核電廠常規(guī)島主廠房設(shè)備安裝保證措施研究

武春霖，金欣

（1.中機國能電力工程有限公司，上海200061；2.浙江省火電建設(shè)公司，浙江杭州310161）

核電廠常規(guī)島主廠房設(shè)備安裝保證措施研究

武春霖1，金欣2

（1.中機國能電力工程有限公司，上海200061；2.浙江省火電建設(shè)公司，浙江杭州310161）

闡述了A P1000核電是目前世界上最先進的核電堆型之一，海水冷卻的常規(guī)島C I（C o n v en t i o n al I s la n d）主廠房多采用半地下結(jié)構(gòu)，在C I主廠房內(nèi)的凝汽器、發(fā)電機定子、汽水分離再熱器、除氧器等設(shè)備的重量和外形尺寸均比常規(guī)火電的設(shè)備重和大，其吊裝措施在C I主廠房設(shè)計時應(yīng)綜合考慮，對施工質(zhì)量和工程進度都是有益的。介紹了某A P1000核電廠設(shè)備安裝的C I主廠房設(shè)計與設(shè)備安裝的配合，為相關(guān)工程建設(shè)、設(shè)計者提供參考。

A P1000核電；C I主廠房；設(shè)備安裝；施工措施

1 核電堆形AP1000

1.1 AP1000技術(shù)特點

AP1000設(shè)計具有先進非能動安全特性，電廠布置進一步簡化，改進了建造工藝、改善了維修空間，提高了安全可靠性和運行發(fā)電能力。

AP1000的設(shè)計控制文件（Design Control Document）規(guī)定了以下幾方面。

a）核電廠的使用壽命為60 a。

b）CI主廠房內(nèi)安裝了汽輪發(fā)電機組和相關(guān)的機械、電氣系統(tǒng)。CI主廠房為汽輪發(fā)電機組和相關(guān)部件的布置和維修提供全天候的保護。汽輪機由1個高壓缸和3個低壓缸組成，按基荷運行設(shè)計，并具有負荷跟蹤運行能力。

c）汽輪發(fā)電機和相關(guān)的管道、閥門和控制系統(tǒng)均布置在CI主廠房內(nèi)，在CI主廠房內(nèi)沒有任何核安全相關(guān)系統(tǒng)和部件。汽機房包括“第一跨”均是非核抗震（Non-Safety）的建筑物，可按建筑物的抗震設(shè)計規(guī)范進行設(shè)計。

d）非核抗震（NS）的建筑物確保在安全停堆地震（SSE）加速度作用下，喪失功能后不得對抗震I類物項產(chǎn)生影響。

1.2 廠址條件

地質(zhì)條件：主廠房基礎(chǔ)底面基本上置于基巖上，有部分采用樁基礎(chǔ),地下水與廠區(qū)貫通。地震條件：50 a設(shè)計基準期超越概率10%的地震加速度值小于0.05 g；廠址基巖安全極限水平向地震加速度峰值（SL-2）為0.15 g，運行基準地震動（SL-1）為0.075 g，豎向設(shè)計加速度峰值應(yīng)采用水平向設(shè)計加速度峰值的2/3。氣象條件：廠址50 a一遇10min最大風速（包括熱帶氣旋）為41.51m/s。

2 常規(guī)島主廠房的布置

2.1 工藝布置

CI主廠房包括5個主要層：地下2層（-16.05m層）、地下1層（-7.5m層）、零米層（±0.00 m層）、運轉(zhuǎn)層（+8.5m層）和除氧層（+15.50 m層）。零米層與廠區(qū)道路相通。

T.11列柱至T.12列柱、T.A排柱至T.D排柱間為大件吊裝區(qū)域，主要設(shè)備將通過此區(qū)域吊裝至汽機房上下各層。CI主廠房各層四角均布置有樓梯作為各層訪問通道。在T.1柱靠T.E排柱處設(shè)置一臺電梯。

在CI主廠房地下2層主要布置了凝汽器、凝結(jié)水泵、開式循環(huán)冷卻水泵和電動濾水器等設(shè)備。CI主廠房地下1層主要布置了電動給水泵、低加疏水泵、閉式循環(huán)冷卻水泵、凝結(jié)水升壓泵、真空泵、軸封冷卻器等設(shè)備。在CI主廠房零米層主要布置了潤滑油系統(tǒng)設(shè)備、一級高壓加熱器、電氣設(shè)備和化水設(shè)備等。在CI主廠房運轉(zhuǎn)層主要布置了汽輪發(fā)電機組、汽水分離再熱器、兩級低壓加熱器、一級高壓加熱器等設(shè)備。在CI主廠房除氧層主要布置了除氧器水箱和除氧器等設(shè)備。

2.2 結(jié)構(gòu)布置

2.2.1 CI主廠房布置

CI主廠房主要由披屋、汽輪發(fā)電機房和除氧間組成，披屋橫向有兩跨，分別為8.00m、12.00m，縱向從T.7軸到T.11軸。汽輪發(fā)電機房跨距為39.00m，除氧間跨距為11.00m，長度為124.682m，汽輪發(fā)電機房屋架底標高暫定28.30m，運轉(zhuǎn)層高度8.50m，汽輪發(fā)電機中心線距T.A排柱中心線19m。汽機頭部朝向核島布置，汽輪發(fā)電機房內(nèi)設(shè)有2臺240/40 t、120/30 t的橋式起重機供所有設(shè)備安裝和檢修使用，軌道頂標高24.00m。

2.2.2 結(jié)構(gòu)布置

汽機房采用半地下室布置，上部采用鋼結(jié)構(gòu)，下部采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。在結(jié)構(gòu)布置時也綜合考慮施工單位的主要設(shè)備安裝方案，盡可能滿足設(shè)備在安裝階段需要的荷載和空間要求。

上部結(jié)構(gòu)：上部結(jié)構(gòu)采用鋼結(jié)構(gòu)，橫向汽機房外側(cè)柱（T.A軸）通過鋼屋架、汽機平臺與除氧間框架組成框排架結(jié)構(gòu)，并在除氧間部分軸線布置橫向支撐?？v向T.A、T.E、T.F軸通過柱、梁、支撐組成排架結(jié)構(gòu)。支撐的位置及形式在保證受力的情況下，盡量配合工藝專業(yè)的設(shè)備布置及管道布置。樓面、屋面采用鋼梁上鋪壓型鋼板現(xiàn)澆混凝土板，樓面是鋼格柵時，在鋼格柵下布置水平鋼支撐。

下部結(jié)構(gòu)：±0.00m以下結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，汽機房地下有2層，地下1層（-7.50m層）、地下2層（-16.05m層）、零米層（±0.00m層）。地下結(jié)構(gòu)采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)，在上部鋼支撐對應(yīng)的地方設(shè)置剪力墻或鋼支撐直至基礎(chǔ)頂面。樓板采用現(xiàn)澆混凝土樓面。

3 主要設(shè)備的安裝方案

核電廠與火電廠主要設(shè)備相比，重量比較重，體積均較大，按照火電的安裝方案，會導(dǎo)致設(shè)備無法就位，拆除部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件，會影響到結(jié)構(gòu)的安全，有的采取臨時措施，費用比較大，如果與施工單位密切配合，綜合比較，確定合理的結(jié)構(gòu)形式，確保施工階段、運行階段的結(jié)構(gòu)安全，減少工程的投資。

主要設(shè)備有：凝汽器、發(fā)電機定子、汽水分離再熱器、除氧器及除氧器水箱。

3.1 吊機型號

某工程CI主廠房施工現(xiàn)場需要使用的大型吊機主要為一臺LR1750（750 t履帶吊）。由于大件吊裝作業(yè)區(qū)域大部分落在汽機房及循環(huán)水管的回填區(qū)域內(nèi)，對吊機行走及停放位置的地耐力有較高的要求，因此現(xiàn)場在實際行走或吊裝過程中均采用布置路基箱，以減少對地比壓。

3.2 凝汽器的吊裝施工方案

每臺機有3臺凝汽器，分別安裝在-13.27m，汽輪發(fā)電機基座處（即T.4—T.7軸與T.B—T.D軸之間）。最大吊裝的凝汽器本體模塊加上上下吊裝框架起約為260 t，需要的外形空間為18 092mm× 5 077mm×7 910mm。

吊裝采用LR1750（750 t履帶吊），吊機停放于T.4—T.7軸，T.Z軸外側(cè)區(qū)域，此區(qū)域?qū)Φ氐谋葔簽?0 t/m2。凝汽器采用一臺一臺吊裝，吊裝時-0.04m、8.50m影響的結(jié)構(gòu)梁臨時拆除，待吊裝完成后，進行恢復(fù)，然后再吊裝下一臺，見圖1。

圖1 凝汽器吊裝示意圖

3.3 發(fā)電機定子吊裝施工方案

發(fā)電機定子有關(guān)參數(shù)如下：定子吊裝重量為445 t；定子吊裝重量（包括拍子）約為465 t；定子外形尺寸（長×寬×高）為11.8m×5.62m× 5.46m。

定子就位于汽機房內(nèi)8.5m層運轉(zhuǎn)層的汽機基座上。其就位縱向中心線在T.C軸線上，橫向在T.7—T.8軸之間。發(fā)電機定子吊裝采用液壓提升裝置，在T.12軸線外側(cè)吊裝口以T.C軸線為中心線安裝固定架，并鋪設(shè)托運軌道至定子就位的汽機基座，在軌道梁上布置吊裝移動架，在吊裝移動架上布置4×200 t鋼索式液壓提升裝置，在液壓提升裝置的下錨頭上安裝吊裝專用拍子，利用拍子連接定子后提升至8.5m層上方，托運定子至就位的汽機基座上方停止，操作液壓提升裝置下降，使發(fā)動機定子就位。然后將吊裝移動架移動至T.12軸線外側(cè)吊裝口，利用400 t履帶吊將吊裝移動架拆除，再利用行車將托運軌道梁拆除。

3.4 汽水分離再熱器MSR（Moisture Separator Reheater）吊裝施工方案

汽水分離再熱器有關(guān)參數(shù)如下：汽水分離再熱器重量（凈重）為290 t；汽水分離再熱器外形尺寸（直徑×長度）為Ф4.264m×30.7m。

每臺機組共有兩只汽水分離再熱器，均就位于汽機房內(nèi)8.5m層運轉(zhuǎn)層，縱向在T.3～T.6軸線之間，其中A汽水分離再熱器橫向在T.A～T.B軸線之間，B汽水分離再熱器橫向在T.D～T.E軸線之間，并以T.C軸線對稱布置。

汽水分離再熱器卸車采用利勃海爾LR1750的750 t履帶吊為主要吊機，吊裝前事先在T.B—T.C之間、T.12軸線外側(cè)布置一個底部標高與8.50m層齊平的托運支架，并沿托運支架設(shè)置一條通向主廠房T.9軸線的托運軌道，由履帶吊將MSR吊至8.50m層的托運軌道上后，通過履帶吊、汽機房行車以及卷揚機配合將設(shè)備移至廠房內(nèi)后，通過汽機房布置的兩臺橋式起重機抬吊吊裝就位。

3.5 除氧器及除氧器水箱吊裝施工方案

除氧器及除氧器水箱有關(guān)參數(shù)如下：除氧水箱重250 t；除氧水箱外形尺寸（直徑×長度）為Ф4.768m×43.617m；除氧器重70 t；除氧器外形尺寸（直徑×長度）為Ф3.048m×20.137m。

除氧水箱、除氧器布置在T.E—T.F與T.5—T.10軸線之間，除氧水箱就位標高為16.50m，除氧器就位標高為21.80m。

除氧水箱、除氧器采用LR1750的750 t履帶吊為主要吊機，吊裝前事先將T.F軸線外側(cè)履帶吊吊裝站立區(qū)域地面平整夯實，地基承載力滿足13 t/m2。將除氧間T.5—T.10軸線范圍，15.50 m以上臨時安裝的屋面梁、鋼結(jié)構(gòu)框架梁全部拆除，待除氧器水箱及除氧器吊裝完成后，再進行安裝恢復(fù)。

4 設(shè)計統(tǒng)籌施工的技術(shù)措施

4.1 工藝措施

在汽機房總體布置時，充分考慮凝汽器模塊化的極限吊裝尺寸和機組運行后凝汽器抽管檢修空間，對凝汽器吊裝方案進行評估，確保汽機房A排外凝汽器吊裝區(qū)域可實施凝汽器模塊化吊裝。

考慮在汽機房底層敷設(shè)臨時軌道，保證凝汽器模塊現(xiàn)場吊裝至底層后能平移至安裝位置。在汽機房運轉(zhuǎn)層考慮發(fā)電機定子安裝的托運軌道路徑和荷載。

由于兩臺汽水分離再熱器分別布置在汽輪發(fā)電機兩側(cè)，且體積和重量均很大，在安裝方案中充分考慮各種吊裝設(shè)施的特點，將汽機房行車、履帶吊和卷揚機進行配合操作，實現(xiàn)汽水分離再熱器的吊裝就位。

4.2 土建結(jié)構(gòu)的設(shè)計措施

4.2.1 結(jié)構(gòu)布置

為了配合設(shè)備的供貨進度和安裝就位，土建結(jié)構(gòu)在廠房的布置上采取了以下措施。

a）將T.4—T.7軸線原T.Z軸的混凝土外墻向變壓器區(qū)域方向移動2m。

b）將T.4—T.7軸與T.Z—T.B軸范圍-0.04m樓板改為鋼次梁上鋪壓型鋼板，再澆混凝土的結(jié)構(gòu)形式。

c）適當增加地下室外墻的厚度，盡可能在靠近外墻跨布置剪力墻。

d）在緩澆混凝土樓板的地方，采用牛腿，樓板梁改為簡支結(jié)構(gòu)。

e）T.12軸屋面結(jié)構(gòu)采用屋架結(jié)構(gòu)，便于山墻鋼柱的拆除。

f）考慮到汽機房屋面的整體性，方便施工和排水，汽機房屋面和除氧間屋面?zhèn)髁Φ闹苯有?，將除氧間屋面抬高至與汽機房同一斜面。

4.2.2 結(jié)構(gòu)的計算

結(jié)構(gòu)的計算在以下幾方面進行了闡述。

a）設(shè)計外墻時，將吊機對地面的壓力作為地面活荷載的工況下進行計算，外墻支撐的邊界條件，根據(jù)外墻的所處位置，約束條件確定為固結(jié)、簡支、懸臂。

b）將T.4—T.7軸與T.Z—T.B軸范圍-0.04m樓板的鋼次梁，按簡支梁計算。

c）定子吊裝、MSR吊裝行走區(qū)域8.50m范圍，綜合考慮檢修、安裝的工況，按5 t/m2來考慮。

d）T.12軸屋架的計算，不考慮山墻柱對屋架的支撐作用，風荷載傳力體系應(yīng)為墻板—墻架—山墻柱—屋架，山墻柱、墻架的連接采用螺栓連接，便于拆卸。

e）在計算T.F軸的鋼柱時，考慮T.6、T.7、T.8、T.9鋼柱在吊裝過程中處于懸臂狀態(tài)，但不考慮墻板的存在。

4.3 施工采取的措施

地下結(jié)構(gòu)周邊的回填，在滿足建筑物基礎(chǔ)設(shè)計的要求外，應(yīng)采用級配碎石分層壓實，壓實系數(shù)大于0.94。

凝汽器吊裝時，如果混凝土牛腿對所需空間有影響，可改為鋼牛腿，在鋼牛腿的地方預(yù)埋埋件。

為了方便施工，T.4—T.7軸與T.Z—T.B軸范圍-0.04m樓板，與周邊樓板的鋼筋可斷開，但應(yīng)做好防水處理。

凝汽器吊裝時，T.A軸0m、8.50m處的鋼梁拆除應(yīng)與凝汽器的吊裝相配合，當一跨鋼梁恢復(fù)好后方可拆卸另一跨，同時汽機房內(nèi)的行車停止運行，并停在固擴端。

在定子吊裝、MSR吊裝行走區(qū)域8.50m范圍，鋪設(shè)托運軌道梁的支點應(yīng)在軸線的框架梁上，樓板的周邊不得堆放其他物品，并對框架梁進行核算，如不夠在鋼梁下增加臨時鋼柱。

在定子吊裝時，在T.12軸線外側(cè)安裝的固定架，由于柱腳力較大，為了保證地下外墻及綜合管廊的安全，柱腳基礎(chǔ)底面應(yīng)與綜合管廊底平。

除氧器及除氧器水箱吊裝應(yīng)在5級以下風進行，吊機和所吊物體不得與主廠房的構(gòu)件接觸。

5 結(jié)束語

核電作為清潔能源，是我國發(fā)展的方向，作為第三代AP1000核電是目前世界上最先進的核電堆型，是我國今后發(fā)展的主力堆型之一。在CI主廠房的設(shè)計時，根據(jù)核電站設(shè)備吊裝難度大的特點，總結(jié)施工經(jīng)驗，提出以上技術(shù)方案措施，將安全、施工、運行、環(huán)保等方面統(tǒng)籌考慮，為施工提供了技術(shù)保障措施，方便了施工、縮短了建設(shè)周期、節(jié)省了工程造價、提高了施工質(zhì)量，安全可靠運行得到了保證，可供同類型核電站CI主廠房設(shè)計參考。

M easures for Equipment Installation in Nuclear Power Plant CIM ain Building

WU Chun-lin1，JIN Xin2
（1.China Sinogy Electric Engineering Co.，Ltd.，Shanghai 200061，China；2.Zhejiang Thermal Power Construction Company，Hangzhou，Zhejiang 310161，China）

AP1000 unit is one of the most advanced nuclear reactors at present.The main building of sea water cooling CI (Conventional Island)ismostly of the semi-underground structure.Theweightand dimension ofCImajorequipment in themain building，such as condenser，generator stator，MSR and deaerator etc.are bigger than that of the fossil power plant.In order to ensurre the construction quality and schedule，the equipment installation plan should be considered sufficiently.This paper introduced the design of CImain buildingand its influenceon equipmentinstallation for further reference to other designers.

AP1000 nuclear；CImain building；equipmentinstallation；constructionmeasures

TU271.5

B

1671-0320（2014）01-0069-04

2013-08-28，

2013-11-12

武春霖（1971-），男，江蘇鹽城人，1994年畢業(yè)于上海交通大學(xué)熱能動力專業(yè)，高級工程師，從事火力發(fā)電、核電廠常規(guī)島的設(shè)計等工作；

金欣（1974-），男，浙江義烏人，1997年畢業(yè)于武漢水利電力大學(xué)機械專業(yè)，高級工程師，從事火力發(fā)電、核電工程項目建設(shè)和施工等工作。