AP1000型核電站核島主管道安裝方案優(yōu)化

陳根衛(wèi)　姜煌　張家剛

摘 要：根據(jù)AP1000核島主管道的設(shè)計特點和安裝要求，參考在建工程的主管道安裝方案，進行理論分析和全尺寸模擬實踐，探討了AP1000主管道安裝方案的優(yōu)化措施，即保證主管道安裝質(zhì)量，又可以加快核島整體安裝進度。

關(guān)鍵詞：核電站；AP1000；核島；主管道；安裝

引言

AP1000核電技術(shù)為目前全球核電市場中最安全、最先進的商業(yè)核電技術(shù)。其最大的特點就是設(shè)計簡練，易于操作，而且充分利用了諸多“非能動的安全體系。同時也能顯著降低核電機組建設(shè)以及長期運營的成本，是國內(nèi)近年來大力發(fā)展的核電技術(shù)。核電站主管道作為核島一回路系統(tǒng)的核心部件，是保證核電站安全最重要的部件之一。

1.AP1000核島主管道設(shè)計特點

AP1000一回路系統(tǒng)設(shè)計為兩個環(huán)路（見圖1），主要設(shè)備包括：一臺反應(yīng)堆壓力容器（RV）、兩臺蒸汽發(fā)生器（SG）、四臺主泵以及兩個環(huán)路主管道。反應(yīng)堆壓力容器、兩臺蒸汽發(fā)生器分別布置在不同的房間內(nèi)，環(huán)路采用厚壁大口徑超低碳奧氏體不銹鋼316LN整體鍛件，通過熱彎和熱擠壓鍛造管段。冷段規(guī)格為φ688.85×65mm，熱段規(guī)格為φ952.5×82mm。

主泵直接掛在蒸汽發(fā)生器底部，省去了主泵與蒸汽發(fā)生器之間的過渡段，減少了主管道焊縫數(shù)量，取消了主泵的支撐，簡化了主回路結(jié)構(gòu)。

主管道焊口坡口設(shè)計為U型坡口，焊口對口間隙小，無法采用手工氬弧焊或手工電弧焊方法焊接。壓力容器和蒸汽發(fā)生器（含主泵）設(shè)備接管嘴坡口已加工，主管道供貨長度方向及壁厚有二次加工余量，現(xiàn)場須進行坡口加工。

以往壓水堆核電站主管道設(shè)計有過渡段，可以用來調(diào)整冷段和熱段的安裝偏差，通過橫向和豎向兩段調(diào)節(jié)管段來調(diào)整因焊接收縮變形產(chǎn)生的安裝偏差。而AP1000核電站主管道在設(shè)備之間連接是單根管道，沒有過渡段，焊接收縮變形只有在安裝焊接過程中采取措施自行平衡。

2.在建AP1000核島主管道安裝方案

目前，AP1000在建的三門核電#1機和海陽#1機主管道已完成安裝焊接工作，主管道安裝方案一致。兩臺機組的主要安裝思路（以單側(cè)回路為例）為使用激光跟蹤儀測量設(shè)備接管嘴與主管道，并建立模型，在模型中確定主管道RV側(cè)坡口加工位置，并使用精密的坡口加工機進行切割加工，先進行RV側(cè)組對焊接，過程中監(jiān)控主管道RV側(cè)的收縮和SG側(cè)的變形，在RV側(cè)完成50%壁厚時，重新測量主管道SG側(cè)數(shù)據(jù)，更新模型，確定主管道SG側(cè)坡口加工位置并進行坡口加工。然后從CV頂部吊裝引入蒸汽發(fā)生器，與主管道進行組對焊接至50%壁厚，最后分別完成RV側(cè)和SG側(cè)剩余焊縫焊接，完成主管道的安裝工作。該安裝方案分別借助了激光跟蹤測量儀器、窄間隙自動焊機和精密坡口加工設(shè)備等先進的工具來實現(xiàn)。

3.在建AP1000核島主管道安裝方案優(yōu)缺點

三門、海陽核電站主管道的安裝方案經(jīng)過了實踐的檢驗，說明該方案是有效、可靠的。由于主管道SG側(cè)的坡口是在RV側(cè)焊接至50%后進行加工，其優(yōu)點和缺點都比較明顯：

3.1 優(yōu)點

主管道RV側(cè)焊接至50%后，對主管道SG側(cè)管口進行激光測量，更新模型與SG進行組對，確定主管道SG側(cè)的加工位置，通過精密加工設(shè)備配合可以使主管道與SG接管嘴較容易實現(xiàn)組對。

3.2 缺點

（1）SG房間相對比較狹小，需要布置2臺管道切割機和2臺坡口加工機，加工空間不足，并且坡口加工過程中，激光跟蹤儀需不斷地對坡口加工情況進行測量，測量難度加大。

（2）SG的吊裝引入需等主管道SG側(cè)坡口加工完成后進行，并且兩個環(huán)路的SG吊裝時間間隔較長（根據(jù)主管道焊接進度和坡口加工進度確定），吊裝準備工作需重復進行。

（3）AP1000實行開頂法施工，SG的吊裝就位影響上方環(huán)吊和CV頂封頭的吊裝和安裝工作，延長了整個核島的關(guān)鍵路徑。

4.AP1000核島主管道安裝方案優(yōu)化

為解決上述施工方案中的不足之處，并且同時保證主管道整體安裝質(zhì)量符合技術(shù)規(guī)格書要求，對此方案進行部分工序調(diào)整進行優(yōu)化。

調(diào)整后的安裝方案如下（以單側(cè)回路為例）：使用激光跟蹤儀測量設(shè)備接管嘴與主管道，并建立模型，在模型中確定主管道RV和SG側(cè)坡口加工位置，并使用精密的坡口加工機進行切割加工，吊裝引入主管道后，隨即吊裝引入蒸汽發(fā)生器擱置在上部臨時支撐上，向外側(cè)作微移避開主管道。先進行RV側(cè)組對焊接，過程中監(jiān)控主管道RV側(cè)的收縮和SG側(cè)的變形，調(diào)整RV側(cè)焊接，使RV側(cè)完成50%壁厚時，SG側(cè)變形與理論數(shù)據(jù)保持一致，移回蒸汽發(fā)生器，蒸汽發(fā)生器（含主泵）接管嘴與主管道進行組對焊接至50%壁厚，最后分別完成RV側(cè)和SG側(cè)剩余焊縫焊接，完成主管道的安裝工作。

4.1 理論依據(jù)

（1）主管道為整體鍛件，直徑大，壁厚厚，可視為一個剛性物體。剛性物體上所有點的移動軌跡均相同，當RV側(cè)焊接收縮數(shù)據(jù)可測時，SG側(cè)的移動數(shù)據(jù)同時也可計算得出。

（2）窄間隙自動焊接工藝和參數(shù)相對固定，母材相同，組對數(shù)據(jù)保持一致時，焊縫收縮量也是一致的。

（3）焊接過程中焊縫軸向局部不均勻收縮可以通過改變焊接起弧和收縮位置、焊接參數(shù)調(diào)整等方法進行調(diào)整。

（4）激光跟蹤儀和精密坡口加工機的配合使用，加強過程測量，根據(jù)SG側(cè)組對要求設(shè)定預(yù)警變形量，使整個施工過程處于可控狀態(tài)。

4.2 實體模擬驗證

針對AP1000一回路系統(tǒng)制作1：1實體模擬件進行實體安裝模擬，實施結(jié)果驗證了該方案的可行性。

（1）制作RV、SG模擬件，并根據(jù)AP1000房間設(shè)置模擬CA01墻體。接管嘴材料使用316LN不銹鋼，并與主管道規(guī)格一致。

（2）固化組對數(shù)據(jù)和焊接參數(shù)，觀察焊縫收縮規(guī)律、測量焊縫收縮數(shù)據(jù)，并計算出主管道RV側(cè)最佳收縮預(yù)留值。

（3）制作主管道模擬件，采用三段式組合，兩端采用316LN不銹鋼，中間采用碳鋼替代，管道內(nèi)部填充鐵砂等材料，使整體重量與實際管道一致。管道尺寸按圖紙加RV側(cè)預(yù)留值制作。

（4）模擬件安裝過程RV側(cè)焊口焊接時，每一層焊接結(jié)束后均采用激光跟蹤儀對SG側(cè)管口進行監(jiān)測，并通過下一道焊縫的調(diào)整使RV側(cè)焊縫均勻收縮，而且主管道SG側(cè)的變形在預(yù)警范圍內(nèi)。

（5）當RV側(cè)焊口焊接至50%厚度時，移動SG模擬件與主管道組對，取得成功，一只熱段焊口、兩只冷段焊口的組對數(shù)據(jù)均符合要求。

4.3 應(yīng)注意的事項

（1）激光跟蹤測量和建模

激光跟蹤測量、建模是主管道安裝方案的核心工作，必須保證設(shè)備管嘴、主管道及安裝基準點的測量準確性。在模型中通過多次擬合，確定主管道最佳的切割位置，并嚴格按切割位置進行坡口加工。

（2）RV側(cè)組對參數(shù)

主管道RV側(cè)焊口的實際組對參數(shù)，應(yīng)以建模的參數(shù)為依據(jù)，不能隨意改變組對參數(shù)。

（3）RV側(cè)焊接過程監(jiān)測和調(diào)整

RV側(cè)焊口焊接時，焊接參數(shù)應(yīng)嚴格執(zhí)行焊接工藝規(guī)程要求，每層焊接結(jié)束后，對焊口收縮量和SG側(cè)變形量進行監(jiān)測，防止SG側(cè)變形量超過預(yù)警值。一旦SG側(cè)變形量超出預(yù)警范圍，應(yīng)停止施工，確定特殊糾偏措施。

5.結(jié)束語

優(yōu)化調(diào)整后的安裝方案與原方案相比，將主管道SG側(cè)的坡口加工提前在加工車間內(nèi)進行，空間寬敞，光線充足，有利于保證坡口加工的準確性。此方案的最大優(yōu)勢是主管道吊裝引入后，直接可以進行蒸汽發(fā)生器的吊裝引入，不影響核島安裝關(guān)鍵路徑上的后續(xù)工作如環(huán)吊安裝、CV頂蓋安裝等工作，從而縮短整個核島安裝周期，為后續(xù)項目主管道安裝提供借鑒。

作者簡介：陳根衛(wèi)（1966.1—），男，漢族，杭州人，浙江省火電建設(shè)公司，大學，學士，高級工程師，主要從事電廠熱能專業(yè)技術(shù)工作。