CAP1400安全殼和模塊整體出廠時(shí)大件碼頭及場(chǎng)內(nèi)設(shè)施改造方案分析

翟新軍　陳啟霞　葛+彬　李偉　朱玉璧

摘要： 從CAP1400核電鋼制安全殼和模塊整體出廠的構(gòu)想尚存在諸多不確定因素切入，按照模塊整體出廠參數(shù)，依據(jù)已審批的3 000～5 000 t級(jí)核電站碼頭初步設(shè)計(jì)資料、SG浮吊卸貨運(yùn)輸方案、擬采用18 000 t 級(jí)半潛船運(yùn)輸構(gòu)想、重件道路等場(chǎng)內(nèi)設(shè)施初步設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)碼頭、場(chǎng)內(nèi)設(shè)施等設(shè)計(jì)方案按照理想狀態(tài)同比例放大航道、港池、碼頭、重件道路等參數(shù)建立模型，進(jìn)行模塊整體出廠的改造分析.經(jīng)過(guò)對(duì)船型參數(shù)、航道、港池、碼頭、場(chǎng)內(nèi)設(shè)施詳細(xì)的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析，對(duì)模塊整體出廠從理論、安全、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面給出了切合實(shí)際的建議.

關(guān)鍵詞： CAP1400； CA/CV模塊； 整體出廠； 大件碼頭； 場(chǎng)內(nèi)設(shè)施； 改造分析

中圖分類號(hào)： TL 421+.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

目前，依托美國(guó)Westinghosue公司的世界上最先進(jìn)的第三代AP1000非能動(dòng)核電技術(shù)的核電站正在浙江三門、山東海陽(yáng)等地建設(shè).浙江三門AP1000核電機(jī)組是全球首臺(tái)[1].通過(guò)對(duì)AP1000核電技術(shù)的引進(jìn)、消化、吸收及再創(chuàng)新，全面掌握AP1000核電關(guān)鍵設(shè)計(jì)技術(shù)、關(guān)鍵設(shè)備材料制造技術(shù)和關(guān)鍵建造技術(shù)[2]，形成中國(guó)核電技術(shù)品牌是國(guó)家科技重大專項(xiàng)課題的任務(wù)之一.同時(shí)，基于AP1000核電技術(shù)的 CAP1400/1700核電研發(fā)、應(yīng)用、推廣及自主創(chuàng)新，形成具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CAP1400/1700先進(jìn)非能動(dòng)核電技術(shù)更是國(guó)家科技重大專項(xiàng)課題的研究重點(diǎn).

世界上在建的8臺(tái)AP1000核電機(jī)組的安全殼（CV）和模塊（CA）均以設(shè)備散件形式運(yùn)輸?shù)胶穗姀S現(xiàn)場(chǎng)后拼裝.由于受現(xiàn)場(chǎng)氣候、場(chǎng)地、起吊設(shè)施、手工焊接、施工人員、施工技術(shù)等因素的影響，利用設(shè)備制造廠技術(shù)及裝備優(yōu)勢(shì)整體制造CA/CV模塊的工藝質(zhì)量高于模塊現(xiàn)場(chǎng)拼裝工藝質(zhì)量.另外，成套供應(yīng)的核級(jí)重裝設(shè)備具有資源優(yōu)勢(shì)及縮短建設(shè)工期的優(yōu)點(diǎn).因此，對(duì)CAP1400安全殼和模塊整體出廠時(shí)大件碼頭及場(chǎng)內(nèi)設(shè)施改造方案進(jìn)行分析研究意義重大.

模塊整體出廠可節(jié)省現(xiàn)場(chǎng)拼裝場(chǎng)地，可利用設(shè)備制造廠廠房及設(shè)備提高模塊的制造質(zhì)量.但整體出廠尚存在較多風(fēng)險(xiǎn)及不確定性.本文將對(duì)具體改造過(guò)程進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析.

1 模塊整體出廠存在的諸多不確定因素

1.1 整體拼裝、裝船方案不明確

CAP1400鋼制安全殼為帶上、下橢圓形封頭的自由站立式圓柱形容器.其內(nèi)徑為43.104 m，整體高73.6 m，封頭板厚43 mm，筒體壁厚分別為52 mm和56 mm，主體材質(zhì)為SA738Gr.B.安全殼按照設(shè)計(jì)分為五段[3]：底封頭重1 065 t，高17.403 m；一環(huán)重1 000 t，高15.6 m；二環(huán)重1 000 t，高15.6 m；三環(huán)重931 t，高7.8 m；頂封頭重1 028 t，高17.283 m.

CA模塊工廠化加工時(shí)，CA01、CA20兩個(gè)模塊主體結(jié)構(gòu)均由厚度為14 mm的鋼板制作.CA01重約1 476 t，尺寸為35 m×30 m×26 m；CA20重約1 042 t，尺寸為18 m×16 m×23 m.對(duì)于由厚度為14 mm的鋼板制作的超大尺寸和超重量的模塊而言，若沒(méi)有完善的運(yùn)輸及加固措施，容易變形.CA03（尚未有重量及尺寸）為弧型板式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)較單薄，極易變形[4].

目前僅收集到廠內(nèi)加工預(yù)制的設(shè)計(jì)參數(shù)，設(shè)備制造廠尚未對(duì)制造的五段CV、三個(gè)CA的整體運(yùn)輸托架、加固方案及臨時(shí)性加固重量給出較為明確的計(jì)算數(shù)據(jù)，制造廠運(yùn)輸?shù)胶ｊ?yáng)公用碼頭整體拼裝、裝船的方案不明確，運(yùn)輸托架及加固重量不確定.

第4期翟新軍，等：CAP1400安全殼和模塊整體出廠時(shí)大件碼頭及場(chǎng)內(nèi)設(shè)施改造方案分析

1.2 半潛船運(yùn)輸方案不明確

設(shè)備制造廠僅有CA/CV模塊工廠化加工后擬采用滾卸、16 000 t級(jí)半潛船運(yùn)輸?shù)某醪接?jì)算及3D動(dòng)畫演示，而對(duì)16 000 t級(jí)半潛船的船型、市場(chǎng)、運(yùn)輸成本、適用航道及碼頭尚未有較為詳細(xì)的調(diào)研及分析方案，也未對(duì)16 000 t級(jí)的半潛船是專門建造還是租賃給出明確意見(jiàn).

1.3 碼頭不適用的改造方案不明確

設(shè)備制造廠僅有CA/CV模塊擬采用16 000 t級(jí)半潛船整體運(yùn)輸?shù)?D動(dòng)畫演示，未對(duì)已完成設(shè)計(jì)及審批的核電站5 000 t駁船碼頭提出不適用的改造方案.

1.4 碼頭卸貨后到安裝現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)輸方案不明確

設(shè)備制造廠僅有CA/CV模塊整體運(yùn)輸?shù)?D動(dòng)畫演示，沒(méi)有碼頭卸貨后到安裝現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)輸方案.

2 已審批的碼頭不滿足半潛船整體運(yùn)輸模塊的要求

核電站大件碼頭設(shè)計(jì)規(guī)范為3 000～5 000 t級(jí)，由專業(yè)設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，由海事等相關(guān)部門審批.

華能石島灣及國(guó)核示范電站共用一個(gè)碼頭.碼頭由華能山東石島灣核電有限公司牽頭，中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司設(shè)計(jì).2008—2009年8月碼頭基本完成初步設(shè)計(jì)，初步概算為9 400萬(wàn)元.按照目前取費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，該工程概算可能突破25 000萬(wàn)元.

碼頭已完成審批及施工圖設(shè)計(jì).碼頭設(shè)計(jì)650 t固定橋式吊車.碼頭底標(biāo)高-6 m，前沿標(biāo)高3 m，通過(guò)引堤由3 m過(guò)渡到7 m與廠區(qū)銜接.卸貨采用滾裝和吊裝相結(jié)合的方式，650 t吊車滿足正常吊裝，對(duì)超大件及不能滿足起吊要求的設(shè)備采用滾裝.因此，華能石島灣及國(guó)核示范電站共用碼頭設(shè)計(jì)方案已確定.而CAP1400 CA/CV模塊僅有凈重，缺少加工成整體運(yùn)輸?shù)捏w積、外形尺寸及加固措施的毛重，故整體運(yùn)輸尺寸及運(yùn)輸重量不確定，目前碼頭尚不能滿足16 000 t半潛船運(yùn)輸裝卸要求，CA/CV模塊也不能采用浮吊卸貨方案.

3 18 000 t級(jí)半潛船整體運(yùn)輸模塊時(shí)對(duì)碼頭及場(chǎng)內(nèi)設(shè)施的要求

半潛船建造技術(shù)非常復(fù)雜，此前只有荷蘭擁有此類船舶并壟斷國(guó)際市場(chǎng).中國(guó)是第二個(gè)擁有運(yùn)輸超大貨物“半潛船”國(guó)家.全世界類似船舶僅有30多艘，5萬(wàn)t級(jí)別以上的半潛船只有10艘.這10艘半潛船中有6艘是由平均船齡超過(guò)21年的單殼油輪改造而成，2艘是由船齡19年的雜貨船改造而成，剩余2艘是預(yù)計(jì)2013—2014年將要退役的老舊船.

我國(guó)中遠(yuǎn)集團(tuán)所擁有的“泰安口”號(hào)是中國(guó)建造的第一艘大型自航式半潛運(yùn)輸船.“泰安口”號(hào)載重18 000 t，總長(zhǎng)156 m，型寬32.2 m，型深10 m.“泰安口”號(hào)裝貨平臺(tái)為32 m×140 m，裝卸大型浮貨物時(shí)可下潛19 m，裝載平臺(tái)沒(méi)入水深9 m.2004年“泰安口”號(hào)進(jìn)行了加寬技術(shù)改造，由32.2 m加寬到36 m，載重由18 000 t增加到20 620 t.目前國(guó)內(nèi)可選的18 000 t半潛船有“泰安口”號(hào)及其姊妹船“康盛口”號(hào).目前船運(yùn)行業(yè)還沒(méi)有16 000 t級(jí)的半潛船.

2011年1月20日中遠(yuǎn)航運(yùn)50 000 t半潛船“祥云口”輪交船.該船總長(zhǎng)216.7 m，型寬43 m，下潛吃水26 m，載重50 000 t，續(xù)航力達(dá)18 000海里，其中裝貨甲板長(zhǎng)178 m、寬43 m，承載最大單件貨物重量可達(dá)48 000 t，可承運(yùn)世界上90%以上種類的石油鉆井平臺(tái)及大型海洋工程產(chǎn)品.

因此，單純從海上運(yùn)輸而言，18 000 t級(jí)半潛船完全能滿足CA/CV模塊整體出廠.

采用18 000 t級(jí)半潛船整體運(yùn)輸CA/CV模塊時(shí)，需對(duì)已審批設(shè)計(jì)完成的5 000 t駁船碼頭按照18 000 t級(jí)半潛船航運(yùn)要求對(duì)航道、港池、碼頭進(jìn)行改造，需對(duì)已完成初步設(shè)計(jì)的CAP1400核電站廠內(nèi)道路等設(shè)施按照整體運(yùn)輸方案進(jìn)行改造.

CA/CV模塊整體出廠時(shí)對(duì)碼頭、場(chǎng)內(nèi)設(shè)施的要求及增加的費(fèi)用估算如表1所示.

4 半潛船整體運(yùn)輸模塊時(shí)碼頭及場(chǎng)內(nèi)設(shè)施改造分析

4.1 航道、港池、碼頭、引堤改造分析

半潛船整體運(yùn)輸CA/CV時(shí)，航道寬度需由120 m增加到200 m；航道、港池、碼頭設(shè)計(jì)底高程水深由-6 m變?yōu)?10 m；調(diào)頭圓直徑由170 m變?yōu)?12 m；碼頭寬度由25 m增加到51 m；碼頭長(zhǎng)度由185 m增加到256 m，碼頭直段加寬到81 m；碼頭護(hù)岸由289.98 m增加到360.98 m；引堤寬度由12 m增加到47 m.這些變化僅出于對(duì)采用18 000 t級(jí)半潛船運(yùn)輸時(shí)按理想狀態(tài)，同比例放大航道、港池、碼頭、引堤等參數(shù)建立模型考慮，實(shí)際的變化需要根據(jù)地質(zhì)、海洋、氣象等資料作進(jìn)一步的分析研究.

因采用半潛船運(yùn)輸CV/CA模塊時(shí)航道、港池、碼頭、引堤等參數(shù)變化而增加的費(fèi)用已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)按模塊整體出廠時(shí)現(xiàn)場(chǎng)不建設(shè)模塊組合場(chǎng)地所節(jié)省的費(fèi)用.

由于CA/CV運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后需要臨時(shí)存放，故現(xiàn)場(chǎng)至少要保留CV組合場(chǎng)地同等面積的模塊臨時(shí)存放場(chǎng)地.保留CV組合場(chǎng)同等面積的模塊組合、臨時(shí)存放場(chǎng)地后，其模塊組合場(chǎng)地節(jié)約費(fèi)用4 592萬(wàn)元，而僅航道、港池、碼頭、引堤等參數(shù)變化后重新設(shè)計(jì)需增加的費(fèi)用超過(guò)20 332萬(wàn)元.

4.2 碼頭橋式起重機(jī)改造分析

采用CA/CV整體出廠時(shí)，如果碼頭橋式起重機(jī)起重量不變，橋式起重機(jī)鋼梁跨度需由55 m增加到81 m，鋼梁跨度增加26 m，費(fèi)用預(yù)計(jì)增加1 000萬(wàn)元.

4.3 護(hù)岸交通廣場(chǎng)改造分析

護(hù)岸交通廣場(chǎng)（126 m×43 m）需按照重件道路標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，尺寸需增大為126 m×45 m，費(fèi)用按照原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，需增加28萬(wàn)元.

4.4 廠內(nèi)運(yùn)輸?shù)缆犯脑旆治?/p>

廠內(nèi)運(yùn)輸（從護(hù)岸交通廣場(chǎng)到重件道路）道路需由9 m加寬到45 m；重件道路由32 m加寬到45 m；護(hù)岸廣場(chǎng)造價(jià)為1 107.4元·m-2，示范電站重件道路造價(jià)為735元·m-2.因此重件道路及廠內(nèi)運(yùn)輸?shù)缆沸璋凑罩丶缆愤M(jìn)行設(shè)計(jì)并加寬，需增加1 564萬(wàn)元.

4.5 場(chǎng)內(nèi)設(shè)施改造分析

模塊整體出廠運(yùn)輸?shù)胶穗姀S后，廠內(nèi)臨時(shí)存放場(chǎng)地的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)仍需按原CA/CV組合場(chǎng)地標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)，以防超大、超重的CA/CV模塊變形.臨時(shí)存放場(chǎng)地面積應(yīng)綜合考慮設(shè)備制造廠模塊整體出廠運(yùn)輸方式、模塊加固方式、每船運(yùn)輸件數(shù)，同時(shí)考慮核電廠項(xiàng)目進(jìn)度.在模塊整體出廠方案中，建議保留原CV組合場(chǎng)地，但是場(chǎng)地建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)降低，預(yù)計(jì)費(fèi)用將由6 592萬(wàn)元減少至2 000萬(wàn)元.

4.6 運(yùn)輸費(fèi)用對(duì)比分析

模塊到碼頭的卸貨方案需由專業(yè)海運(yùn)物流公司（如上港集團(tuán)物流有限公司）進(jìn)行方案計(jì)算、論證.模塊整體出廠增加的半潛船租船運(yùn)輸費(fèi)可能是散件出廠、現(xiàn)場(chǎng)組合方案費(fèi)用的好幾倍.示范電站兩臺(tái)核電機(jī)組模塊散件公路運(yùn)輸費(fèi)用500萬(wàn)元，而采用半潛船運(yùn)輸，租船費(fèi)至少4 000萬(wàn)元.

4.7 運(yùn)輸加固費(fèi)用分析

由于模塊的加固運(yùn)輸方式、尺寸均未定，模塊到碼頭卸貨后的大件運(yùn)輸方案也無(wú)法確定.模塊整體運(yùn)輸加固方案預(yù)計(jì)費(fèi)用為1 600萬(wàn)元.

4.8 碼頭配套設(shè)施分析

模塊整體出廠運(yùn)輸時(shí)由于有超寬掃空需求，造成碼頭、引堤、護(hù)岸交通廣場(chǎng)、廠內(nèi)運(yùn)輸?shù)缆?、重件道路同步建設(shè)的照明等基礎(chǔ)設(shè)施暫不能同步建設(shè)，無(wú)法同時(shí)投入使用，需全部緩建、延期，嚴(yán)重影響碼頭、場(chǎng)內(nèi)設(shè)施的使用安全.

4.9 通用性、實(shí)用性分析

模塊整體出廠不適用于后續(xù)內(nèi)陸項(xiàng)目，對(duì)后續(xù)沿海項(xiàng)目的通用性、實(shí)用性均較差.

根據(jù)計(jì)算分析，碼頭、場(chǎng)內(nèi)設(shè)施重新設(shè)計(jì)改造需增加的費(fèi)用預(yù)計(jì)超過(guò)22 404萬(wàn)元.

5 整體出廠的風(fēng)險(xiǎn)

5.1 半潛船運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)極大

半潛船建造復(fù)雜，使用過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)極大，由于裝載的都是成千上萬(wàn)噸重的超大型部件，重心高，穩(wěn)定性差，易受風(fēng)浪打擊，稍有不慎就會(huì)造成船毀人亡的嚴(yán)重事故.

5.2 半潛船運(yùn)輸模塊的建造時(shí)間不可控

半潛船的建造技術(shù)非常復(fù)雜，單獨(dú)建造18 000 t 半潛船的時(shí)間不可控.

國(guó)內(nèi)能夠運(yùn)輸CA/CV模塊的半潛船只有幾艘，其運(yùn)輸及裝卸計(jì)劃需提前聯(lián)系、安排.整體出廠時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)設(shè)備制造廠聯(lián)系不到半潛船造成無(wú)法按期運(yùn)輸?shù)那闆r.

5.3 碼頭改造方案規(guī)劃設(shè)計(jì)、論證、審批與核準(zhǔn)無(wú)法預(yù)知及控制

碼頭的改造需由有資質(zhì)的單位重新論證、勘察、規(guī)劃設(shè)計(jì)，由海事等相關(guān)部門重新審批.而論證、詳勘、設(shè)計(jì)時(shí)間均不可控，且大件碼頭設(shè)計(jì)規(guī)范為3 000～5 000 t級(jí)碼頭，碼頭改造超出設(shè)計(jì)規(guī)范、范圍，改造后能否通過(guò)海事等相關(guān)部門審批，審批時(shí)間多長(zhǎng)，是否可控均未知.建造18 000 t級(jí)超大型碼頭是否需上報(bào)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)核準(zhǔn)均無(wú)法預(yù)知及控制.

5.4 整體出廠運(yùn)輸變形不可控

依托項(xiàng)目模塊運(yùn)輸距離約1 200 m，重件道路平整度很好，模塊也設(shè)計(jì)了運(yùn)輸托架及加固方案.CA/CV模塊整體出廠時(shí)，道路平整度較差，在海陸遠(yuǎn)距離運(yùn)輸及裝卸過(guò)程中存在顛簸.對(duì)體積大、超重、壁薄的模塊而言，易變形，變形后很難處理，嚴(yán)重影響后續(xù)工作質(zhì)量、進(jìn)度.

5.5 大吊機(jī)的安全使用風(fēng)險(xiǎn)增加

碼頭卸貨后，在陸基運(yùn)輸過(guò)程中，一旦有任何異常，模塊只能由大吊機(jī)完成起吊及裝卸.大吊機(jī)的活動(dòng)范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出核島附近的組合、安裝區(qū)域，增加了大吊機(jī)的運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn).而在大吊機(jī)活動(dòng)范圍外若出現(xiàn)任何陸基、?；\(yùn)輸異常，則可能出現(xiàn)“望設(shè)備興嘆”、無(wú)能為力的情況.

5.6 配套的照明等設(shè)施需要緩建、延期

碼頭、引堤、護(hù)岸交通廣場(chǎng)、廠內(nèi)運(yùn)輸?shù)缆?、重件道路同步建設(shè)的照明等基礎(chǔ)設(shè)施不能同時(shí)投入使用，需全部緩建、延期，嚴(yán)重影響碼頭、場(chǎng)內(nèi)設(shè)施安全、正常使用.

6 結(jié) 論

核電工程建設(shè)是一項(xiàng)非常繁雜、復(fù)雜、龐大的系統(tǒng)建設(shè)工程，需根據(jù)相應(yīng)的條件、內(nèi)在的規(guī)律綜合考慮，既要考慮經(jīng)濟(jì)性，又要考慮安全、進(jìn)度、質(zhì)量及社會(huì)效益，既要考慮項(xiàng)目核級(jí)及非核級(jí)主設(shè)備的制造工期，又要綜合考慮建造期內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)合理施工邏輯、施工周期下建安設(shè)備的組合安裝工序、工期.

對(duì)于核電站超大、超重關(guān)鍵設(shè)備加工制造，既要考慮海上能夠運(yùn)輸，又要考慮諸多不可控、不確定因素如：設(shè)備整體制造運(yùn)輸時(shí)增加的巨額運(yùn)輸費(fèi)；碼頭、引堤、道路等基礎(chǔ)設(shè)施加大、拓寬增加的巨額建設(shè)費(fèi)用；修改設(shè)計(jì)、改建碼頭可能造成無(wú)法通過(guò)海事部門的審批；后續(xù)核電項(xiàng)目的通用性、實(shí)用性.核電建設(shè)需堅(jiān)持“安全第一、質(zhì)量第一、萬(wàn)無(wú)一失”的原則，唯有如此形成的設(shè)想、構(gòu)思、方案才會(huì)成熟，便于實(shí)現(xiàn).

“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化預(yù)制、模塊化施工、專業(yè)化管理、自主化建設(shè)”是我國(guó)示范與建設(shè)具有先進(jìn)反應(yīng)堆的第三代核電技術(shù)的發(fā)展方向.模塊現(xiàn)場(chǎng)組裝也是“工廠化預(yù)制”的延伸，更是“模塊化施工、專業(yè)化管理”的提升與實(shí)踐.通過(guò)提高模塊現(xiàn)場(chǎng)組合焊接工藝，可實(shí)現(xiàn)CA/CV模塊現(xiàn)場(chǎng)組合通用性、實(shí)用性，也能更好地實(shí)現(xiàn)安全、經(jīng)濟(jì)、可控的核電項(xiàng)目建設(shè)理念.

綜上所述，模塊整體出廠僅理論上可行，但技術(shù)上尚不成熟，存在諸多不確定因素，安全風(fēng)險(xiǎn)較大，不可控因素很多，構(gòu)想尚不成熟完善，后續(xù)項(xiàng)目的通用性、實(shí)用性較差.經(jīng)初步估算，模塊整體出廠需增加投資費(fèi)用約22 404萬(wàn)元（2009年概算，實(shí)際增加的估算可能會(huì)更高）.建議CAP1400核電站碼頭暫不改造，模塊整體出廠方案暫不采用.

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