基于現(xiàn)實(shí)環(huán)境的模擬運(yùn)輸方法在DEL制冷機(jī)組更換應(yīng)用

張文君 黃 星

0 概述

核電站設(shè)備是實(shí)現(xiàn)核電系統(tǒng)正常運(yùn)行及執(zhí)行安全功能的關(guān)鍵部件，隨著核電設(shè)備設(shè)計(jì)壽命臨近，大量安全級(jí)系統(tǒng)的機(jī)械電氣設(shè)備頻繁出現(xiàn)故障、老化、報(bào)廢等現(xiàn)象，通過傳統(tǒng)維修手段無法解決該問題，而故障、老化、報(bào)廢的機(jī)械電氣設(shè)備將嚴(yán)重影響核電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。核電站壽命末期的設(shè)備通過一次性運(yùn)輸更換可有效地消除該安全隱患，是保證核電站安全級(jí)系統(tǒng)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的最佳方法。

核電站廠房空間復(fù)雜，同時(shí)環(huán)境內(nèi)部有高溫、高壓、輻射等風(fēng)險(xiǎn)，因此如何在該環(huán)境下一次性運(yùn)輸更換不符合運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備已成為保障核電安全穩(wěn)定運(yùn)行的技術(shù)性難題，而計(jì)算機(jī)模擬[1]驗(yàn)證正是解決該難題的重要技術(shù)手段。因此本文主要對(duì)大亞灣核電站DEL制冷機(jī)組的運(yùn)輸設(shè)備、運(yùn)輸通道、運(yùn)輸方案、運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)、模擬方法等進(jìn)行分析，同時(shí)針對(duì)其中的運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)、模擬方法提出綜合性的解決方案。

1 運(yùn)輸方案制訂

大亞灣核電站DEL制冷機(jī)組使用壽命已有20余年，接近制冷機(jī)組使用壽期平均水平，為保障核電站安全穩(wěn)定運(yùn)行，需對(duì)W501房間的DEL制冷機(jī)組進(jìn)行整體更換，DEL制冷機(jī)組整體更換前需分析運(yùn)輸設(shè)備、運(yùn)輸通道、運(yùn)輸方案等內(nèi)容，以制訂可行的運(yùn)輸方案，如圖1所示。

1.1 運(yùn)輸設(shè)備分析

運(yùn)輸設(shè)備為DEL制冷機(jī)組，如圖2所示，其整體長×寬×高尺寸為4050×1580×2050mm，其主要由冷凝器、蒸發(fā)器、壓縮機(jī)等組件組裝而成，組件參數(shù)如表1所示。

表1 DEL制冷機(jī)組組件參數(shù)

1.2 運(yùn)輸通道分析

DEL制冷機(jī)組安裝位置是核輔助廠房W501房間，經(jīng)前期初步分析，該房間一共有2個(gè)運(yùn)輸通道。1號(hào)運(yùn)輸通道（如圖2所示）是從W501房間出發(fā)依次通過L527房間、L530房間、L504房間，直至到達(dá)L501房間內(nèi)的貨運(yùn)電梯，最后通過+11.5 m層貨運(yùn)電梯到達(dá)+0.0 m層后運(yùn)輸至外部廠房，其中貨運(yùn)電梯長×寬×高為3 000×2 100×2 800 mm，是1號(hào)運(yùn)輸通道的關(guān)鍵路徑[2]。

2號(hào)運(yùn)輸通道（如圖2所示）是從W501房間出發(fā)，通過W501房間的隔音門后到達(dá)W507房間，其中W507房間標(biāo)高為+11.5 m，到達(dá)W507房間后開始往上吊裝通過W604房間、W703房間，直至到達(dá)標(biāo)高為+25.0 m吊裝孔，最后通過該吊裝孔運(yùn)輸至外廠區(qū)，其中W501房間的隔音門寬×高為1 400×1650 mm，W703房間的吊裝孔寬×高為1 500×1 450 mm，是2號(hào)運(yùn)輸通道的關(guān)鍵路徑。

圖2 1號(hào)及2號(hào)運(yùn)輸通道及關(guān)鍵路徑

1.3 運(yùn)輸方案分析

DEL制冷機(jī)組的運(yùn)輸設(shè)備和運(yùn)輸通道確認(rèn)后，將根據(jù)關(guān)鍵空間尺寸信息制訂可行的運(yùn)輸方案，同時(shí)制訂的運(yùn)輸方案應(yīng)優(yōu)先考慮整體運(yùn)輸方式，如無法整體運(yùn)輸再考慮拆分運(yùn)輸方式，運(yùn)輸可行性的判斷標(biāo)準(zhǔn)為運(yùn)輸通道關(guān)鍵路徑的可容納空間是否大于運(yùn)輸對(duì)象的外形尺寸。

1.3.1 整體運(yùn)輸方案

DEL制冷機(jī)組整體運(yùn)輸時(shí)，分析1號(hào)運(yùn)輸通道和2號(hào)運(yùn)輸通道的關(guān)鍵路徑，主要包括“貨運(yùn)電梯”、“W501隔音門”和“W703吊裝口”，1號(hào)和2號(hào)運(yùn)輸通道的關(guān)鍵路徑可容納空間均小于DEL制冷機(jī)組整體外形尺寸；因此判斷DEL制冷機(jī)組整體運(yùn)輸時(shí)1號(hào)和2號(hào)運(yùn)輸通道均無法實(shí)現(xiàn)DEL制冷機(jī)組的整體運(yùn)輸，整體運(yùn)輸方案不具備可行性。

1.3.2 拆分運(yùn)輸方案

DEL制冷機(jī)組拆分運(yùn)輸時(shí)，是將DEL制冷機(jī)組拆分成冷凝器、蒸發(fā)器、壓縮機(jī)三大組件進(jìn)行運(yùn)輸，1號(hào)運(yùn)輸通道關(guān)鍵路徑“貨運(yùn)電梯”可容納空間長度為3 000 mm，遠(yuǎn)小于冷凝器、蒸發(fā)器組件的長度尺寸，無法實(shí)現(xiàn)DEL制冷機(jī)組拆分運(yùn)輸要求，1號(hào)運(yùn)輸通道不具備可行性；2號(hào)運(yùn)輸通道關(guān)鍵路徑“W501隔音門”和“W703房間吊裝口”空間尺寸參數(shù)大于冷凝器、蒸發(fā)器、壓縮機(jī)的外形尺寸，同時(shí)其長度尺寸為設(shè)備通道，尺寸遠(yuǎn)大于組件長度；因此2號(hào)運(yùn)輸通道能滿足DEL制冷機(jī)組組件的拆分運(yùn)輸要求。

綜上所述，將DEL制冷機(jī)組拆分為冷凝器、蒸發(fā)器、壓縮機(jī)等組件，同時(shí)以2號(hào)運(yùn)輸通道為運(yùn)輸路徑，是最佳的運(yùn)輸方案。

2 運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)分析

大亞灣核電站W(wǎng)501房間的DEL制冷機(jī)組運(yùn)輸方案制訂后，需根據(jù)W501房間的現(xiàn)實(shí)環(huán)境分析運(yùn)輸方案的可能產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)，其產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)主要包括系統(tǒng)停運(yùn)、方案執(zhí)行、現(xiàn)場施工等風(fēng)險(xiǎn)。

2.1 系統(tǒng)停運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)

DEL制冷機(jī)組為核電站的DEL系統(tǒng)[3]提供制冷服務(wù)，當(dāng)該設(shè)備停運(yùn)會(huì)影響DVC主控室通風(fēng)、DVL電氣廠房主通風(fēng)、DVE電纜層通風(fēng)等系統(tǒng)的冷卻水供給，直接影響核電站安全運(yùn)行狀態(tài)；其次DEL制冷機(jī)組的運(yùn)輸更換需在大修期間完成，運(yùn)輸更換過程中需保持24小時(shí)不停機(jī)[3]，以保證DEL制冷機(jī)組A列或B列能夠有一列能正常運(yùn)行[3]，所以DEL制冷機(jī)組在更換過程中不能觸碰正常運(yùn)行的系統(tǒng)設(shè)備，如發(fā)生碰撞有可能引發(fā)DEL系統(tǒng)停運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 方案執(zhí)行風(fēng)險(xiǎn)

DEL制冷機(jī)組的運(yùn)輸房間為W501、W507、W604、W703等房間，涉及+11.5 m、+15.5 m、+25.0 m標(biāo)高層，同時(shí)DEL制冷機(jī)組運(yùn)輸過程中DEL系統(tǒng)備用列保持正常運(yùn)行，因此該DEL制冷機(jī)組的運(yùn)輸環(huán)境會(huì)有高溫、高壓、觸電等風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)由于W501房間空間狹小，在DEL制冷機(jī)組運(yùn)輸過程中可能會(huì)與其他系統(tǒng)設(shè)備產(chǎn)生碰撞或干涉，因此可能發(fā)生設(shè)備運(yùn)輸方案無法執(zhí)行的風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 現(xiàn)場施工風(fēng)險(xiǎn)

DEL制冷機(jī)組運(yùn)輸更換前需先施工拆除停運(yùn)的閥門、管道、支架、儀表、電氣等系統(tǒng)設(shè)備，由于DEL系統(tǒng)的A列和B列仍有一列保持正常運(yùn)行，同時(shí)兩列系統(tǒng)設(shè)備是交錯(cuò)布置，運(yùn)輸前的現(xiàn)場施工及拆除作業(yè)易發(fā)生偏差，任何施工偏差均會(huì)引發(fā)高溫、高壓、觸電等風(fēng)險(xiǎn)，直接影響DEL系統(tǒng)及核電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3 模擬運(yùn)輸驗(yàn)證方法分析

大亞灣核電站W(wǎng)501房間的DEL制冷機(jī)組運(yùn)輸方案具有系統(tǒng)停運(yùn)、方案執(zhí)行、現(xiàn)場施工等風(fēng)險(xiǎn)，因此該設(shè)備的運(yùn)輸方案的執(zhí)行風(fēng)險(xiǎn)高，有必要針對(duì)該運(yùn)輸方案進(jìn)行模擬，驗(yàn)證方案的可行性。目前國內(nèi)外常用的運(yùn)輸方案模擬驗(yàn)證方法主要有兩種，一種是實(shí)物框體模擬運(yùn)輸方法，另一種是三維模型模擬運(yùn)輸方法[4]。

3.1 實(shí)物框體模擬運(yùn)輸方法

實(shí)物框體模擬運(yùn)輸方法是將運(yùn)輸設(shè)備制作成實(shí)物大小一致的結(jié)構(gòu)框體，然后以實(shí)物框體代替設(shè)備本體，通過人工、吊運(yùn)等方式在現(xiàn)場環(huán)境中進(jìn)行運(yùn)輸設(shè)備框體，驗(yàn)證設(shè)備的路徑及碰撞位置。該模擬運(yùn)輸方法具有成本低、操作簡單的優(yōu)點(diǎn)，但是技術(shù)缺點(diǎn)明顯，如無法記錄運(yùn)輸路徑、碰撞位置、需要制作框體、框體不可重復(fù)利用、只能在特定時(shí)間和空間才可進(jìn)行、需要人員協(xié)助模擬等。

3.2 三維模型模擬運(yùn)輸方法

三維模擬運(yùn)輸方法是目前國外比較常見的模擬驗(yàn)證技術(shù)，該方法是基于設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、圖紙等建立設(shè)備及環(huán)境的三維模型，將運(yùn)輸設(shè)備、運(yùn)輸路線、運(yùn)輸時(shí)間導(dǎo)入至三維模型環(huán)境中，在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)設(shè)備在三維模型環(huán)境的模擬驗(yàn)證。該模擬方法具有運(yùn)輸路徑記錄、碰撞位置顯示、模擬范圍廣等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，但是也有一定技術(shù)缺陷，如工業(yè)廠房的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及圖紙有缺失、遺漏、偏差等情況時(shí)，將無法保證三維模型環(huán)境數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，驗(yàn)證結(jié)果會(huì)產(chǎn)生偏差，同時(shí)該方法需要建立設(shè)備及環(huán)境模型，驗(yàn)證成本高、周期長。

4 基于現(xiàn)實(shí)環(huán)境模擬運(yùn)輸方法應(yīng)用

綜合以上分析，傳統(tǒng)的實(shí)物框體模擬運(yùn)輸和三維模型模擬運(yùn)輸方法具有諸多技術(shù)弊端，對(duì)于DEL制冷機(jī)組運(yùn)輸方案模擬驗(yàn)證無法適用，針對(duì)該難題，需要?jiǎng)?chuàng)建一種新型的模擬運(yùn)輸方法，既能解決DEL制冷機(jī)組模擬運(yùn)輸驗(yàn)證難題，同時(shí)還能融合實(shí)物框體及三維模型模擬的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，一種基于現(xiàn)實(shí)環(huán)境的模擬運(yùn)輸方法[5]可以解決以上技術(shù)問題。

4.1 基于現(xiàn)實(shí)環(huán)境的模擬運(yùn)輸方法

基于現(xiàn)實(shí)環(huán)境的模擬運(yùn)輸方法主要通過三維激光掃描[6]、逆向工程[7]、三維模擬等技術(shù)實(shí)現(xiàn)。首先工程人員通過三維激光掃描儀對(duì)運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行三維掃描，收集高精度的環(huán)境數(shù)據(jù)（如圖3所示），這種數(shù)據(jù)以點(diǎn)云形式[6]體現(xiàn)；其次工程人員將這種環(huán)境數(shù)據(jù)導(dǎo)入至計(jì)算機(jī)中，同時(shí)在該環(huán)境數(shù)據(jù)中輸入運(yùn)輸設(shè)備、運(yùn)輸方案等參數(shù)；最后工程人員在計(jì)算機(jī)環(huán)境中進(jìn)行參數(shù)的模擬驗(yàn)證，驗(yàn)證完成后進(jìn)行模擬驗(yàn)證結(jié)果反饋，反饋信息的包括運(yùn)輸軌跡、運(yùn)輸碰撞等信息，工程人員基于反饋信息修正運(yùn)輸設(shè)備、運(yùn)輸方案等輸入?yún)?shù)，如此反復(fù)，直至最終確認(rèn)可行的運(yùn)輸方案。

圖3一種基于現(xiàn)實(shí)環(huán)境的模擬運(yùn)輸方法

4.2 基于現(xiàn)實(shí)環(huán)境的模擬運(yùn)輸方法應(yīng)用

針對(duì)大亞灣核電站DEL制冷機(jī)組的運(yùn)輸過程進(jìn)行分析，應(yīng)用基于現(xiàn)實(shí)環(huán)境的模擬運(yùn)輸方法進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證主要流程包括現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集、運(yùn)輸參數(shù)輸入、模擬運(yùn)輸驗(yàn)證、模擬運(yùn)輸實(shí)施等。

4.2.1現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集

針對(duì)大亞灣核電站核輔助廠房W501和W507房間進(jìn)行現(xiàn)場三維激光掃描工作，收集完整的現(xiàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)，其中收集環(huán)境數(shù)據(jù)精度要求小于≤5 mm，從而保證真實(shí)再現(xiàn)現(xiàn)場環(huán)境，W501房間現(xiàn)場與環(huán)境三維數(shù)據(jù)的效果對(duì)比如圖4所示。

圖4 W501現(xiàn)場實(shí)際環(huán)境與環(huán)境三維數(shù)據(jù)的效果對(duì)比

4.2.2 運(yùn)輸參數(shù)輸入

大亞灣核電站DEL制冷機(jī)組運(yùn)輸參數(shù)輸入包括運(yùn)輸設(shè)備和運(yùn)輸方案，輸入的信息如下描述。

（1）運(yùn)輸設(shè)備輸入為DEL制冷機(jī)組的三維模型，由于此次采用組件拆分運(yùn)輸方案，因此將DEL制冷機(jī)組模型拆分為冷凝器、蒸發(fā)器、壓縮機(jī)三個(gè)組件作為運(yùn)輸設(shè)備輸入模型。

（2）運(yùn)輸方案輸入是2號(hào)運(yùn)輸通道的路徑，基于2號(hào)運(yùn)輸通道預(yù)先制訂一條包含三維坐標(biāo)（X、Y、Z）的運(yùn)輸路徑，該運(yùn)輸路徑由運(yùn)輸起點(diǎn)、運(yùn)輸節(jié)點(diǎn)、運(yùn)輸方向組成，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有自己的坐標(biāo)和方向，其中運(yùn)輸路徑的運(yùn)輸起點(diǎn)為設(shè)備的重心位置，同時(shí)也是節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)原點(diǎn)。

4.2.3 模擬運(yùn)輸驗(yàn)證

圖5模擬運(yùn)輸驗(yàn)證前

圖6模擬運(yùn)輸驗(yàn)證后

現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集完成后，將W501和W507房間的環(huán)境三維數(shù)據(jù)導(dǎo)入至計(jì)算機(jī)中，然后在該環(huán)境三維數(shù)據(jù)中輸入運(yùn)輸設(shè)備、路徑等信息；輸入完成后的效果如圖5所示，其中輸入的運(yùn)輸設(shè)備為冷凝器，運(yùn)輸路徑為冷凝器運(yùn)輸路徑；現(xiàn)場數(shù)據(jù)和運(yùn)輸參數(shù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)后，即可開展基于現(xiàn)實(shí)環(huán)境的模擬運(yùn)輸驗(yàn)證，詳細(xì)效果如圖6所示，模擬運(yùn)輸驗(yàn)證后的環(huán)境三維數(shù)據(jù)會(huì)輸出運(yùn)輸軌跡、運(yùn)輸碰撞兩種信息數(shù)據(jù)，兩種信息數(shù)據(jù)均以紅色標(biāo)記進(jìn)行識(shí)別。

4.2.4 模擬運(yùn)輸實(shí)施結(jié)果

大亞灣核電站W(wǎng)501房間制冷機(jī)組的冷凝器、蒸發(fā)器、壓縮機(jī)按照以上流程完成模擬運(yùn)輸驗(yàn)證工作，并在大亞灣核電站大修期間完成了DEL制冷機(jī)組的運(yùn)輸及更換工作；其中模擬運(yùn)輸驗(yàn)證結(jié)果與現(xiàn)場實(shí)施范圍完全一致，經(jīng)現(xiàn)場實(shí)測基于現(xiàn)實(shí)環(huán)境的模擬運(yùn)輸驗(yàn)證精度≤5 mm，可真實(shí)反映設(shè)備在實(shí)際環(huán)境的運(yùn)輸過程，現(xiàn)場的實(shí)施效果良好。

5 結(jié)論

大亞灣核電站在D117/D217大修期間順利完成了4臺(tái)DEL制冷機(jī)組的更換改造工作，以現(xiàn)場工程實(shí)施經(jīng)驗(yàn)表明，基于現(xiàn)實(shí)環(huán)境的模擬運(yùn)輸方法可有效解決設(shè)備運(yùn)輸路徑不清晰、風(fēng)險(xiǎn)分析不全面、運(yùn)輸方案無法驗(yàn)證等技術(shù)難題；同時(shí)這種新型的模擬運(yùn)輸方法提高了設(shè)備運(yùn)輸方案執(zhí)行的可行性，幫助設(shè)計(jì)及施工人員理解整個(gè)運(yùn)輸過程及注意事項(xiàng)，減少發(fā)生工業(yè)安全事故的風(fēng)險(xiǎn)，提升設(shè)備更換改造過程中的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

大亞灣核電站DEL制冷機(jī)組更換改造實(shí)施工作的順利完成，為其他電廠涉及的設(shè)備更換、延壽、替代等提供了良好的借鑒經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)該技術(shù)也可直接用于其他工業(yè)領(lǐng)域，應(yīng)用前景廣闊。