高溫氣冷堆核電站蒸汽發(fā)生器可拆管段拆裝系統(tǒng)研究

胡卉樺，劉 攀，丁 明，宮逸飛，楊明曉

（1.中核武漢核電運(yùn)行技術(shù)股份有限公司，湖北武漢 430223；2.華能山東石島灣核電有限公司，山東威海 264323）

0 引言

作為第四代核電技術(shù)的先進(jìn)代表堆型，石島灣高溫氣冷堆核電站具有固有安全性好、發(fā)電效率高、用途廣泛、小容量模塊化建造等特點(diǎn)[1-3]。蒸汽發(fā)生器是反應(yīng)堆中連接并隔離一回路和二回路的換熱設(shè)備，將反應(yīng)堆一回路的熱量傳遞到二回路，同時(shí)蒸汽發(fā)生器作為一道屏障，保證一回路壓力邊界的完整性，防止二回路的水或水蒸氣進(jìn)入一回路，執(zhí)行核安全功能[4]。與以往壓水堆的形式有所區(qū)別，高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器采用了立式直流螺旋管組件式結(jié)構(gòu)[5]，主要包括熱氣導(dǎo)管管嘴法蘭、主蒸汽和主給水管箱、主蒸汽和主給水可拆管段、換熱組件、承重板、定位板、內(nèi)部構(gòu)件承載筒、蒸汽發(fā)生器殼體、保溫層、主蒸汽與給水連接管束、氦氣循環(huán)組件等部件組成（圖1）。

圖1 蒸汽發(fā)生器示意

主蒸汽管箱和主蒸汽可拆管段實(shí)現(xiàn)蒸汽發(fā)生器與汽輪機(jī)之間的連接，而主給水管箱和主給水可拆管段是二回路循環(huán)水進(jìn)入蒸汽發(fā)生器的入口。為方便對(duì)蒸汽發(fā)生器進(jìn)行檢維修工作（如無(wú)損檢測(cè)、堵管等），需要將上下兩端的可拆管段進(jìn)行拆裝作業(yè)。針對(duì)高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及檢維修要求，本文提出一種可拆管段拆裝系統(tǒng)，可分別應(yīng)用于主蒸汽及主給水兩側(cè)。

1 可拆管段拆裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 主給水側(cè)可拆管段拆裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1.1 設(shè)計(jì)方案

主給水可拆管段為L(zhǎng)形結(jié)構(gòu)管路，重約4 t，其管段重心靠近主給水可拆管段垂直側(cè)管段。主給水可拆管段兩端法蘭通過(guò)螺栓分別連接管嘴和主給水可拆管段接管法蘭，上述兩處法蘭配合處存在定位止口，設(shè)備總體示意見圖2。

圖2 主給水可拆管段示意

根據(jù)主給水可拆管段的結(jié)構(gòu)和重量分布，擬采用兩點(diǎn)吊裝式拆裝技術(shù)方案：在垂直段管段外側(cè)和水平段管段中部各布置兩處龍門吊，分別使用兩個(gè)3 t 規(guī)格電動(dòng)葫蘆吊裝L 形可拆管段的垂直段和水平段，其中垂直段使用專用吊具固定，水平段使用吊帶固定（圖3）。

圖3 主給水可拆管段拆裝示意

1.1.2 設(shè)計(jì)工具

主給水可拆管段拆裝工具包括：龍門吊梁、專用吊具、葫蘆等。主給水可拆管段拆裝工具首次使用時(shí)，需要人力搬運(yùn)工具至蒸汽發(fā)生器艙室內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)搭建龍門吊梁并安裝電動(dòng)葫蘆等工具，檢修工作完成后除龍門吊梁外的設(shè)備均應(yīng)移出。

龍門吊梁是主給水可拆管段的吊裝支撐結(jié)構(gòu)，包括垂直段龍門吊梁、水平段龍門吊梁、支撐連接結(jié)構(gòu)和支架斜撐，其中垂直段龍門吊梁布置在主給水可拆管段垂直段外側(cè)，檢修時(shí)需專用吊具配合進(jìn)行可拆管段垂直段的吊裝；水平段龍門吊梁則布置在主給水可拆管段水平管段正上方，使用葫蘆、吊帶等吊具直接吊裝；支撐連接結(jié)構(gòu)用于垂直段、水平段龍門吊梁的連接和可拆管段拆卸后水平段管段的支撐；支架斜撐用于連接吊梁垂直段與水平段，共三組六件，有效增強(qiáng)總體結(jié)構(gòu)的連接可靠度。

為方便龍門吊梁現(xiàn)場(chǎng)搬運(yùn)組裝工作，龍門吊梁采用可拆卸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)備搬運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后使用M16 螺栓等緊固件連接，龍門吊梁拆分后單件部件最大重量不超過(guò)20 kg，兩人可以抬動(dòng)。

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備檢修完畢后，龍門吊梁頂部部分應(yīng)拆除，以保障現(xiàn)場(chǎng)檢修平臺(tái)的完整性，避免設(shè)備凸出平臺(tái)表面可能造成的不便影響。

專用吊具為主給水可拆管段垂直段定制吊具。吊具主體使用兩側(cè)立柱分別支撐可拆管段法蘭下方，通過(guò)焊接的框架結(jié)構(gòu)保證負(fù)載能力。固定環(huán)用于吊具主體在可拆管段上的固定，防止吊具負(fù)載時(shí)產(chǎn)生位移。吊環(huán)螺釘為電動(dòng)葫蘆的吊裝點(diǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)，使用固定環(huán)裝配專用吊具至主給水可拆管段垂直段，調(diào)整專用吊具的位置，使吊具兩立柱頂緊主給水可拆管垂直段法蘭下端面，同時(shí)吊具兩吊環(huán)螺釘與垂直段龍門吊梁的吊鉤同軸，然后鎖緊固定環(huán)螺栓，完成吊具的裝配。

液壓擴(kuò)張器用于主給水可拆管段法蘭1 和管嘴法蘭2 的分離，擴(kuò)張器尖端厚度僅6 mm，可以滿足兩法蘭8 mm 間隙分離工作的工況需求，擴(kuò)張器最大分離力為125 kN。為保證分離力均勻，擴(kuò)張器現(xiàn)場(chǎng)布置采用一拖二的思路：一個(gè)手動(dòng)泵控制兩臺(tái)分離器同時(shí)作業(yè)。設(shè)備選用Enerpac 品牌產(chǎn)品，包括兩臺(tái)FSH-14分離器和一臺(tái)P-392 手動(dòng)泵及相關(guān)管線。

1.1.3 設(shè)計(jì)流程

管段拆卸時(shí)先將可拆管段兩端固定好，將主給水接管法蘭兩處螺栓拆卸后后撤接管法蘭。拆卸主給水法蘭1 部分螺栓以便安裝專用吊具，固定好后使葫蘆受力拆卸剩余螺栓，最后依靠主給水可拆管段重力作用下降進(jìn)行拆卸作業(yè)。

管段復(fù)位裝配時(shí)其操作順序與拆卸時(shí)相反，首先提升主給水法蘭2 至其與主給水前端管段相同高度，然后使用液壓對(duì)中裝置進(jìn)行主給水法蘭2 與接管法蘭的復(fù)位裝配，最后進(jìn)行主給水法蘭1 與管嘴止口的配合裝配。

1.2 主蒸汽側(cè)可拆管段拆裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.2.1 設(shè)計(jì)方案

主蒸汽可拆管段為L(zhǎng) 形結(jié)構(gòu)管路，重約4 t，管段重心位于墻洞中靠近蒸汽發(fā)生器側(cè)。L 形管段水平端法蘭安裝在蒸汽發(fā)生器側(cè)面與主蒸汽管箱連接，垂直端法蘭與主蒸汽接管管嘴法蘭連接。主蒸汽可拆管段兩處法蘭配合處存在定位止口，設(shè)備總體示意見圖4。

圖4 主蒸汽可拆管段現(xiàn)場(chǎng)示意

根據(jù)主給水可拆管段的結(jié)構(gòu)和重量分布，擬采用兩點(diǎn)式初步吊裝+軌道運(yùn)輸車運(yùn)輸?shù)募夹g(shù)方案：在墻壁內(nèi)側(cè)和外側(cè)各布置一處龍門吊，分別使用兩個(gè)3 t 規(guī)格電動(dòng)葫蘆吊裝L 形可拆管段水平段進(jìn)行可拆管段的拆裝作業(yè)（圖5）。

圖5 主蒸汽可拆管段拆裝方案

1.2.2 設(shè)計(jì)工具

主蒸汽可拆管段拆裝工具包括墻洞內(nèi)側(cè)龍門吊梁、墻洞外側(cè)龍門吊梁、葫蘆、支撐車和軌道車等。工具首次使用時(shí)，需要人力搬運(yùn)工具至蒸汽發(fā)生器艙室內(nèi)外，人工焊接龍門吊梁固定座至墻壁上，現(xiàn)場(chǎng)搭建龍門吊梁并安裝電動(dòng)葫蘆等工具，同時(shí)在蒸汽發(fā)生器艙室外側(cè)安裝軌道車導(dǎo)軌并現(xiàn)場(chǎng)組裝軌道車，待檢修工作完成后除龍門吊梁、軌道車外的設(shè)備均應(yīng)移出。

墻洞外側(cè)龍門吊梁安裝在蒸汽發(fā)生器房間外部，通過(guò)墻壁焊接錨點(diǎn)后使用螺栓緊固在墻壁上。外側(cè)龍門吊梁用于主蒸汽可拆管段墻洞外側(cè)管段拆裝時(shí)的輔助吊裝，完成防傾翻小車的裝配拆卸、主蒸汽可拆管段法蘭與主蒸汽管道法蘭的對(duì)中調(diào)整作業(yè)。

支撐車包括萬(wàn)向球、底架、可調(diào)鞍架和抱箍4 個(gè)部分（圖6）：萬(wàn)向球共4 件，安裝在底架上負(fù)載時(shí)與連接梁弧形面接觸，可在軌道車的拖動(dòng)下隨動(dòng)；可調(diào)鞍架套裝在底架上，通過(guò)4 組調(diào)整螺桿調(diào)節(jié)鞍架高度，確?？梢灾沃髡羝刹鸸芏?；抱箍用于將支撐車車體可調(diào)鞍架與可拆管段鎖緊，防止負(fù)載運(yùn)輸時(shí)車體的松脫。

圖6 支撐車

軌道車為拖線式電機(jī)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，用于支撐主蒸汽可拆管段墻壁外側(cè)水平段管段，車體上設(shè)置斜面結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)座，滿足管段的支撐調(diào)節(jié)要求。此外，為避免管段拆卸過(guò)程中主蒸汽可拆管段墻壁外側(cè)垂直段傾翻，車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)垂直段管段工裝，防止垂直段管段翻轉(zhuǎn)（圖7）。

圖7 軌道車

軌道車為模塊化設(shè)計(jì)，滿足現(xiàn)場(chǎng)搬運(yùn)裝配的要求。軌道車組成包括焊接成型的車體及車體上安裝固定的驅(qū)動(dòng)組件、車輪組件、調(diào)整座和防傾翻支架，此外，車體上前后端分別安裝限位開關(guān)，其與軌道上機(jī)械限位配合，滿足軌道車現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)距離限位的控制的要求。

1.2.3 設(shè)計(jì)流程

管段拆卸時(shí)在水平端法蘭和管箱法蘭間裝入液壓擴(kuò)張器將水平端法蘭從管箱止口脫出，然后在垂直端法蘭與接管管嘴法蘭間裝入液壓擴(kuò)張器分離兩法蘭，同步下降可拆管段待支持車與墻洞接觸，調(diào)整軌道車的支撐座使其可靠支撐管段，即可進(jìn)行管段的移動(dòng)作業(yè)。

管段復(fù)位裝配操作順序與拆卸相反，作業(yè)次序依次為使用軌道車向蒸汽發(fā)生器房間側(cè)運(yùn)輸管段，使用龍門吊具提升管段，調(diào)整接管管嘴法蘭使其與垂直端法蘭對(duì)正，最后提升內(nèi)側(cè)管段進(jìn)行水平端法蘭對(duì)正裝配。

按高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際尺寸，分別制造蒸汽側(cè)與給水側(cè)可拆管段及管箱模擬體，分別進(jìn)行兩側(cè)可拆管段拆裝系統(tǒng)調(diào)試試驗(yàn)，驗(yàn)證其是否滿足管段拆裝的需求（圖8）。

圖8 模擬體及可拆管段拆裝系統(tǒng)

通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，拆裝系統(tǒng)承載能力滿足要求，可穩(wěn)定支撐可

2 試驗(yàn)驗(yàn)證

拆管段重量。拆卸及回裝過(guò)程控制平穩(wěn)，無(wú)晃動(dòng)、傾翻等風(fēng)險(xiǎn)，試驗(yàn)驗(yàn)收合格。

3 結(jié)論

高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器可拆管段拆裝系統(tǒng)用于檢維修時(shí)對(duì)相關(guān)可拆管段的拆卸及回裝工作，為蒸汽發(fā)生器檢查創(chuàng)造檢維修空間，保障檢維修工作的有效開展。充分分析蒸汽側(cè)與給水側(cè)兩側(cè)工作環(huán)境，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，拆裝系統(tǒng)可以滿足生產(chǎn)需求。