CEPR蒸汽發(fā)生器間大型鋼結(jié)構(gòu)平臺施工技術(shù)研究

樊明曄

（中國核工業(yè)華興建設(shè)有限公司，江蘇 南京 211100）

0 引言

由于人們對核電站安全的要求越來越高，我國在2007年引進(jìn)了最新的EPR 核電技術(shù)。臺山核電站是我國首座、世界第三座采用CEPR 三代核電技術(shù)建造的核電站，單個機(jī)組容量為175 萬kW，是目前世界上單機(jī)容量最大的核電機(jī)組。

為了提高安全性能，EPR 核電站蒸汽發(fā)生器頂部增加了恒壓天花板（平臺以下簡稱SG 頂蓋）。SG 頂蓋的作用是保證正常運(yùn)行期間蒸汽發(fā)生器間的密封性和事故工況條件下以固定的方式更好地改善壓力容器內(nèi)混合的空氣情況。

該文以CEPR 核電站恒壓天花板頂蓋平臺為例，從恒壓天花板頂蓋平臺吊裝及安裝等方面分析其施工技術(shù)，以期為后續(xù)三代核電站大型鋼結(jié)構(gòu)平臺施工提供參考。

1 施工概況

SG 頂蓋平臺（HRA4006/4008）位于標(biāo)高+31.40m 處，由通過穿墻錨件固定至蒸汽發(fā)生器室墻體的牛腿支撐，如圖1 所示。

圖1 SG 頂蓋三維效果圖

為了滿足SG 頂蓋的鋼梁尺寸和構(gòu)件之間的間隙要求，在其安裝前需要將SG 頂蓋分成6 個模塊進(jìn)行施工。SG 頂蓋單個平臺主要包括7 個模塊（表1 和圖2）及牛腿等構(gòu)件組成，單個模塊最大質(zhì)量為10.166t，單個平臺總質(zhì)量52.05t。

表1 SG 頂蓋各模塊參數(shù)

圖2 HRA4006/4008 模塊分布圖

但是SG 頂蓋位于蒸汽發(fā)生器間標(biāo)高+31.40m 處，僅通過穿墻錨件固定至蒸汽發(fā)生器室墻體的操作臺支撐。該支撐方式導(dǎo)致SG 頂蓋在施工過程中無相應(yīng)的支撐點對懸空模塊進(jìn)行支撐，施工難度和施工安全風(fēng)險大大增加。

2 施工技術(shù)難點分析

2.1 施工環(huán)境復(fù)雜

SG 頂蓋平臺位于蒸汽發(fā)生器及主管道之間，平臺上表面距離上方主管道底部1.580m，而蒸汽發(fā)生器及主管道上設(shè)備儀表在SG 頂蓋平臺施工前已經(jīng)施工并調(diào)試完成，在吊裝就位過程中不能損傷其設(shè)備儀表。

同時根據(jù)設(shè)計文件平臺模塊Sector 2/3 安裝位置位于主管道正下方，如圖3 所示，如何將模塊順利吊裝至其就位位置也是一個難點。

圖3 模塊Sector 2/3 就位現(xiàn)場環(huán)境示意圖

2.2 臨時支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)置

SG 頂蓋平臺由僅通過穿墻錨件固定至蒸汽發(fā)生器室墻體的牛腿支撐，本身并無其余支撐。拼裝完成后，模塊之間通過螺栓進(jìn)行連接、加固。在施工過程中，模塊處于一邊固定，一邊懸挑的狀態(tài)，會導(dǎo)致構(gòu)件連接處產(chǎn)生變形，螺栓無法安裝的情況。須根據(jù)土建結(jié)構(gòu)及SG 頂蓋平臺自身結(jié)構(gòu)形式設(shè)計合適的支撐結(jié)構(gòu)，將吊裝構(gòu)件與支撐結(jié)構(gòu)相連。

2.3 吊裝方式的確定

由于SG 頂蓋模塊每個模塊的結(jié)構(gòu)形式不一樣，因此為保證部件鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并能在吊裝和固定期間控制重心SG 頂蓋各模塊的外形尺寸均不同，須根據(jù)各模塊的形式設(shè)計不同的吊裝方式，以輔助吊裝。

2.4 精度要求高

為了實現(xiàn)對蒸汽發(fā)生器間的密封作用，對其梁和梁的接縫提出了較高的安裝要求。根據(jù)設(shè)計文件要求，在斷裂和對流箔的密封面處，標(biāo)準(zhǔn)尺寸范圍高達(dá)400mm 的平面度允許公差為2mm，且斷裂和對流箔在鋼梁上所對應(yīng)使用的螺栓孔必須保證中心對應(yīng)。將這些技術(shù)要求轉(zhuǎn)化為現(xiàn)場安裝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，則SG 頂蓋的標(biāo)高定位允許偏差要求不大于2mm、鋼梁與鋼梁之間的定位間距為0～±2mm。

3 施工技術(shù)解決方案

CEPR 核電SG 頂蓋平臺的獨特結(jié)構(gòu)設(shè)計，導(dǎo)致施工難度大，質(zhì)量要求高的難點。針對以上難點，結(jié)合以往的構(gòu)件吊裝以及CEPR 核電站SG 頂蓋平臺獨特的工藝特點，對比外方施工方案，提出優(yōu)化的施工技術(shù)解決方案。

3.1 蒸發(fā)器及主管道設(shè)置保護(hù)

SG 頂蓋平臺位于蒸發(fā)器及主管道之間，平臺上表面距離上方主管道底部1.580m。施工時構(gòu)件吊裝及安裝易對蒸發(fā)器及主管道產(chǎn)生碰撞。為避免產(chǎn)生碰撞，須對蒸發(fā)器及主管道進(jìn)行軟硬結(jié)合防護(hù)。

在搭設(shè)腳手架操作平臺時，將腳手架平臺標(biāo)高設(shè)置在蒸發(fā)器頂部以上，對蒸發(fā)器裸露部分鋪設(shè)木板，并使用膠合板封閉木板縫隙；對主管道使用防火布及毛毯進(jìn)行包裹。

3.2 吊裝方式的選擇

在常規(guī)的鋼結(jié)構(gòu)吊裝工程中，都需要應(yīng)用各種形式焊接吊耳，由于SG 頂蓋平臺制作及安裝精度極高，如在平臺表面焊接及切割吊耳將使平臺受熱變形，極難控制。

外方方案：為保證部件鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并能在吊裝和固定期間控制重心SG 頂蓋各模塊的外形尺寸均不同，提供措施如圖4 所示，根據(jù)各模塊的形式設(shè)計不同的吊裝工裝，以輔助吊裝。但是該方式設(shè)計復(fù)雜，且須消耗大量材料，施工時操作極其不便。

圖4 外方設(shè)計吊裝工裝

改進(jìn)方案：使用吊帶捆綁模塊的方式進(jìn)行吊裝。

利用Tekla 圖形平臺，建立模塊三維圖，根據(jù)三維模型計算確認(rèn)模塊的重心，以重心為圓心確定吊點位置，吊點位置盡量選擇在模塊主鋼梁上。施工時在吊點位置使用吊帶進(jìn)行捆綁，如圖5 所示。

圖5 模型吊點位置示意圖

由于模塊2、3 模塊形狀不規(guī)則，同時位于主管道正下方，在吊裝模擬時發(fā)現(xiàn)若直接使用上述方案吊裝，當(dāng)模塊進(jìn)入主管道下方時，吊點與主管道沖突，模塊則無法順利進(jìn)入，見圖6。

圖6 模塊2 吊裝點與主管道沖突示意圖（數(shù)據(jù)單位：m）

因此須設(shè)計工裝結(jié)構(gòu)既能夠提供吊索掛置點，又能保證吊索與模塊就位處上方的管道保持一定的安全距離。

因此設(shè)計出可調(diào)型配重工裝，利用螺栓將輔助配重工裝與模塊Sector2、3 相連接，使吊點偏移至主管道外側(cè)，保證模塊Sector2、3 順利就位。根據(jù)模塊自身特點及安裝環(huán)境，考慮在模塊一側(cè)增加配重-支撐結(jié)構(gòu)工裝。同時，考慮到現(xiàn)場共有兩塊對稱分布的模塊需要進(jìn)行吊裝，將工裝設(shè)計成對稱結(jié)構(gòu)，使其同時能夠滿足兩個模塊的吊裝，進(jìn)而提高工裝的利用率，如圖7 所示。

圖7 工裝結(jié)構(gòu)連接示意圖

由于工裝結(jié)構(gòu)尺寸受到周邊環(huán)境影響，工裝自身無法完全調(diào)整模塊重心分布，吊點位置無法滿足現(xiàn)場施工要求。因此，考慮在原設(shè)計工裝上鋪設(shè)一定厚度的鋼板，鋼板作為荷載增加在工裝結(jié)構(gòu)上（鋼板工裝結(jié)構(gòu)強(qiáng)度無貢獻(xiàn)），將模塊吊點位置調(diào)整至合適位置。如圖8 所示。

圖8 工裝結(jié)構(gòu)連接后吊點調(diào)整示意圖

3.3 臨時支撐設(shè)置

外方方案：根據(jù)土建結(jié)構(gòu)及SG 頂蓋平臺自身結(jié)構(gòu)形式設(shè)計合適的支撐結(jié)構(gòu)，以將吊裝構(gòu)件與支撐結(jié)構(gòu)相連，如圖9 所示。該方式須長時間利用環(huán)吊，不易施工。

圖9 外方方案臨時支撐結(jié)構(gòu)

改進(jìn)方案：利用二次鋼結(jié)構(gòu)（HRA4003&4004）平臺的鋼梁作為臨時支撐，進(jìn)行臨時支撐的設(shè)置。

二次鋼結(jié)構(gòu)（HRA4003&4004）安裝于蒸汽發(fā)生器間頂部，其主鋼梁橫跨蒸發(fā)器間，利用平臺主鋼梁（18m 輔助鋼梁、12m 輔助鋼梁）作為SG 平臺的臨時支撐，如圖10 所示。

圖10 臨時支撐結(jié)構(gòu)示意圖

由于現(xiàn)場工況的局限性，區(qū)別與CPR 核電的龍門架結(jié)構(gòu)，EPR 核電站的為DMK02 吊車轉(zhuǎn)運(yùn)間。轉(zhuǎn)運(yùn)間開間尺寸：13.975m×15.340m，DMK02 的最高提升高度為+28.3m，如圖11 所示。吊裝前模擬放樣，但得出鋼梁無法垂直或水平運(yùn)輸進(jìn)轉(zhuǎn)運(yùn)間，根據(jù)現(xiàn)場轉(zhuǎn)運(yùn)井的環(huán)境，鋼梁斜拉的情況下可進(jìn)入。

圖11 DMK02 吊車轉(zhuǎn)運(yùn)間示意圖

采取的技術(shù)措施：在鋼梁中間設(shè)置一個主吊耳，前端輔助吊耳位置設(shè)置1 個鏈條12m 長的手拉葫蘆，利用手拉葫蘆調(diào)節(jié)鋼梁的傾斜度，等鋼梁到達(dá)20m 標(biāo)高后，再利用手拉葫蘆將鋼梁逐步調(diào)平，與此同時，DMK02 吊車配合向核島方向前進(jìn)，一邊前進(jìn)以便提升，一邊利用手拉葫蘆將鋼梁平放在轉(zhuǎn)運(yùn)小車上，完成鋼梁轉(zhuǎn)運(yùn)，吊裝示意圖如圖12 所示。

圖12 鋼梁吊裝示意圖

3.4 平臺整體安裝精度控制

為達(dá)到對蒸汽發(fā)生器間的密封作用，對其梁和梁的接縫提出了較高的安裝要求。SG 頂蓋的標(biāo)高定位允許偏差要求不大于2mm、鋼梁與鋼梁之間的定位間隙為0～+2mm，施工時采取以下方案。

根據(jù)提供的零件圖進(jìn)行零件劃線切割下料，坡口加工。通過焊接試驗和模擬件制作數(shù)據(jù)，下料時可設(shè)置適當(dāng)?shù)暮附邮湛s余量。考慮到火焰切割對材料變形影響較大，重要零件下料和坡口采用冷加工。為防止變形，主結(jié)構(gòu)H 型鋼（428mm×407mm×20mm×35mm）面板切割（尺寸407mm 到307mm）采用機(jī)加工。采用鉆床加工連接板螺栓孔，每對連接板必須配對劃線，報驗合格并記錄后才可以鉆孔。所有機(jī)加工件的劃線及加工誤差必須滿足設(shè)計圖紙要求。

以單個構(gòu)件為單元，在胎架上定位裝配零件，完成小構(gòu)件制作。構(gòu)件之間的連接板用定位銷及螺栓連接后配對定位，先與一側(cè)的構(gòu)件定位焊接完成，另一側(cè)需在組裝時方可焊接。主構(gòu)件連接方向預(yù)留適當(dāng)余量，用于連接板端面加工。

所有焊接需嚴(yán)格按照焊接工藝，采取低電壓低電流組合，分層分段焊接、對稱施焊、焊后消除應(yīng)力等方法控制焊接變形。所有構(gòu)件制作完成經(jīng)過檢驗合格后方可進(jìn)入下一工序。

所有構(gòu)件制作完成后在胎架上進(jìn)行組裝，組裝胎架精度必須滿足要求。構(gòu)件組裝時注意調(diào)正各構(gòu)件之間的平整度，并在檢驗合格后焊接構(gòu)件之間連接板，并檢測焊縫。

構(gòu)件制作完成后進(jìn)行相應(yīng)熱處理消除應(yīng)力。

根據(jù)連接板變形情況，以構(gòu)件底面為基準(zhǔn)劃出相關(guān)參考線并加工掃平連接板端面（制作時有一定預(yù)留量）。加工完成后上胎架定位進(jìn)行第二次組裝。為保證加工數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，拆裝順利完成，關(guān)鍵構(gòu)件通過電腦三維軟件進(jìn)行模擬試裝。

牛腿安裝是平臺整體安裝精度控制的基礎(chǔ)?，F(xiàn)場首先在預(yù)埋件上根據(jù)軸線放出牛腿的安裝位置，對安裝位置設(shè)置4個測量點，測量預(yù)埋件的凹凸情況。根據(jù)凹凸數(shù)據(jù)在CDA藍(lán)圖上放樣，計算出牛腿的切割數(shù)據(jù)。根據(jù)切割數(shù)據(jù)激光下料不銹鋼鋼板（0mm 誤差），并電焊在安裝位置。再次測量螺栓孔的位置，精度要求0mm。

確認(rèn)切割數(shù)據(jù)無誤差后，根據(jù)切割數(shù)據(jù)使用半自動切割機(jī)對牛腿尾部進(jìn)行切割（制作時以要求牛腿尾部增加5mm余量），誤差控制在0mm～0.5mm。牛腿點焊完成后，對牛腿的位置再次進(jìn)行測量比對，控制誤差在0mm～1mm。

在牛腿焊接時采用多層多道焊接，控制焊接層間溫度＜150℃，以控制焊接熱輸入，防止焊接溫度過高而導(dǎo)致熱變形。

在模塊吊裝時，須控制模塊平整度，來保證模塊與模塊連接時處于水平狀態(tài)。

模塊4、5、1、6、7 吊點較為規(guī)則，吊點位置均在主鋼梁上，為保證模塊吊裝時能夠水平就位，每個模塊設(shè)置4 個吊點，其中2 個吊點采用手拉葫蘆進(jìn)行調(diào)節(jié)。起吊前利用手拉葫蘆將模塊調(diào)平，為防止吊裝過程中手拉葫蘆發(fā)生崩裂，同時加設(shè)吊帶作為安全措施。

在吊裝前，預(yù)先將臨時螺栓傳入模塊連接節(jié)點上，待模塊吊裝就位時利用臨時進(jìn)行固定，每個節(jié)點螺栓傳入量≤1/3，待螺栓完全連接完成且模塊端部已與上方輔助鋼梁上吊帶連接后松開吊鉤。

模塊出廠前須對平臺的整體尺寸進(jìn)行驗收，須對每個節(jié)點錯位高差及間隙檢查，符合要求后才可以出廠。因此在平臺拼裝時只需要調(diào)整模塊與模塊拼接節(jié)點的標(biāo)高及間隙。

在模塊拼裝時，模塊與模塊連接節(jié)點的螺栓應(yīng)處于非擰緊狀態(tài)，以便于調(diào)整標(biāo)高。在模塊調(diào)整時，使用千斤頂工裝及手拉葫蘆對拼接節(jié)點進(jìn)行調(diào)整。

在每塊模塊拼裝完后，使用全站儀在平臺表面測量標(biāo)高，并使用塞尺對連接節(jié)點的縫隙進(jìn)行測量，并根據(jù)測量情況進(jìn)行調(diào)整。

4 結(jié)語

CEPR 核電站蒸汽發(fā)生器間恒壓天花板頂蓋平臺施工時嚴(yán)控各施工點的進(jìn)度，做到每個模塊安裝后的測量檢查、確定，并通過改進(jìn)吊裝、安裝方案切實解決了EPR 蒸汽發(fā)生期間恒壓天花板頂蓋平臺的施工問題。

目前，EPR 三代核電站的相關(guān)設(shè)計理念和要求，已在我國自主知識產(chǎn)權(quán)的華龍一號核電站上應(yīng)用。通過研究大型鋼結(jié)構(gòu)平臺吊裝、安裝工藝，提出新的改進(jìn)方案，為未來核電大型鋼結(jié)構(gòu)平臺施工提供參考。