AP1000型核電站核島主管道安裝方案優化

陳根衛　姜煌　張家剛

摘 要：根據AP1000核島主管道的設計特點和安裝要求，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化措施，即保證主管道安裝質量，又可以加快核島整體安裝進度。

關鍵詞：核電站；AP1000；核島；主管道；安裝

引言

AP1000核電技術為目前全球核電市場中最安全、最先進的商業核電技術。其最大的特點就是設計簡練，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以及長期運營的成本，是國內近年來大力發展的核電技術。核電站主管道作為核島一回路系統的核心部件，是保證核電站安全最重要的部件之一。

1.AP1000核島主管道設計特點

AP1000一回路系統設計為兩個環路（見圖1），主要設備包括：一臺反應堆壓力容器（RV）、兩臺蒸汽發生器（SG）、四臺主泵以及兩個環路主管道。反應堆壓力容器、兩臺蒸汽發生器分別布置在不同的房間內，環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。冷段規格為φ688.85×65mm，熱段規格為φ952.5×82mm。

主泵直接掛在蒸汽發生器底部，省去了主泵與蒸汽發生器之間的過渡段，減少了主管道焊縫數量，取消了主泵的支撐，簡化了主回路結構。

主管道焊口坡口設計為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。壓力容器和蒸汽發生器（含主泵）設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，現場須進行坡口加工。

以往壓水堆核電站主管道設計有過渡段，可以用來調整冷段和熱段的安裝偏差，通過橫向和豎向兩段調節管段來調整因焊接收縮變形產生的安裝偏差。而AP1000核電站主管道在設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（以單側回路為例）為使用激光跟蹤儀測量設備接管嘴與主管道，并建立模型，在模型中確定主管道RV側坡口加工位置，并使用精密的坡口加工機進行切割加工，先進行RV側組對焊接，過程中監控主管道RV側的收縮和SG側的變形，在RV側完成50%壁厚時，重新測量主管道SG側數據，更新模型，確定主管道SG側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生器，與主管道進行組對焊接至50%壁厚，最后分別完成RV側和SG側剩余焊縫焊接，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備等先進的工具來實現。

3.在建AP1000核島主管道安裝方案優缺點

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

3.1 優點

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

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側坡口加工完成后進行，并且兩個環路的SG吊裝時間間隔較長（根據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吊和CV頂封頭的吊裝和安裝工作，延長了整個核島的關鍵路徑。

4.AP1000核島主管道安裝方案優化

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量符合技術規格書要求，對此方案進行部分工序調整進行優化。

調整后的安裝方案如下（以單側回路為例）：使用激光跟蹤儀測量設備接管嘴與主管道，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生器擱置在上部臨時支撐上，向外側作微移避開主管道。先進行RV側組對焊接，過程中監控主管道RV側的收縮和SG側的變形，調整RV側焊接，使RV側完成50%壁厚時，SG側變形與理論數據保持一致，移回蒸汽發生器，蒸汽發生器（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側和SG側剩余焊縫焊接，完成主管道的安裝工作。

4.1 理論依據

（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側焊接收縮數據可測時，SG側的移動數據同時也可計算得出。

（2）窄間隙自動焊接工藝和參數相對固定，母材相同，組對數據保持一致時，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、焊接參數調整等方法進行調整。

（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SG側組對要求設定預警變形量，使整個施工過程處于可控狀態。

4.2 實體模擬驗證

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

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

（2）固化組對數據和焊接參數，觀察焊縫收縮規律、測量焊縫收縮數據，并計算出主管道RV側最佳收縮預留值。

（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側預留值制作。

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

（5）當RV側焊口焊接至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據均符合要求。

4.3 應注意的事項

（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側組對參數

主管道RV側焊口的實際組對參數，應以建模的參數為依據，不能隨意改變組對參數。

（3）RV側焊接過程監測和調整

RV側焊口焊接時，焊接參數應嚴格執行焊接工藝規程要求，每層焊接結束后，對焊口收縮量和SG側變形量進行監測，防止SG側變形量超過預警值。一旦SG側變形量超出預警范圍，應停止施工，確定特殊糾偏措施。

5.結束語

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

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