性。

4.2 建造周期縮短

M310 堆型蒸汽發(fā)生器吊裝方式，需等土建封頂以后，才能開(kāi)始蒸汽發(fā)生器及穩(wěn)壓器、壓力容器等主設(shè)備的安裝。對(duì)于福清核電廠而言，總工期為57 個(gè)月。而采用開(kāi)頂法吊裝方式，核島土建與主設(shè)備安裝平行施工，AP1000 核電廠最快工期為36 個(gè)月，可以縮短工程建造工期，提前投入商運(yùn)。

4.3 吊機(jī)操作難度大

蒸汽發(fā)生器水平吊裝過(guò)程中，應(yīng)保證2600t 吊機(jī)和400t 吊機(jī)的協(xié)調(diào)性，防止過(guò)度傾斜。從水平狀態(tài)翻轉(zhuǎn)至豎立狀態(tài)過(guò)程中，2600t 吊機(jī)需要連續(xù)進(jìn)行變幅和起鉤兩個(gè)動(dòng)作，以保證鋼絲繩的垂直度，操作難度相當(dāng)大。翻轉(zhuǎn)豎立后，吊機(jī)需將蒸汽發(fā)生器吊至臨時(shí)頂蓋環(huán)形衍架上方，吊機(jī)起升高度高達(dá)81m，吊裝風(fēng)險(xiǎn)大。最后吊機(jī)落鉤將蒸汽發(fā)生器從廠房頂部吊入，調(diào)整位置和方位后放置在上部臨時(shí)安裝支撐上安裝就位，此時(shí)蒸汽發(fā)生器在廠房?jī)?nèi)而吊機(jī)操作人員在廠房外，吊機(jī)指揮信號(hào)通過(guò)對(duì)講機(jī)專用頻道傳遞，指揮難度和操作難度大。

4.4 成品保護(hù)困難

蒸汽發(fā)生器安裝就位距土建封頂?shù)臅r(shí)間跨度大，由于現(xiàn)場(chǎng)海邊鹽霧、潮濕的狀況對(duì)已安裝的蒸汽發(fā)生器會(huì)產(chǎn)生影響，同時(shí)覆蓋清潔區(qū)內(nèi)的水汽無(wú)法散發(fā)出去，附結(jié)在蒸汽發(fā)生器表面形成水滴，導(dǎo)致腐蝕生銹。施工現(xiàn)場(chǎng)灰塵很大，同樣無(wú)法做到很好的去污。尤其是外露接管嘴處，其周圍有作業(yè)時(shí)容易受損傷，成品保護(hù)困難。

4.5 更換困難

采用開(kāi)頂法吊裝方式，設(shè)備閘門尺寸不夠蒸汽發(fā)生器出入。一旦出現(xiàn)重大問(wèn)題需要更換時(shí)，必須將安全殼頂部打開(kāi)，使用廠房環(huán)吊將蒸汽發(fā)生器吊運(yùn)至開(kāi)口位置，再使用大型吊機(jī)將蒸汽發(fā)生器吊出更換，實(shí)現(xiàn)起來(lái)很困難。

5 總結(jié)

本文詳細(xì)介紹了M310 堆型蒸汽發(fā)生器的吊裝方式與AP1000 核電廠開(kāi)頂法吊裝方式，從主設(shè)備安裝角度分析了兩種方式的優(yōu)缺點(diǎn)，得出以下結(jié)論：

（1）M310 堆型蒸汽發(fā)生器吊裝方式工藝成熟，安全可靠性高，進(jìn)度不易受環(huán)境和主設(shè)備到貨情況限制，但吊裝工具設(shè)計(jì)、制造、安裝復(fù)雜，吊裝周期長(zhǎng)。

（2）開(kāi)頂法吊裝方式簡(jiǎn)化了吊裝工藝及吊裝工具，降低制造成本，縮短建造周期，但吊機(jī)操作難度大，安裝后成品保護(hù)難，出現(xiàn)問(wèn)題后更換困難。