淺談壓水堆核電站主回路安裝設計

摘要：本文簡要介紹了壓水堆核電站的原理及其組成，并對其關鍵部分冷卻系統的回路安裝步驟進行了介紹分析，提出了主回路安裝設計的優化步驟及該優化設計的主要優點。

關鍵詞：壓水堆核電站；回路安裝；優化

前言

核電站主要由核島和常規島兩部分組成。核島是由原子核裂能量制造出的蒸汽核島，其中包括反應堆裝置和一回路系統；常規島主要利用蒸汽發電能量制造。核電站堆型眾多，其中以壓水堆核電站為主要堆型。壓水堆核電站特點是以普通水為冷卻劑和慢化劑，輕水在壓水堆內不沸騰。壓水堆核電站也主要是由核島和常規島構成。核島系統設備主要有壓水堆主體、回路系統以及其他安全性的輔助系統。常規島系統設備與一般發電廠系統類似。總之核電廠由核蒸汽供應系統、常規汽輪發動機組和配套設施三部分組成，裂變能中國冷卻和轉換變成熱能，最后通過渦輪發電機組轉換成動能，最終轉換成電能。通過以上論述我們可以看出壓水堆核電站中相對很重要的一部分就是裂變能轉換到一般可利用的熱能過程中，需要冷卻處理，而冷卻劑系統就是其中的核心部分。冷卻系統的主回路主要由壓力容器、蒸汽發生器、主泵、主管道熱冷段以及過段段等設備封閉連接而成。主回路的安裝在整個壓水堆建設中占據重要一環但又具有難度系數大、施工環境復雜等難度特點，因此冷卻系統的整個安裝必須精心設計和完善，努力提高安裝水平，確保建設質量。

一、 主回路安裝步驟

第一步，主管道的熱段、冷段以及過渡段運輸到主管道房內，熱段彎頭端口與蒸汽發生器相連，三段組建成過渡段。在主要設備就位后，主設備到主管道之間需要進行焊縫作業，首先是反應堆壓力容器與主管道熱段直管相焊縫，然后是蒸汽發生器與主管道熱段彎頭相焊縫，該作業環節，首先需要實現蒸汽發生器同主管道熱段之間的密縫焊接，然后對反應堆壓力容器與主管道熱段之間的焊縫組對焊接作業，但這樣的焊縫工作，效率相對較低，作業量相對較大，作業工期較長。第三步是主泵與主管道冷段直管相焊縫，第四步是反應堆壓力容器與主管道冷段彎頭相焊縫，第五步是蒸汽發生器與主管道過渡段彎頭相焊縫，第六步是主管道過渡彎頭與主管道垂直調整段相焊縫，第七步是主管道水平調整段與主管道垂直調整段相焊縫，最后是主泵與主管道水平調整段相焊縫。以上回路安裝步驟是傳統安裝步驟，整個步驟實踐下來存在諸多細節問題亟待解決。首要問題是，蒸汽發生器支腿留下很小的再作業空間，對接下來的焊縫作業造成作業麻煩，尤其是過渡段彎頭的焊接是需要一定作業空間的的焊縫作業，過小的焊接作業空間是十分不利的，客觀上造成了困難的安裝焊縫作業環境。另外一個不可忽視的問題是，蒸汽發生器和主管道熱段之間的焊縫作業有諸多環節要顧慮，要同時處理好反應堆壓力容器與主管道熱段之間的焊縫組對彎頭角度、造公差等難度問題。為了完善這些問題，我們提出了更優化的安裝設計。

二、主回路安裝優化設計

反應堆冷卻劑系統主回路安裝優化主要依靠鍛造彎頭的優化來實現的。其中優化的原理是，轉換焊接順序，將復雜的焊接提前完成。如蒸汽發生器與主管道熱段需要進行現場焊接作業對接、主管道過渡段焊縫焊接作業同樣也需要現場焊接，但是優化安裝步驟是由現場焊接轉為制造廠內焊接，同時減去安全端焊縫。另外，在對主管道進行焊縫安裝作業時，將其中可以在現場焊接的主管道熱段替換為直管焊縫，主管道過渡段在減去原主管道過渡段彎頭后由剩余的兩段管道組成，主管道冷段的焊縫作業不變。因此經過優化后的冷卻劑系統主回路環路步驟會產生如下變化：第一步，主管道熱段、冷段以及過渡段分別運入主管道房間等待焊縫作業的開始。第二步，反應堆壓力容器、蒸汽發生器和主泵等待焊縫作業就位。第三步，分別組對焊接蒸汽發生器下部的主管道熱段彎頭與主管道熱段之間的焊縫、反應堆壓力容器與主管道熱段之間的焊縫。此步驟中的兩個焊縫可同時組對焊接。第四步，分別組對焊接反應堆壓力容器與主管道冷段彎頭之間的焊縫、主泵與主管道冷段直管之間的焊縫，焊接順序同現有的安裝技術。第五步，分別組對焊接蒸汽發生器下部的主管道過渡段彎頭與主管道過渡段垂直調整段之間的焊縫、主管道過渡段水平調整段與主管道過渡段垂直調整段之間的焊縫、過渡段水平調整段與主泵之間的焊縫，焊接順序同現有的安裝技術，完成壓水堆核電站反應堆冷卻劑系統主回路一個環路的安裝。因此可以看出優化的安裝步驟具有更多優勢。

三、回路安裝設計優點

第一步，解決了由于蒸汽發生器支腿之間的空間較小，給其它焊縫作業造成的作業空間過小的問題。優化后的安裝，蒸汽發生器出廠時下封頭一回路管嘴分別焊接連接了主管道熱段彎頭和主管道過渡段彎頭，使得原蒸汽發生器與主管道熱段、主管道過渡段之間的兩個焊縫由現場安裝焊接改為在蒸汽發生器制造廠焊接，避免了原先現場焊接必須考慮的擁有充分作業空間和適度焊接角度的問題，這樣極大提升了焊縫作業的安全性、效率和質量。第二步，由于蒸汽發生器和主管道與原先相比構成上有了很大的不同，這樣的改變，可以讓冷卻劑系統主回路環路安裝效率更高，首先是安裝程序中已經沒有了管道過渡段彎頭低效率的焊接作業環節，以前的多個現場焊縫作業安裝轉而變成了多環路安裝，由于減少了大量的焊縫作業，這樣可以有效減少安裝時間，縮短安裝工期。雖然環路安裝的前提是蒸汽發生器制造的配合，但是如果提前安排合理工序是可以抵消的。一般來說回路安裝工程都是前期進程較慢，后期進程較快，進程相對來說出現不平衡的特點，因此可以適度調節回路安裝工程的進程，盡量做到平衡和效率相統一，比如可適度增加前期采購制造的工作量。第三步，現場安裝中減少了原帶彎頭的主管道熱段，轉而替換為直管狀態的主管道熱段，主管道熱段與蒸汽發生器間的焊縫作業空間較為充足，同以前回路安裝中出現的非常小的蒸汽發生器支腿再作業空間相比，安裝焊接操作空間得到了充足保障，同時焊縫不再是彎管組對，而是直管組對，這樣作業更為簡易簡單，如前所述，當焊接采用更嚴格的自動焊技術時，這種優化的回路安裝設計優點比原來的回路安裝更加明顯。因此有利于提高回路安裝的焊接質量，提高工程效率。其它優點分析，有利于避免焊接應力和變形對主回路設備安裝的不利影響，從而提高回路安裝工作效率。

結束語

冷卻系統的主回路主要由壓力容器、蒸汽發生器、主泵、主管道熱冷段以及過段段等設備封閉連接而成。主回路的安裝在整個壓水堆建設中占據重要一環但又具有難度系數大、施工環境復雜等難度特點，因此冷卻系統的整個安裝必須精心設計和完善，努力提高安裝水平，確保建設質量。傳統的回路安裝步驟具有諸多缺點，回路安裝可以調整工程順序，優化后的安裝具有諸多優點。如蒸汽發生器出廠時下封頭一回路管嘴直接焊接連接主管道彎頭，使得原蒸汽發生器與主管道熱段、主管道過渡段間的兩個焊縫由現場安裝焊接改為在蒸汽發生器制造廠焊接，避免了原先現場焊接必須考慮的擁有充分作業空間和適度焊接角度的問題，這樣極大提升了焊縫作業的安全性、效率和質量。

參考文獻：

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作者簡介：

劉剛（1985—），男，漢，吉林省通化市，中國核電工程有限公司，助理工程師，連云港。