AP1000核電站建設(shè)中模塊類設(shè)備完整交付的影響因素分析

摘要：本文主要分析了AP1000核電站建設(shè)過程中影響模塊類設(shè)備完整交付的主要因素，從模塊化的概念和模塊類設(shè)備的的定義、組成、分類、以及制造裝配過程等方面進(jìn)行了分析，為持續(xù)改進(jìn)AP1000核電站建設(shè)的合理工期和質(zhì)量安全管理提供理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：核電站;模塊;影響因素

APl000核電站的設(shè)計(jì)中廣泛采用了現(xiàn)代的模塊化施工技術(shù)，使原先傳統(tǒng)上采用順序進(jìn)行的施工可以平行進(jìn)行，通過減少在現(xiàn)場的施工量而縮短核電的建設(shè)工期。

1AP1000模塊化特點(diǎn)及典型模塊類設(shè)備介紹

AP1000核電站完整的提出了核電站模塊的定義，并應(yīng)用于設(shè)計(jì)AP1000核電站的設(shè)計(jì)和建造中。“模塊”是指將復(fù)雜的系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)通過分割組成較小的、簡單的模塊，然后再通過組裝各個(gè)模塊，成為一個(gè)整體，最終完成整個(gè)系統(tǒng)所要求的功能。AP1000核電站中的模塊類設(shè)備主要有機(jī)械模塊，結(jié)構(gòu)模塊，鋼制安全殼（CV）模塊，各類大型模塊類設(shè)備的完整交付對(duì)于整個(gè)核電站建設(shè)周期的影響是及其重要的。

1.1機(jī)械模塊

機(jī)械模塊內(nèi)包含泵、換熱器、風(fēng)機(jī)、空氣處理機(jī)組、過濾器等設(shè)備，這些設(shè)備和與之相連接的管道、閥門、風(fēng)管、托盤、儀表、電纜和支架等安裝在一個(gè)共同的鋼結(jié)構(gòu)框架上。

機(jī)械模塊根據(jù)其組成內(nèi)容，分為設(shè)備模塊和管道模塊，共計(jì)58個(gè)子模塊。設(shè)備模塊主要分布在核島輔助廠房、核島安全殼廠房以及常規(guī)島廠房內(nèi)。設(shè)備模塊主要由工藝系統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備、工藝管道、管件、閥門、鋼結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)中布置的儀表及控制元件等組成。管道模塊主要是由閥門、工藝系統(tǒng)管道、控制儀表、電纜橋架及管道支架等組成。這些模塊主要位于廠房中管道相對(duì)集中的走廊、閥門操作間等位置。

1.2結(jié)構(gòu)模塊

結(jié)構(gòu)模塊是模塊化建造中一種重要的和必不可少的模塊形式，它既可以是獨(dú)立完整的結(jié)構(gòu)模塊，也可以是和其他非結(jié)構(gòu)模塊的組合體，一般按其作用不同可分成以下幾大類：

（1）CA結(jié)構(gòu)模塊：共24個(gè)，這類模塊一般由鋼板、剪力釘和型鋼構(gòu)成，形成完整廠房結(jié)構(gòu)。將組裝好的模塊安裝就位后，混凝土澆筑可與其他現(xiàn)場安裝工作同時(shí)進(jìn)行。

（2）CB模板模塊：共35個(gè)，此類模塊設(shè)置的目的是在核電廠施工比較擁擠的區(qū)域代替施工模板并為支座和設(shè)備提供錨固和支撐。

（3）CH鋼結(jié)構(gòu)模塊：共33個(gè)，此類模塊由能夠在外部提前裝配的鋼結(jié)構(gòu)，與它附近范圍內(nèi)的各種附屬物，如金屬板、預(yù)埋件、風(fēng)管、照明裝置等在現(xiàn)場提前裝配，形成最終模塊，并安裝于某處而形成構(gòu)筑物一部分。

（4）CS樓梯模塊：共25個(gè)，此類模塊是由型鋼和鋼板組成的鋼樓梯模塊。

1.3鋼制安全殼

鋼制安全殼模塊是獨(dú)立式的帶上下橢圓封頭的圓柱形鋼制容器，直徑約39.7m，高約65.6m，由6個(gè)子模塊組成，每個(gè)模塊都由預(yù)先成型的、噴好漆的鋼板制成。其中，鋼制安全殼尺寸超大，共分五部分：CVBH模塊（底封頭）、CV01環(huán)、CV02環(huán)、CV03環(huán)、CV04環(huán)、CVTH模塊（頂封頭），建造采用了模塊化施工工藝，即在車間將鋼板壓制或卷制成規(guī)定曲率，運(yùn)輸至現(xiàn)場，在現(xiàn)場的拼裝車間內(nèi)拼裝成6大組件，每個(gè)組件直徑約40米，高約1l米。用液壓平板運(yùn)輸車分別將組件運(yùn)輸至核島附近，利用大吊車吊裝就位。

2模塊類設(shè)備制作安裝流程介紹

核電模塊化技術(shù)的基本原理是轉(zhuǎn)移現(xiàn)場工作量，即把現(xiàn)場施工的工作量轉(zhuǎn)移到工廠中完成，一般有設(shè)計(jì)、預(yù)制、運(yùn)輸和吊裝（安裝）的環(huán)節(jié)和流程。

2.1機(jī)械模塊工廠化預(yù)制與安裝

APl000機(jī)械模塊都可在預(yù)制工廠完成制作、清潔、試驗(yàn)工作，并實(shí)現(xiàn)長途運(yùn)輸與搬運(yùn)。由于機(jī)械模塊是在現(xiàn)場與其它模塊或結(jié)構(gòu)組裝、拼接，所以為保證現(xiàn)場的施工質(zhì)量，需要嚴(yán)格控制機(jī)械模塊的公差和精度，機(jī)械模塊制造時(shí)需保證切割過程不會(huì)產(chǎn)生硬化熱影響區(qū)，尤其是對(duì)不能進(jìn)行焊后熱處理的碳鋼和低合金鋼。對(duì)需進(jìn)行熱切割的材料，熱切割過程中的預(yù)熱和層間溫度應(yīng)與該材料焊接程序中的規(guī)定一致。焊接是機(jī)械模塊組裝的主要方法，焊接程序、焊接材料的選取等直接影響到機(jī)械模塊的質(zhì)量，必須保證機(jī)械模塊焊接滿足規(guī)范要求。

機(jī)械模塊安裝就位過程包括安裝基準(zhǔn)點(diǎn)確定、輔助架臺(tái)安裝、機(jī)械模塊吊裝就位、模塊精調(diào)固定等環(huán)節(jié)。機(jī)械模塊在核電站建造中的應(yīng)用就是將其安裝在廠房的設(shè)計(jì)位置，并實(shí)現(xiàn)機(jī)械模塊的功能，使其成為廠房結(jié)構(gòu)和工藝系統(tǒng)的有機(jī)組成部分。

2.2結(jié)構(gòu)模塊的預(yù)制與拼裝

小尺寸的結(jié)構(gòu)模塊也在車間內(nèi)預(yù)制并檢驗(yàn)完成后，運(yùn)輸至現(xiàn)場安裝。大尺寸的結(jié)構(gòu)模塊需根據(jù)結(jié)構(gòu)拆分成子模塊，子模塊完成工廠化預(yù)制。CA01尺寸超大，由47個(gè)子模塊組成，每個(gè)子模塊的寬度控制在4米以內(nèi)，保證了公路的運(yùn)輸，同時(shí)在核電廠施工現(xiàn)場空留一塊拼裝場地，可以將47個(gè)子模塊對(duì)接拼焊成一體。

在結(jié)構(gòu)模塊組裝過程中容易產(chǎn)生的主要問題有：

（1）子模塊制作過程中產(chǎn)生尺寸偏差、鋼板平面度超差。

（2）組裝過程中的組對(duì)間隙誤差導(dǎo)致模塊整體尺寸超差。

（3）子模塊或組件翻轉(zhuǎn)、吊裝過程產(chǎn)生的變形，或造成結(jié)構(gòu)損壞。

（4）由于焊接工藝和焊接操作難度，導(dǎo)致焊縫產(chǎn)生超標(biāo)缺陷，焊縫成形不佳。

針對(duì)組裝過程中的問題分析，其中主要的問題是大型構(gòu)件的變形控制和焊接工藝控制。

3影響模塊類設(shè)備完整交付的因素

影響模塊類設(shè)備完整交付的因素有很多，從模塊的制造、組裝和安裝不可避免地出現(xiàn)一些技術(shù)和質(zhì)量問題。技術(shù)問題主要表現(xiàn)在設(shè)計(jì)、制造工藝、裝配工序、公差控制等方面。管理問題主要表現(xiàn)在施工邏輯安排、工程管理接口等方面。

模塊制造的問題主要表現(xiàn)為外形和接口尺寸偏差，其主要影響因素是制造工藝不能滿足設(shè)計(jì)要求，這其中有加工工藝受限、車間實(shí)際條件影響而產(chǎn)生的變更，不同物項(xiàng)偏差要求不一致而引起的超差，還有存在工序錯(cuò)誤等因素。模塊設(shè)備制造和安裝的質(zhì)量問題通過不符合項(xiàng)報(bào)告（NCR）進(jìn)行記錄并處理。鋼制安全殼模塊產(chǎn)生NCR主要因素模塊制造質(zhì)量偏差、焊接工藝缺陷及無損檢測發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題等;結(jié)構(gòu)模塊產(chǎn)生NCR的主要原因是模塊組對(duì)偏差和錯(cuò)邊、混凝土澆筑后模塊變形、附件版安裝缺陷等;機(jī)械模塊產(chǎn)生NCR的主要原因是模塊灰棗質(zhì)量缺陷、制造與安裝公差不匹配、機(jī)械模塊內(nèi)設(shè)備無法按期交付、及成品保護(hù)問題等。

AP1000依托項(xiàng)目不完整出廠的機(jī)械模塊占到機(jī)械模塊總數(shù)的近70%，這些未完項(xiàng)工作均要在現(xiàn)場廠房內(nèi)進(jìn)行施工，這其中的工作量是很大的。所以，機(jī)械模塊的不完整供貨使廠房建造未能體現(xiàn)出模塊化施工的優(yōu)點(diǎn)，這一點(diǎn)在后續(xù)的AP1000項(xiàng)目中應(yīng)該予以改善。

4結(jié)論

AP1000模塊化建造核電站具有廣闊的發(fā)展前景，隨著模塊設(shè)計(jì)和模塊設(shè)備供應(yīng)市場日漸成熟，模塊類設(shè)備供貨將逐步實(shí)現(xiàn)從部分模塊化到全部模塊化供貨的轉(zhuǎn)變。這一技術(shù)路線的實(shí)施需從設(shè)計(jì)、采購、制造、安裝等各個(gè)環(huán)節(jié)的密切配合。以設(shè)計(jì)標(biāo)合理化、材料標(biāo)準(zhǔn)化和設(shè)備制造模塊化的方式盡可能使物項(xiàng)在制造廠內(nèi)組裝好，減少現(xiàn)場施工量以縮短工期，必將有利于核電站模塊化建造的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]林誠.格非能動(dòng)安全先進(jìn)核電廠AP1000[M]北京原子能出版社2008

作者簡介：徐淼，男，1983年7月生，黑龍江人，畢業(yè)于大連理工大學(xué)工程熱物理專業(yè)，研究生學(xué)歷，碩士學(xué)位，工程師，現(xiàn)主要從事核島內(nèi)機(jī)械設(shè)備及模塊采購管理工作。

（作者單位：國核工程有限公司）