核電廠模塊化施工方法在大型箱罐安裝中的應(yīng)用

鹿 松（三門核電有限公司， 浙江 三門 317112）

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核電廠模塊化施工方法在大型箱罐安裝中的應(yīng)用

鹿 松
（三門核電有限公司， 浙江 三門 317112）

摘要：模塊化施工是核電廠建造中采用的一種新興技術(shù)，正在浙江三門建造的第三代先進(jìn)壓水堆AP1000核電機(jī)組正是采用這種模塊化施工技術(shù)。大型箱罐作為AP1000核電機(jī)組的附屬構(gòu)筑物，也應(yīng)順應(yīng)模塊化施工技術(shù)應(yīng)用的潮流，結(jié)合目前施工進(jìn)展過程中積累的經(jīng)驗，應(yīng)用模塊化施工技術(shù)進(jìn)行安裝。本文對大型箱罐模塊化施工技術(shù)的可行性應(yīng)用進(jìn)行了研究，分析了大型箱罐模塊化安裝過程中所面臨的巨大風(fēng)險與挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞：AP1000；核電廠；模塊化；建造；大型箱罐

CLC number： TL37 Article character： A Article ID： 1674-1617（2016）01-0046-05

AP1000核電機(jī)組是美國西屋公司開發(fā)設(shè)計的先進(jìn)的第三代壓水堆核電機(jī)組，世界首臺AP1000核電機(jī)組于2009年3月在浙江三門開工建造。與傳統(tǒng)的第二代壓水堆核電以及常規(guī)火電相比，AP1000核電機(jī)組的設(shè)計大量采用了模塊化的施工技術(shù)，它的最大優(yōu)點是可以通過減少在現(xiàn)場的施工量而縮短核電的建設(shè)工期，同時，采用模塊化后，大量的施工工作在制造廠完成，可以更好地保證施工質(zhì)量。

AP1000核電機(jī)組的鋼制安全殼，是一個圓筒體鋼殼，為抗震C-I類設(shè)備。材料為ASME SA738 Gr.B，直徑約為40 m，高度約為66 m，總重超過3 000 t，由260塊厚度約為41 mm的鋼板拼裝而成。三門核電站鋼制安全殼分為6部分預(yù)制和拼裝，分別就位，這6部分分別為CV底封頭（CVBH）、CV第1筒體段（CV1號環(huán)）、CV 第2筒體段（CV2號環(huán)）、CV第3筒體段（CV3號環(huán)）、CV第4筒體段（CV4號環(huán)）、CV頂封頭（CVTH）。

核島范圍布置有8個大型箱罐，分別是除鹽水箱、硼酸箱、非能動安全殼冷卻水箱、凝結(jié)水箱、消防水箱A/B，以及兩個柴油儲存罐。分別是由碳鋼（ASTM A36）和不銹鋼（ASTM A240-304L）鋼板材質(zhì)組焊而成。與鋼制安全殼外形較為類似，均為圓柱形筒體。

1 大型箱罐安裝的傳統(tǒng)工藝

AP1000核島范圍共布置有8個大型箱罐，外形和安裝方式類似，故以13號工程子項除鹽水儲存箱（簡稱除鹽水箱）安裝為例，介紹大型箱罐安裝的傳統(tǒng)工藝。

1.1 除鹽水箱簡介

除鹽水箱屬于DWS除鹽水轉(zhuǎn)運(yùn)和儲存系統(tǒng)，主要材料為ASTM A240-304L。設(shè)計溫度－23～66℃，常壓，介質(zhì)為除鹽水，介質(zhì)密度1 000 kg/m3?？?cè)莘e477 m3，有效容積416 m3。外形尺寸 8 200 mm×12 737 mm，空罐質(zhì)量約為22 690 kg（不包括內(nèi)浮頂質(zhì)量），主要由罐底、罐壁、罐頂和平臺、扶梯及附件組成。

1.2 安裝工序

除鹽水箱安裝采用倒裝法［1］，在安裝過程中使用吊機(jī)配合安裝，主要的安裝工序，如下：

（1）水箱壁板預(yù)制及基礎(chǔ)驗收［2］

1）鋼板材料驗收；

2）板材下料；

3）壁板的壓頭和卷制；

4）罐頂板預(yù)制。

（2）提升裝置安裝

1）提升裝置布設(shè)。水箱安裝過程采用6個提升支架，每個提升支架最大提升能力為10 t，提升支架均勻布置。提升支架的支撐結(jié)構(gòu)采用 168×8的20號結(jié)構(gòu)鋼管制作，長度4 m，上部焊接吊耳板，下掛5 t的手拉葫蘆，如圖1所示。

圖1 提升裝置組成件圖Fig.1 Components of lifting device

2）提升裝置的安裝。提升支架布設(shè)時，先在底板上點焊6塊220 mm×220 mm×10 mm的墊鐵，材質(zhì)為06Cr19Ni10，墊鐵的中心和壁板距離為350 mm，然后在上面安裝6個提升支架。

（3）第六層罐壁吊裝

第六層罐壁安裝前在底板上畫出壁板安裝圓周線。通過吊機(jī)配合用吊帶將卷好圓弧的壁板吊至罐底上的安裝圓周線位置，作業(yè)人員用專業(yè)工具對壁板位置進(jìn)行調(diào)準(zhǔn)。

（4）頂板的拼裝

1）包邊角鋼的拼裝；

2）吊裝頂板；

3）頂板質(zhì)量檢驗。

（5）第五層罐壁的拼裝

1）墊墩安裝；

2）第六層罐壁吊裝；

3）第六層罐壁的提升。

（6）其他罐壁的安裝［4］

每層罐壁的安裝方式和第五層一樣。在完成罐壁安裝后對罐壁外形輪廓尺寸進(jìn)行檢查。

（7）附件安裝

梯子、平臺、欄桿這類附件隨著每層罐壁安裝同步進(jìn)行，開孔接管、人孔、溫度計、液位計、加熱器等附件則在罐體完成后進(jìn)行安裝［3］。

2 模塊化施工工藝

2.1 除鹽水箱模塊化施工簡介［5］

擬將除鹽水箱分為一個水箱底板、兩個水箱筒體環(huán)、一個頂封頭和附件在內(nèi)的五部分。其中水箱底部，由13塊鋼板焊接而成，重量3 439 kg。下筒體環(huán)有3圈，共12塊鋼板，高度5 258 mm，重量7 006 kg。上筒體環(huán)有3圈，共12塊鋼板，高度5 258 mm，重量7 006 kg。頂封頭包括加筋板在內(nèi)有20塊鋼板，高度1 051 mm，重量2 794 kg。

2.2 除鹽水箱模塊化施工流程

除鹽水箱安裝采用模塊化施工方法，在安裝過程中使用吊機(jī)、運(yùn)輸車配合安裝，主要的安裝工序，如圖2所示。

2.2.1 水箱底板的組裝和吊裝就位

1）基礎(chǔ)復(fù)測；

2）底板組裝；

圖2 除鹽水箱模塊化施工工序Fig.2 Modular installation steps of demineralized water tank

3）底板吊裝就位。

2.2.2 水箱下筒體的組裝和吊裝就位

1）環(huán)板組裝。

2）開孔。下筒體共有8個接管口，分別是進(jìn)液口、出液口、液位計、溫度計、兩個加熱器口、罐壁人孔和排盡口。

3）下筒體吊裝就位。在水箱底板焊接16個定位卡具，用于吊裝限位。將放置在組裝平臺的下筒體，利用運(yùn)輸平板車轉(zhuǎn)運(yùn)至現(xiàn)場。使用適宜吊機(jī)吊裝就位。

2.2.3 箱罐上筒體的組裝和吊裝就位

箱罐上筒體和下筒體的外形尺寸、重量等，較為相近，組裝和吊裝就位方法一致，故不再敘述。

2.2.4 水箱頂封頭的組裝和吊裝就位

（1）組裝環(huán)板

1）組裝頂封頭拼裝鋼結(jié)構(gòu)支架，見圖3。并調(diào)整拼裝支架的調(diào)節(jié)器和擋塊位置和角度，使之滿足設(shè)計要求。

2）測量放出90°、270°、75°、255°、115°和285°方向線。

3）從90°或270°頂封頭鋼板開始組裝。將第一塊頂封頭板吊裝至支架上，調(diào)整其位置，使鋼板的中心線和測量所放方向線一致，并將此板固定。

4）組裝對應(yīng)側(cè)頂封頭鋼板。

圖3 頂封頭拼裝支架Fig.3 Top head assembly support

5）從90°和270°頂封頭鋼板的兩側(cè)交替組裝下一塊鋼板。每塊鋼板就位后，使用卡具調(diào)整縱縫間隙和錯邊。

6）兩塊鋼板就位后即可定位焊。定位焊之前，應(yīng)將鋼板縱向未固定的邊用手拉葫蘆或其他方法固定，防止在定位焊時翹起。定位焊前應(yīng)檢查縱縫間隙和錯邊，鋼板上端鈍邊位置的半徑以及鋼板的表面形狀。

7）當(dāng)環(huán)板焊接近80%后，即可測量調(diào)整板缺口尺寸。根據(jù)筒體頂板上端的周長及頂封頭下端的周長之差，調(diào)整缺口的大小。調(diào)整好后，根據(jù)缺口的大小切割調(diào)整板。

8）安裝焊接調(diào)整板，與上述方法相同。

（2）安裝中心板

1）中心板的安裝在所有環(huán)板定位焊后即可安裝；

2）對焊后的環(huán)板與中心板連接處進(jìn)行測量，計算出中心板的尺寸，確定中心板是否合適，若不合適，根據(jù)需要切割或打磨；

3）定位焊后，進(jìn)行頂封頭其他焊縫處的焊接；

4）邊焊接，邊清理，邊定位測量頂封頭表面形狀和尺寸。

（3）頂封頭吊裝就位

1）運(yùn)輸前，分別在頂封頭的0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°和360°方位焊接吊耳，并制作可調(diào)拉桿；

2）在水箱底板焊接16個定位卡具；

3）將放置在組裝平臺的頂封頭，利用運(yùn)輸平板車轉(zhuǎn)運(yùn)至現(xiàn)場；

4）使用適宜吊機(jī)吊裝就位，示意圖如圖4所示。

圖4 頂封頭吊裝示意圖Fig.4 Top head lifting

2.2.5 附件安裝

梯子、平臺、內(nèi)浮頂、護(hù)欄等箱罐附件的安裝，待箱罐主體焊接完成后，再根據(jù)設(shè)計要求，進(jìn)行安裝。

3 大型箱罐模塊化安裝技術(shù)的優(yōu)劣分析

3.1 模塊化安裝技術(shù)的優(yōu)勢分析

3.1.1 建造時間縮短

箱罐安裝過程采用模塊化施工后，引入了大量平行施工作業(yè)。使得箱罐筒體單個鋼板的制作以及筒體的組裝，可以同基礎(chǔ)澆注平行進(jìn)行。當(dāng)箱罐基礎(chǔ)養(yǎng)護(hù)完畢后，即可進(jìn)行箱罐現(xiàn)場的組/安裝工作，從而可以大大縮短建設(shè)工期。

3.1.2 施工作業(yè)區(qū)域影響面減小

目前，現(xiàn)場箱罐組裝過程中，需在罐體基礎(chǔ)周圍布置材料臨時堆場和輔助性半成品制作區(qū)等，施工場地占用較大，且當(dāng)與其他建筑物/構(gòu)筑物交叉施工時，需要進(jìn)行必要的場地移交/反移交工作，施工作業(yè)區(qū)域影響較大。采用模塊化施工時，箱罐基礎(chǔ)周邊不再需要留有多余的材料臨時堆場和輔助性半成品制作區(qū)等，現(xiàn)場周邊施工區(qū)域較小，對其他建筑物/構(gòu)筑物影響面減小。

3.1.3 提高施工質(zhì)量

箱罐安裝過程采用模塊化施工后，使得安裝工作，從傳統(tǒng)意義上的一片片連續(xù)安裝階段，延伸到場外集中組裝，再模塊整體安裝的階段。由于模塊預(yù)制廠內(nèi)的筒體組裝工作在車間進(jìn)行，對比現(xiàn)場較為復(fù)雜的施工環(huán)境，施工環(huán)境有所保證，安裝質(zhì)量也有所提高。

3.2 模塊化安裝技術(shù)的劣勢分析

3.2.1 工程造價費(fèi)用增加

箱罐安裝的倒裝法施工，大型機(jī)械主要是25 t汽車吊配合現(xiàn)場施工的需要。采用模塊化施工，主要的大型機(jī)械有拼裝場地的50 t龍門吊，箱罐分段運(yùn)輸時所要使用的運(yùn)輸車輛，吊裝時所要使用的80 t吊車和120 t吊車等。大型機(jī)械的施工，使得臺班費(fèi)、人工費(fèi)等工程造價費(fèi)用同比增加較多。

3.2.2 高空作業(yè)風(fēng)險增加

箱罐安裝的倒裝法施工，主要的施工作業(yè)面集中在距離基礎(chǔ)3 m以內(nèi)的范圍內(nèi)。而若采用模塊化施工，需要施工作業(yè)人員到箱罐筒體頂部進(jìn)行施工焊接工作，最高的凝結(jié)水罐近20 m，高空作業(yè)風(fēng)險增加。

3.2.3 變形控制較難

由于箱罐所使用多為6 mm、8 mm、10 mm 和12 mm等幾種規(guī)格厚度的板材，分段組裝時，箱罐分段較易受運(yùn)輸、吊裝、焊接等過程影響，造成嚴(yán)重變形。同時，箱罐組安裝完成后的應(yīng)力消除也較為困難。

4 結(jié)束語

作為核島工程的附屬構(gòu)筑物，也應(yīng)順應(yīng)模塊化施工技術(shù)應(yīng)用的潮流，結(jié)合已有的成功經(jīng)驗，利用結(jié)構(gòu)模塊現(xiàn)場組裝的場地、平臺和工機(jī)具，合理地安排施工順序，為機(jī)組建設(shè)施工質(zhì)量的提高和施工工期的縮短而進(jìn)行嘗試與踐行。

參考文獻(xiàn)：

［1］ API 650 鋼制焊接石油儲罐（Rev.11）［S］. 2007，6. （API 650 Steel Welded Petroleum Storage Tank （Rev.11）［S］， June 2007.）

［2］ GB 50128-2005 立式圓筒形鋼制焊接儲罐施工及驗收規(guī)范［S］.（GB 50128-2005 Construction and Acceptance Specifications for the Vertical Cylinder Steel Welded Storage Tank［S］.）

［3］ ANSI B16.5 Steel Pipe Flanges and Flanged Fittings［S］.

［4］ ASTM A380 Standard Practice for Cleaning and Descaling and Passivation of Stainless Steel Parts，Equipment and Systems［S］.

［5］ APP-MT50-Z0-001 Non-Safety， Field Erected，Atmospheric Storage Tanks （Rev.3）［S］.

The Feasibility Study for Module Installation Technology Applied to Large Tank

LU Song
（Sanmen Nuclear Power Co.， Ltd.， Sanmen of Zhejiang Prov. 317112， China）

Abstract：Modularization construction is one of the development directions for nuclear power plant design and construction. The AP1000， which is being constructed in Sanmen， Zhejiang province as the Generation Ⅲ APWR plant， widely adopts this technique. The large tank as the AP1000 pertaining structure shall conform to the tendency of modular installation technique combined with the accumulated experience. This article studies the feasibility for modular installation technique applied to large tank， and analyzes the risks and challenges during the construction of the large tank.

Key words：AP1000； nuclear power plant； modularization； construction； large tank

中圖分類號：TL37

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1674-1617（2016）01-0046-05

收稿日期：2015-09-15

作者簡介：鹿 松（1982—），男，遼寧人，本科，工程師，現(xiàn)從事核電廠工程管理工作。