AP1000 核電大型模塊吊裝實踐

馬元華

（山東核電有限公司，山東 海陽 265116）

1 概述

AP1000 作為第三代核電堆型，在設計和建造方面都有許多新的特點，如設計上應用了非能動的設計理念，建造方面采用了模塊化建造技術，目前首批三門和海陽廠址的四臺機組已經建成投產。模塊化施工技術實現了傳統工程從“模塊”到“模塊化”質的飛躍，將模塊的規模和數量做到了最大化，為未來AP 系列核電標準化設計、模塊化施工、批量化建設奠定了基礎。

與國內已建壓水堆施工方式不同，AP1000 幾乎所有的模塊（特別是大型模塊）和大型設備都采用“開頂法”吊裝就位，施工過程中所需的結構及設備模塊多達170 多個。核島主設備也要用大型吊車進行吊裝，需用大型吊車吊入的模塊及設備單堆達52 個（超過20t），最大的結構模塊CA01重量超過850t，高度達23m，重達678T 的CV（鋼制安全殼）頂封頭的吊裝高度將超過50 米，如此大批量、超重超高的大型模塊就位，需要專門的特種大型吊車進行吊裝。但是，模塊化的施工是有前提條件的，它很大程度上依賴于發達的制造技術、施工技術與信息技術。只有擁有了相當規模能力的運輸吊裝設備，才能滿足大型模塊安全便捷的運輸與安裝；只有擁有了高水平的施工管理和信息化水平，才能滿足各道平行作業有條不紊地同步進行，實現大模塊精密的對接。本文通過海陽核電鋼制安全殼模塊（CV）的吊裝實踐技術介紹，為建筑施工大型設備吊裝提供可借鑒的經驗。

2 開頂法施工

傳統壓水堆核電的施工一般是在反應堆廠房穹頂施工完后，通過廠房筒體上預留的開口，將設備水平運入廠房，再用臨時鋼結構及卷揚機等設施吊裝蒸發器等主設備，其施工特點是土建與安裝有明確的施工周期和界限。AP1000 核電機組采用了模塊化施工技術，施工過程中土建與安裝作業交叉進行，反應堆廠房安全殼穹頂施工之前，所有大型模塊和設備均已引入完成，所有吊裝活動都是在廠房開口的狀態下完成，這就是開頂法施工。

2.1 開頂法施工的優勢

與傳統施工方法相比，開頂法施工具有明顯的優勢，這主要體現在以下幾個方面：（1）土建工序與設備安裝平行進行，無須等到廠房封頂以后才開始安裝工作，大大縮短了工期；（2）開頂法施工無需設計制作臨時鋼結構，也無須卷揚機、滑輪組等機具，施工安全而簡潔；（3）吊裝場地開闊，安全性較好。傳統吊裝方法，蒸發器等主設備必須在反應堆廠房內翻轉豎立；由于設備尺寸龐大，空間狹窄，在廠房內反復調整主設備的位置極為困難，而且易碰傷，存在較大的安全隱患。而用開頂法吊裝，可以用專用的大型吊車在反應堆廠房外進行翻轉豎立工作，場地開闊，易于操作，便于保護設備，且能做到準確到位。

2.2 開頂法施工的難點

開頂法施工的應用會縮短工期，但在施工過程中需要解決好如下問題：（1）由于土建、安裝的平行交叉作業，需要協調、組織好施工計劃和各專業的作業活動；（2）設備保護的操作及維護工作量大；（3）設計、設備到貨、施工三方需要無縫結合。

3 大型模塊的吊裝準備

如上所述，由于AP1000 模塊化、開頂法的施工特點，大型模塊的吊裝將一直貫穿于工程建造的整個過程，吊裝活動的準備和組織對保證工程安全、質量、進度都起著舉足輕重的作用，因此，需要特別關注大型模塊和設備的施工規劃問題，包括場地條件、運輸道路、制造廠和組裝區的位置和結構設計、運輸方式、運輸支架、吊車等，應該較早地確定合理的施工方案。下文以海陽核電CV(鋼制安全殼)底封頭吊裝為例對大型模塊的吊裝組織進行介紹。

3.1 吊裝設備

海陽核電大型模塊等大件的吊裝采用德國特雷克斯? 德瑪格（Terex Demag）公司生產的CC8800-1 雙臂履帶式起重機。

CC8800-1 雙臂履帶起重機最大起吊能力為3200t，是目前世界上起重能力最大的移動式起重機之一，是由德瑪格公司運用其獨特的設計理念將兩臺最大起重量為1600t 單臂履帶式起重機進行完美組合而成的。2010 年1 月底，該起重機首次運用于AP1000 核電廠最大結構模塊之一海陽1#機CA20的吊裝就位工作。

該起重機的主要技術參數如下：最大起重力矩：41800噸米；標準配重：1740t；總重量：3370t（含配重）；接地比壓（吊裝時要求）：60t/m2；最大行走速度：0.6km/h；主臂長度：69 ～117m（根據不同吊裝工況）。

3.2 吊裝場地

CC8800-1 Twin 型3200t 履帶吊機對場地和道路的要求要考慮到如下幾個方面：（1）進行核島大件吊裝的作業場地和地基，包括大件設備和模塊的停放位置；（2）吊機空載行走/轉移場地所需的道路；組裝、拆卸、換桿的場地；（3）非工作狀態時的停放，滿足應急時能將吊臂放倒在地面；（4）起重臂、集裝箱、輔助設備等堆放場地。

吊機履帶及超起配重下方均需要鋪設路基箱，地基處理要達到60t/m2的承載力；行走道路需寬度為32m，其中20m 為大吊機帶路基箱行走所需寬度，要求地基承載力大于50t/m2；6m 為輔助車輛行走道路，供小型吊機和運輸車輛通行，要求地基承載力大于20t/m2；行走道路要求傾斜度不大于0.3%，采用混凝土路面。吊車組裝和非工作狀態停放場地就近布置在吊裝站位區域內，將吊裝站位點作為吊車長期停放場地。吊裝場地布置見圖1。

吊裝之前及吊裝過程中按照《吊裝場地沉降監測程序》對吊車站位區域沉降量進行連續觀測，報告顯示6 個沉降觀測點和8 個邊坡位移觀測點測量數據基本沒有發生變化。

圖1 吊裝場地布置

4 CV 底封頭的吊裝

AP1000 鋼制安全殼（CV）是一個直徑39.624m、高65.633m、筒體壁厚44.5mm 的壓力容器，屬于抗震I 類和安全B 級設備。為便于建造和施工，設計上將其分為底封頭、下筒體、中筒體、上筒體、頂封頭五個CV 安全殼模塊，其中底封頭（下簡稱CVBH）由4 圈鋼板（64 塊）焊接而成，下筒體和中筒體均由4 圈鋼板（48 塊）焊接而成，上筒體由3 圈鋼板（36 塊）焊接而成。底封頭總重約678t，對接焊縫長度約697m（見圖2）。

圖2 CVBH 結構示意圖

4.1 運輸組織

CVBH 運輸車輛為德國的索埃勒運輸車，四組四縱列6 軸線組合車，最大可載重1440t，滿足底封頭的運輸重量。模塊由中遠物流公司（COSCO）承擔運輸任務，CVBH 模塊運輸重量約750t。對道路的要求及現場情況見表1。

表1 道路要求參數

從組裝場地運輸至核島指定位置距離約為1km，由4 臺液壓平板車組完成，總計48 軸線。運輸由4 臺液壓平板車組完成；運輸前在4 臺運輸車組的固定鋼板上劃出托架定位輪廓線，然后將托架定位，托架定位后，將托架底座上與掛車上的鋼板焊接固定。對稱拆除底封頭部分第3 圈安全支架和第4 圈所有安裝支架，包括支撐架下部裝配板、墊板等，拆除后的表面必須和水泥面平齊，便于掛車運輸進入廠房進行運輸作業。運輸車組進入廠房后，將進行制動塊安裝、剩余支架拆除、托架及車體連接、封車吊耳安裝等工作。

主要運輸過程如下：（1）CVBH 底部鋼結構支撐的外側部分區域拆除，見圖3；（2）將固定好專用可調整支座的4臺液壓平板車駛入底封頭下指定位置，見圖4；（3）通過液壓裝置使專用支座和底封頭緊密接觸；（4）將底封頭臨時支撐鋼結構剩余部分全部拆除；（5）對四個專用支座進行加固；（6）運輸底封頭到核島指定位置。

圖3 外側鋼構支撐拆除

圖4 車輛就位

4.2 CV 底封頭的吊裝

CV 底封頭材料為SA738-Gr.B，屬低合金鋼，總重約575 噸（不考慮附件重量），吊裝重量約678 噸。主要的吊裝作業步驟包括試吊裝→起吊→帶載行走→旋轉變幅→帶載行走→下落就位五個階段，見圖5 示意。吊裝重量計算見表2。

圖5 吊裝示意圖

表2 吊裝重量表

主要吊裝參數如下：吊臂長度81m；最大吊裝半徑42m，該工況下額定起重量為973t；吊裝最大負載率，吊裝重量除以額定重量，88.64%；距離邊坡距離，4.1m。

主要吊裝步驟如下：調整好吊車工況并與吊具進行連接；調整水平度，進行試吊裝（調節可調拉桿，使受力差別范圍在±4%）；調整底封頭角度，維持底封頭高度200mm，起鉤落鉤速度400/min；緩慢起鉤至底封頭底部距離地面14m，起吊速度為400mm/min；吊車帶載行走，吊車沿路基箱向前移動14.9m，速度約2m/min 直至行走至停車位置；吊車緩慢變幅，吊裝半徑從38m 變幅至42m；緩慢落鉤至底封頭離就位高度1m 處停止，落鉤過程中調整底封頭角度和位置，使底封頭上的支柱位于導向裝置的上方；繼續下降底封頭，下降到離就位高度0.4m 時，底封頭進入導向裝置。當底封頭16 個支柱最低點與CR10 短柱（支撐CVBH 的模塊）的距離達到1cm 時，停止落鉤；精確方位及水平度調整后，吊機緩慢落鉤，直至底封頭就位在CR10 鋼結構模塊上；底封頭就位后，拆除可調拉桿與主吊耳之間的連接。

5 結語

AP1000 模塊化、開頂法的施工特點，使得大型模塊的吊裝將一直貫穿于工程建造的整個過程，吊裝活動的準備和組織對保證工程安全、質量、進度都起著舉足輕重的作用，通過提前研究大型模塊和設備的施工規劃問題，包括場地條件、運輸道路、運輸方式、運輸支架、吊車使用、施工工期等，可以整個施工活動做到有的放矢。目前依托化項目AP1000四臺機組已全部建成投產，在建設過程中參建各方精心準備、攻堅克難，解決了過程中的許多困難，諸多新技術、新產品的應用得以突破，這也是中國核電在裝備制造業、建造能力方面的實踐展示，也是國家在大型基建工程綜合能力處于世界領先水平的展示。