關(guān)于AP1000反應(yīng)堆壓力容器筒體的安裝工藝研究

柏貴陽(yáng)

（哈爾濱電氣股份有限公司 核電事業(yè)部，黑龍江 哈爾濱150040）

0 引言

AP1000是美國(guó)西屋公司開(kāi)發(fā)的一種新型壓水反應(yīng)堆核電站，它采用了非能動(dòng)安全系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的壓水堆核電站安全系統(tǒng)相比，AP1000安全系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要傳統(tǒng)核電站中那些種類(lèi)繁多的安全支持系統(tǒng)，如相關(guān)的安全級(jí)交流電源、HVAC（加熱、通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)）、設(shè)備冷卻水系統(tǒng)等。非能動(dòng)安全系統(tǒng)的采用使安全系統(tǒng)大為簡(jiǎn)化，減少了運(yùn)行人員的操作，降低了人因失誤。通過(guò)這些設(shè)計(jì)改進(jìn)，AP1000壓水堆核電站的安全性得到了顯著的改進(jìn)，其堆芯熔化概率僅為3×10-7/堆年，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于“美國(guó)核電站用戶要求文件”要求的1×10-5/堆年。將“非能動(dòng)”的理念引入了壓水反應(yīng)堆設(shè)計(jì)后，使得設(shè)計(jì)工作大大簡(jiǎn)化、安全性顯著提高、投資也有所降低，十分利于壓水堆核電站的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

AP1000在自己的發(fā)源地——美國(guó)尚未從藍(lán)圖轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，然而根據(jù)我國(guó)核電中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃以及中美之間關(guān)于先進(jìn)壓水堆技術(shù)轉(zhuǎn)讓與項(xiàng)目合作的相關(guān)備忘錄、協(xié)議與合同，AP1000核電機(jī)組首先在中國(guó)建造。

1 AP1000反應(yīng)堆壓力容器概況

反應(yīng)堆壓力容器是壓水堆核電站中最關(guān)鍵的設(shè)備之一，支承和包容堆芯和堆內(nèi)構(gòu)件，是反應(yīng)堆冷卻系統(tǒng)壓力邊界最重要的部件。在整個(gè)核動(dòng)力廠壽命周期，它是不可更換的。主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)下表：

表1

壓力容器由容器筒體和一體化頂蓋兩組件組成，本次研究的安裝對(duì)象為容器筒體部分，凈重273.5t，最大外形尺寸為6454.6mm×6380.4mm×10256.8mm。下圖為反應(yīng)堆壓力容器筒體外形示意圖。

圖1 筒體示意圖

2 安裝工藝

2.1 吊裝方案的選擇

反應(yīng)堆壓力容器屬于大型核級(jí)設(shè)備，對(duì)于這么巨大的壓力容器，并且處在工程網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃的關(guān)鍵路徑，它的吊裝和安裝都是一個(gè)需要認(rèn)真對(duì)待的問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外常用吊裝方法有以下3種：

表2

目前國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)PWR反應(yīng)堆壓力容器普遍采用的吊裝方案為固定式龍門(mén)吊裝方案，此方案對(duì)工期影響小，且經(jīng)過(guò)多年的研究積累該方案已經(jīng)成熟，發(fā)生意外事故的可能性低，可以確保安裝工作順利的進(jìn)行。故此方案對(duì)AP1000反應(yīng)堆壓力容器的安裝工作參考意義最大，所以本文主要針對(duì)此吊裝方案研究反應(yīng)堆壓力容器筒體的安裝工藝。

2.2 準(zhǔn)備工作

1）土建工作已完成，堆坑標(biāo)高X米處中心標(biāo)志已埋設(shè)，反應(yīng)堆堆坑環(huán)形墻上已預(yù)埋控制標(biāo)高的水平標(biāo)志。

2）標(biāo)高 X 米處堆坑內(nèi)壁坑口處已做好 0°-180°，90°-270°軸線標(biāo)記。

3）380t/60t龍門(mén)吊，2臺(tái)190t環(huán)吊已安裝可使用。

2.3 反應(yīng)堆壓力容器支撐安裝

由于AP1000壓力容器上筒體布置了4個(gè)冷卻劑進(jìn)口管嘴、兩個(gè)出口管嘴。進(jìn)口管嘴布置在上筒體法蘭與堆芯頂部之間兩個(gè)標(biāo)高不同的水平面上，進(jìn)口管嘴高于出口管嘴44.45cm。反應(yīng)堆壓力容器支撐由位于進(jìn)口管嘴下4個(gè)單獨(dú)的空氣冷卻箱形結(jié)構(gòu)組成，沿著一次屏蔽墻按90°均布。箱型結(jié)構(gòu)由空氣將混凝土冷卻到93.3℃的設(shè)計(jì)溫度。為減少管嘴向混凝土的傳熱，冷卻空氣經(jīng)豎向?qū)Я靼辶鬟^(guò)支撐，熱空氣則由頂部排出。

為保證支撐裝置處于同一水平面，設(shè)計(jì)將支撐裝置固定在同一正八邊形水平法蘭上，構(gòu)成支撐環(huán)。然后采用平板車(chē)將支撐環(huán)運(yùn)至龍門(mén)吊下采用龍門(mén)吊卸下支撐環(huán)，并起吊至20米層放在拖動(dòng)滑車(chē)上，支撐環(huán)進(jìn)入的方向應(yīng)正確，放妥后，再用角鋼做靠山將支撐環(huán)固定在滑車(chē)上，最后通過(guò)滑車(chē)將支撐環(huán)運(yùn)進(jìn)反應(yīng)堆廠房。

圖2 平板車(chē)示意圖

圖3 支撐環(huán)示意圖

圖4 吊裝示意圖

以堆坑底中心標(biāo)記板為基礎(chǔ)，豎立鋼結(jié)構(gòu)立柱，在柱頂面安裝經(jīng)緯儀，在堆坑標(biāo)高+X米處搭設(shè)臨時(shí)工作平臺(tái)，用布置在立柱上的經(jīng)緯儀把反應(yīng)堆壓力容器0°-180°,90°-270°軸線安裝位置控制點(diǎn)標(biāo)在基礎(chǔ)標(biāo)高X+1米處的預(yù)埋標(biāo)志板上。在標(biāo)高+X+0.38米處布置4塊基礎(chǔ)板，用混凝土將此板澆灌固定。

圖5 基礎(chǔ)板布置示意圖

將M50調(diào)整螺栓安裝到支承環(huán)法蘭上，并根據(jù)對(duì)應(yīng)基礎(chǔ)板實(shí)測(cè)標(biāo)高來(lái)確定螺栓長(zhǎng)度“L”值。

圖6 螺栓調(diào)整示意圖

用環(huán)吊將支承環(huán)吊起在支承環(huán)底面涂以一層脫模油，再將定位后的支承環(huán)放到基礎(chǔ)板上。

圖7 安裝示意圖

用經(jīng)緯儀測(cè)量就位后的支承環(huán)標(biāo)高，水平度以及0°-180°，90°-270°中心線，與基準(zhǔn)點(diǎn)同軸度誤差不大于0.5mm，水平度誤差不大于0.5mm，標(biāo)高誤差不大于±1mm。灌漿48小時(shí)后，拆除調(diào)整工具，復(fù)測(cè)支撐環(huán)位置數(shù)據(jù)并記錄。

圖8 示意圖

2.4 反應(yīng)堆壓力容器運(yùn)進(jìn)廠房并翻轉(zhuǎn)

將壓力容器拖至反應(yīng)堆廠房?jī)?nèi)進(jìn)行豎立的位置，并裝上翻轉(zhuǎn)架用環(huán)吊緩慢提升壓力容器一端，使其沿后端支點(diǎn)翻轉(zhuǎn)豎立，在整個(gè)豎立過(guò)程中，必須保證吊桿垂直翻轉(zhuǎn)后拆下連接框架，翻轉(zhuǎn)架，耳軸及翻轉(zhuǎn)套環(huán)。

圖9 翻轉(zhuǎn)示意圖

2.5 壓力容器的就位與調(diào)整

將壓力容器支承面和支承環(huán)支撐面上保護(hù)清除，并用丙酮清洗支承面。調(diào)節(jié)支撐環(huán)4個(gè)支撐面上的8個(gè)調(diào)節(jié)螺栓（M85）使螺栓上平面標(biāo)高達(dá)到圖紙要求。用2×190t環(huán)吊將壓力容器吊放到堆坑，當(dāng)管嘴下的支承塊與支承環(huán)上的支承面距離為1600mm左右時(shí)，壓力容器停止下降。調(diào)整壓力容器方位，使容器法蘭上0°-180°，90°-270°的中心線標(biāo)記與混凝土結(jié)構(gòu)上的 0°-180°，90°-270°安裝基準(zhǔn)一致。 將壓力容器落下，放到壓力容器支撐螺栓上，測(cè)出壓力容器標(biāo)高和水平度和軸中心線，通過(guò)調(diào)整支承螺栓，使壓力容器的標(biāo)高和水平偏差符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，壓力容器的軸線偏差也應(yīng)符合規(guī)定的要求。

圖10

測(cè)取4個(gè)支承塊下表面與之對(duì)應(yīng)支承面之間的間隙，每個(gè)支承面測(cè)取6個(gè)點(diǎn)，根據(jù)測(cè)出的數(shù)據(jù)加工墊片。吊起壓力容器，旋低支承螺栓，在壓力容器與支承環(huán)之間墊上臨時(shí)硬木，再將壓力容器放到硬木上。

圖11

水平墊片加工好后，提升壓力容器，抽出硬木，在管座與墊片，支撐與墊片接觸面涂以二硫化鉬，將墊片放到支撐上。調(diào)整好壓力容器的方位，落下壓力容器，復(fù)測(cè)壓力容器的標(biāo)高，水平及方位。測(cè)出壓力容器水平支承與支承環(huán)之間側(cè)間隙，根據(jù)測(cè)出數(shù)據(jù)，加工側(cè)向墊片。安裝側(cè)向墊片，測(cè)出側(cè)向墊片與壓力容器水平支承之間間隙。

圖12

2.6 后續(xù)步驟

壓力容器最終檢查驗(yàn)收合格后，裝上壓力容器保護(hù)蓋，拆除吊運(yùn)和安裝工具，對(duì)工作區(qū)域進(jìn)行清理，使之達(dá)到規(guī)范要求，即時(shí)填寫(xiě)結(jié)束報(bào)告。

3 結(jié)語(yǔ)

本次安裝工藝參考了已趨于成熟的傳統(tǒng)PWR反應(yīng)堆壓力容器的吊裝方案，并結(jié)合AP1000反應(yīng)堆壓力容器的特殊結(jié)構(gòu)，將方案做出適當(dāng)調(diào)整。在安裝過(guò)程中值得注意的是，由于AP1000反應(yīng)堆壓力容器出口管嘴位置低于進(jìn)口管嘴，因此應(yīng)適當(dāng)調(diào)整支撐的高度或者在壓力容器混凝土支撐面預(yù)留空間，以確保出口管嘴在空間上的就位。

此吊裝方案只是給出了AP1000反應(yīng)堆壓力容器安裝的思路，具體是否可行仍需實(shí)踐的驗(yàn)證。

［1］孫漢虹.第三代核電技術(shù)AP1000[M].中國(guó)電力出版社,2010.

［2］許躍武,高寶寧.AP1000核電機(jī)組反應(yīng)堆壓力容器的安裝[M].壓力容器,2012(01).

［3］劉永闊.壓水堆核島主系統(tǒng)的安裝與調(diào)試[Z].哈爾濱工程大學(xué)講義,2013,10.