核電機(jī)組凝汽器模塊式安裝方法的技術(shù)研究

張宏新 付寧

摘要：本項(xiàng)目針對(duì)AP1000核電站大型凝汽器安裝中的關(guān)鍵技術(shù)難題，通過(guò)對(duì)模塊化凝汽器安全可靠吊裝就位技術(shù)、凝汽器水室裝配技術(shù)的研究，研制了多項(xiàng)專用裝置及工具，形成了一套完整的模塊化凝汽器安裝關(guān)鍵技術(shù)體系。該關(guān)鍵技術(shù)成果的應(yīng)用顯著提高了凝汽器安裝質(zhì)量和效率，降低了施工安全風(fēng)險(xiǎn)。項(xiàng)目研究成果已成功應(yīng)用于全球首批AP1000第三代核電技術(shù)的山東海陽(yáng)核電廠2號(hào)機(jī)組常規(guī)島建安工程凝汽器施工項(xiàng)目，使得模塊化凝汽器的安裝質(zhì)量和效率明顯提高，凝汽器焊縫合格率100%，在運(yùn)行過(guò)程中無(wú)泄漏發(fā)生，負(fù)荷在80%額定負(fù)荷下測(cè)定凝汽器真空嚴(yán)密性優(yōu)良。

關(guān)鍵詞：核電機(jī)組、凝汽器、模塊化、安裝

1 前言

目前共同應(yīng)對(duì)全球氣候危機(jī)、推動(dòng)各國(guó)綠色低碳轉(zhuǎn)型是全球多國(guó)的共識(shí)，對(duì)低碳清潔能源的需求不斷提升。核能發(fā)電作為一種高效、綠色、清潔、環(huán)保的能源，越來(lái)越受到世界各國(guó)的關(guān)注，同時(shí)加快發(fā)展核能是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和國(guó)家重大戰(zhàn)略的重要選擇。AP1000、CAP1400、華龍一號(hào)是目前世界三代核電技術(shù)的代表，也是引領(lǐng)我國(guó)未來(lái)核電規(guī)?；l(fā)展的主流技術(shù)。AP1000技術(shù)是我國(guó)最先投運(yùn)的第三代核電技術(shù)。其最大的特點(diǎn)是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)練，模塊化建造，充分利用了諸多非能動(dòng)的安全體系，比傳統(tǒng)的壓水堆安全體系更加簡(jiǎn)單有效，既進(jìn)一步提高了核電站的安全性，同時(shí)顯著降低了核電機(jī)組建設(shè)以及長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)的成本。

我公司針對(duì)核電站凝汽器安裝過(guò)程中存在的主要技術(shù)難題，依托海陽(yáng)AP1000核電站項(xiàng)目，開展了核電站凝汽器安裝關(guān)鍵技術(shù)研究，為同類型機(jī)組的安裝提供技術(shù)支持和借鑒。

2 問題分析

公司承建的全球首批AP1000核電站-國(guó)家電投山東海陽(yáng)核電站，該項(xiàng)目中一個(gè)機(jī)組有三臺(tái)凝汽器組成，每臺(tái)凝汽器的干重為670t，模塊化到貨拼裝，最大重量達(dá)239t。凝汽器為模塊化供貨，共10個(gè)模塊，包括膨脹節(jié)1塊、接頸3塊、下部本體2塊和水室4塊，單件重量大（達(dá)239t）、體積大（長(zhǎng)18.1m、寬5.2m、高8m）。

在凝汽器安裝過(guò)程中存在的主要問題如下：

（1）單件重量大、體積大、安裝位置低。常規(guī)火電廠的凝汽器一般布置在地面，而該核電站凝汽器采用半地下布置方式，導(dǎo)致設(shè)備就位空間有限，設(shè)備吊裝入位的難度增加。吊裝順序要求嚴(yán)格。由于組成凝汽器的10個(gè)模塊尺寸較大，就位通道單一，順序在前的模塊制約后面模塊的就位，各模塊的就位次序有嚴(yán)密的邏輯關(guān)系。

（2）核電凝汽器水室安裝于零米層以下的室內(nèi)，造成了行車、汽車吊等大型吊裝機(jī)械無(wú)法使用。一般凝汽器水室單臺(tái)重量較大。采用常規(guī)裝配方法，準(zhǔn)備工作繁瑣，吊裝、倒運(yùn)困難，操作起來(lái)不易控制，需要大量的人員配合，工期較長(zhǎng)。且凝汽器水室在吊裝轉(zhuǎn)向過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)造成襯膠層摩擦、磕碰，影響后續(xù)裝配。

針對(duì)以上兩個(gè)技術(shù)難題，該項(xiàng)目從凝汽器的下部模塊吊裝就位、凝汽器水室拖運(yùn)吊裝兩個(gè)方面開展研究與創(chuàng)新，構(gòu)建凝汽器安裝施工技術(shù)體系，保證核電站凝汽器的安裝質(zhì)量和安全，助力核電站的科學(xué)技術(shù)進(jìn)步。

3 凝汽器模塊化安裝技術(shù)研究

3.1凝汽器下部本體模塊吊裝就位技術(shù)

針對(duì)凝汽器下部本體模塊的吊裝就位，項(xiàng)目組制定了安裝方案：通過(guò)設(shè)計(jì)制作推拉平移專用輔助框架及平移軌道，以液壓推進(jìn)器為動(dòng)力，借助汽機(jī)房行車調(diào)整模塊轉(zhuǎn)向。通過(guò)綜合分析模塊的就位空間條件及機(jī)械選型布置特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)分析比較、計(jì)算模擬，方案安全可靠。

該方案具體如下：針對(duì)凝汽器各模塊的特點(diǎn)，在循環(huán)水出水側(cè)（此區(qū)域樓板和板墻預(yù)留）和基礎(chǔ)內(nèi)搭設(shè)平移軌道，用主廠房行車吊裝模塊至軌道上，再用600t頂推一體化的夾軌裝置和頂推油缸，用帶快速接頭的液壓軟管將其與電動(dòng)泵站、控制閥的對(duì)應(yīng)接口相連，啟動(dòng)泵站操作控制閥，夾軌裝置先自動(dòng)夾緊軌道，隨著頂推油缸活塞桿的伸出，將凝汽器模塊向前平移一個(gè)行程。反向操作控制閥，夾軌裝置先自動(dòng)松開軌道，頂推油缸活塞桿回縮，夾緊裝置向前跟進(jìn)一個(gè)行程。往復(fù)操作單一的控制閥，實(shí)現(xiàn)凝汽器模塊的平移。

在此方案實(shí)施中設(shè)計(jì)了一套推拉平移施工系統(tǒng)，該施工系統(tǒng)主要由液壓推進(jìn)器、輔助框架、平移軌道組成。利用推進(jìn)器做動(dòng)力，模塊放置軌道上后，在模塊的一端布置液壓推進(jìn)器和輔助框架，推進(jìn)器與輔助框架活動(dòng)連接，推進(jìn)器與軌道固定的位置為推進(jìn)器的固定端，輔助框架設(shè)置在軌道上，并將輔助框架和待就位的模塊可靠連接，且輔助框架在液壓推進(jìn)器的推進(jìn)行程內(nèi)。

模塊化凝汽器下部組件分為兩件，就位時(shí)利用廠房行車將其中一件放置在下方的拖運(yùn)平臺(tái)的軌道上。使用本系統(tǒng)中的專用裝置將凝汽器下部組件推移至就位位置后，繼續(xù)平移凝汽器下部組件，直至滿足下部組件另一件的旋轉(zhuǎn)空間后停止，待第二個(gè)組件移動(dòng)至就位位置，使用此裝置將凝汽器的第一個(gè)組件拉回就位位置，完成整個(gè)凝汽器下部模塊的就位。整個(gè)過(guò)程中此推拉平移裝置僅安裝一次就可完成凝汽器下部模塊的就位。

該技術(shù)有效解決了從汽機(jī)房外測(cè)吊裝面臨深基坑大噸位吊裝作業(yè)布置吊車?yán)щy的難題。利用液壓推動(dòng)的方式移動(dòng)，平穩(wěn)可靠，無(wú)震動(dòng)和傾斜，保證了安裝質(zhì)量。推進(jìn)器受力作用點(diǎn)在凝汽器運(yùn)輸框架上，平移就位不會(huì)造成凝汽器變形。易于操作，節(jié)省人力及大型機(jī)械，工況改造時(shí)間及費(fèi)用少，節(jié)約施工成本。

3.2凝汽器水室模塊吊裝就位技術(shù)

水室模塊吊裝就位的常規(guī)方案：采用卷?yè)P(yáng)機(jī)與鏈條葫蘆配合進(jìn)行吊裝，需在零米層下方的鋼梁上掛鋼梁卡，采用多個(gè)20t鏈條葫蘆將水室倒運(yùn)至安裝位置下方，調(diào)整鏈條葫蘆鏈條的長(zhǎng)度，進(jìn)行水室在空中的水平轉(zhuǎn)豎直的轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向完成后才可以進(jìn)行下一步裝配。此方案的準(zhǔn)備、吊裝、倒運(yùn)工作繁瑣，操作復(fù)雜、難度大，需要大量的人員配合，工期較長(zhǎng)。且凝汽器水室在吊裝轉(zhuǎn)向過(guò)程中，由于水室收到摩擦、磕碰易造成襯膠層損壞，影響后續(xù)裝配。

為了解決以上難題，開發(fā)了一種凝汽器水室裝配系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括設(shè)置于零米的卷?yè)P(yáng)機(jī)、置于凝汽器水室裝配空間底部的鋼軌、兩個(gè)裝配專用工具。

凝汽器水室具體吊裝方案如下：

將凝汽器水室水平吊裝至凝汽器拖運(yùn)專用工具上，使用銷子進(jìn)行連接，然后使用卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行水平拖運(yùn)，當(dāng)拖運(yùn)至安裝位置下方后開始豎直起吊，水室頂部離開軌道后，將頂部連接的專用工具拆除，繼續(xù)起吊，這樣后面的專用工具就會(huì)隨著水室頂部不斷提高而向前移動(dòng)，移動(dòng)的過(guò)程中會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)向，并且對(duì)凝汽器水室襯膠層有效防護(hù)。

4 應(yīng)用情況

本項(xiàng)技術(shù)已成功應(yīng)用于全球首批AP1000第三代核電技術(shù)的山東海陽(yáng)核電廠常規(guī)島建安工程，該項(xiàng)目于2010年9月16日開工，于2019年1月9日完成168小時(shí)滿負(fù)荷試運(yùn)具備商運(yùn)條件。在該項(xiàng)目的凝汽器施工中，采用本技術(shù)成果后，模塊化凝汽器的安裝質(zhì)量和效率明顯提高，在運(yùn)行過(guò)程中無(wú)泄漏發(fā)生，負(fù)荷在80%額定負(fù)荷下測(cè)定凝汽器真空嚴(yán)密性優(yōu)良，機(jī)組正常運(yùn)行。

5 總結(jié)

本項(xiàng)技術(shù)解決了空間受限條件下大型模塊化凝汽器吊裝就位技術(shù)，配合凝汽器水室裝配專用工具，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備平穩(wěn)安裝就位，防止了吊裝過(guò)程中凝汽器水室襯膠層的損壞。該項(xiàng)目對(duì)凝汽器模塊化安裝具有重要指導(dǎo)作用，促進(jìn)了我國(guó)核電站安裝技術(shù)的進(jìn)步，完善了核電站常規(guī)島安裝關(guān)鍵技術(shù)體系。

參考文獻(xiàn)

（1）吉慧敏、周濤、劉健全.核電站凝汽器與火電廠凝汽器比較研究.《工程技術(shù)》.2018年第26期。

（2）付駿、黃勇、張從平.核電低壓外缸與凝汽器喉部焊接變形控制.《東方汽輪機(jī)》。

作者簡(jiǎn)介

張宏新，性別：男，出生年月：1970年9月出生，民族：漢族，籍貫：山東省滕州市人，學(xué)歷：本科，高級(jí)技師，主要研究大型火電項(xiàng)目、核電工程汽輪機(jī)安裝技術(shù)及熱機(jī)工程管理。

付寧，性別：男，出生年月：1990年2月出生，民族：漢族，籍貫：山東省煙臺(tái)市棲霞市，學(xué)歷：本科，工程師，主要研究汽輪發(fā)電機(jī)組安裝。