AP 系列核電蒸汽發(fā)生器更換方案設(shè)計(jì)

張 衍

（上海核工程研究設(shè)計(jì)院， 上海 200233）

0 引言

AP 系列3 代核電核島是兩回路設(shè)計(jì)，即每個(gè)核島有一個(gè)反應(yīng)堆壓力容器、兩臺(tái)蒸汽發(fā)生器，壓力容器和蒸汽發(fā)生器分別安裝在各自的工作腔室內(nèi)， 在進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到了在極端情況下蒸汽發(fā)生器需要更換。

更換方案是在CV 鋼制安全殼頂封頭中間位置開(kāi)一個(gè)直徑約9m 的洞，在環(huán)形軌道吊車(chē)（簡(jiǎn)稱環(huán)吊）主梁上安裝一臺(tái)起重能力較大的小車(chē)，先用環(huán)吊將蒸汽發(fā)生器從腔室內(nèi)吊出擱置在環(huán)吊主梁中部的臨時(shí)支架上， 小車(chē)移開(kāi)，再用核島外部大型履帶吊將蒸汽發(fā)生器吊出核島。因此環(huán)吊設(shè)計(jì)時(shí)考慮到了蒸汽發(fā)生器更換時(shí)的工況， 如AP1000環(huán)吊在核島安裝作業(yè)時(shí)主鉤為300 美噸（272mt）， 主梁等按照更換蒸汽發(fā)生器的工況承載800 美噸（726mt）設(shè)計(jì)，且在主梁中部設(shè)計(jì)了蒸汽發(fā)生器臨時(shí)擱置支架；CAP1400 環(huán)吊在核島安裝作業(yè)時(shí)主鉤為320t，主梁等按照更換蒸汽發(fā)生器的工況承載1100t 設(shè)計(jì)，且在主梁中部設(shè)計(jì)了蒸汽發(fā)生器臨時(shí)擱置支架。 但是，經(jīng)驗(yàn)算環(huán)吊的吊鉤起升高度達(dá)不到更換蒸汽發(fā)生器的要求，所以如果蒸汽發(fā)生器服役期內(nèi)因故需要更換，則必須重新設(shè)計(jì)更換方案。

1 AP 系列3 代核電核島總體布置簡(jiǎn)述

核島總體布置見(jiàn)圖1，鋼制安全殼內(nèi)底部中間位置是反應(yīng)堆壓力容器，壓力容器兩側(cè)各有一臺(tái)蒸汽發(fā)生器，安全殼內(nèi)上部安裝一臺(tái)環(huán)吊。

圖1 AP 系列3 代核電核島總體布置圖Fig.1 Overall layout of nuclear islands for AP series 3 generation nuclear power plants

2 環(huán)吊起升高度不滿足原更換蒸汽發(fā)生器設(shè)計(jì)方案論證

本文以CAP1400 核島環(huán)吊為例論證原蒸汽發(fā)生器更換方案設(shè)計(jì)存在的缺陷。

圖2 為環(huán)吊主梁中部截面圖，圖中蒸汽發(fā)生器臨時(shí)擱置支架為原設(shè)計(jì)用于蒸汽發(fā)生器從核島腔室內(nèi)吊出后臨時(shí)擱置用， 臨時(shí)擱置后，環(huán)吊小車(chē)移開(kāi)，再用核島外部吊車(chē)吊出核島。

圖2 環(huán)吊主梁中部截面圖Fig.2 Middle section of ring girder

CAP1400 核島蒸汽發(fā)生器腔室墻體最低標(biāo)高17.20m，蒸汽發(fā)生器本體凈高度25.56m（帶泵殼高度，見(jiàn)圖3），環(huán)吊320t 吊鉤的起升高度為42.5m，吊鉤下部尺寸0.85m。假設(shè)850t 小車(chē)與320t 小車(chē)尺寸相同（實(shí)際要大），則17.2+25.56 =42.76m ＞42.5 -0.85 =41.65m， 即在不考慮吊具尺寸的情況下環(huán)吊850t 吊鉤與蒸汽發(fā)生器腔室墻體之間的凈空間也容不下蒸汽發(fā)生器， 環(huán)吊起升高度不足以將蒸汽發(fā)生器吊出腔室。

環(huán)吊主梁中部的蒸汽發(fā)生器臨時(shí)擱置支架圓弧底點(diǎn)標(biāo)高計(jì)算值為45.53m。

換一個(gè)角度計(jì)算， 若蒸汽發(fā)生器從腔室中吊起后，擱置到該支架上（圖3），則蒸汽發(fā)生器頂部高度超過(guò)環(huán)吊主梁上翼板3490mm。而在蒸汽發(fā)生器起吊位置，環(huán)吊主梁與CV 安全殼頂封頭之間的空間距離只有12.15m，假設(shè)850t小車(chē)卷筒、滑輪、吊鉤與320t 小車(chē)尺寸相同，并將850t 小車(chē)在環(huán)吊主梁上架高成高架門(mén)吊， 那么7.83+0.85+3.49=12.17m＞12.15m，即不考慮吊具尺寸、不考慮蒸汽發(fā)生器吊耳凸緣、不考慮支架圓弧支撐等情況下，再將850t 小車(chē)架高到挨著CV 安全殼頂封頭，也才能剛剛將蒸汽發(fā)生器吊到吊耳底部與支架平齊、放不到支架上。 當(dāng)然這些假設(shè)都是不成立的， 也就是說(shuō)原設(shè)計(jì)用850t 小車(chē)更換蒸汽發(fā)生器已經(jīng)不存在可能性。

圖3 蒸汽發(fā)生器擱置在環(huán)吊主梁中部支架上Fig.3 The steam generator is placed on the central bracket of the ring girder

AP 系列核島原設(shè)計(jì)環(huán)吊更換蒸汽發(fā)生器的功能不能實(shí)現(xiàn)，蒸汽發(fā)生器更換方案設(shè)計(jì)有缺陷。

實(shí)際上，AP 系列核島原設(shè)計(jì)的蒸汽發(fā)生器吊具尺寸也相當(dāng)大，考慮850t 小車(chē)尺寸比320t 小車(chē)尺寸大、吊具尺寸和吊具與蒸汽發(fā)生器、小車(chē)與CV 安全殼頂封頭等需留有安全距離等， 小車(chē)要吊起蒸汽發(fā)生器并放到臨時(shí)支架上，起升高度至少相差3m。

3 蒸汽發(fā)生器更換的可行方案

為解決更換蒸汽發(fā)生器的問(wèn)題， 需要從2 個(gè)方面入手，一是提高提升機(jī)構(gòu)（裝置）的起升高度，二是重新設(shè)計(jì)吊具，減小吊具自身高度尺寸。

本設(shè)計(jì)方案采用簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)、 技術(shù)成熟的液壓提升裝置，因更換蒸汽發(fā)生器是獨(dú)立事件，所以使用液壓提升裝置相比使用特制的更換小車(chē)效率也會(huì)更高。 同時(shí)， 為解決CV 安全殼頂封頭內(nèi)空間高度較小的問(wèn)題，本設(shè)計(jì)的吊具不再將蒸汽發(fā)生器臨時(shí)擱置在環(huán)吊主梁上，而是直接用大吊車(chē)接鉤吊出或吊入核島。 新設(shè)計(jì)更換吊具見(jiàn)圖4。

圖4 蒸汽發(fā)生器更換吊具工作圖Fig.4 Steam generator replacement sphanger working diagram

4 新設(shè)計(jì)更換方案工作步驟簡(jiǎn)述

（1）將環(huán)吊運(yùn)行小車(chē)停置在跨端，在環(huán)吊主梁上中間相應(yīng)位置擺放45# 槽鋼作為更換吊具的移動(dòng)導(dǎo)向軌道；然后將圖4 中 的2 個(gè)4、6、7、8、9、10、12 組件分別吊放到環(huán)吊主梁上并用連系梁11 連接成整體上部吊具組件。

（2）將下部吊具組件（圖4 中1、2、3、5、13、14）在核島外組合完成后，用大型履帶吊吊入核島內(nèi)，擱置在上部吊具組件上。 從預(yù)先放置在核島內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)平臺(tái)上的泵站引出油管和控制電纜連接提升油缸，調(diào)試提升系統(tǒng)。

（3）將組合吊具移動(dòng)到需更換蒸汽發(fā)生器上方，提升油缸下放鋼絞線，使小扁擔(dān)連同下部吊具組件一起下降至蒸汽發(fā)生器上方部，將元寶座掛到蒸汽發(fā)生器的吊耳上。

（4）提升油缸上提鋼絞線，將蒸汽發(fā)生器吊出腔室，組合吊具連同蒸汽發(fā)生器一起移動(dòng)到環(huán)吊中間位置，見(jiàn)圖5。

圖5 吊具連同蒸汽發(fā)生器移動(dòng)到環(huán)吊中間Fig.5 The spammer with the steam generator is moved to the middle of the ring lift

（5）核島外大型履帶吊車(chē)從CV 安全殼頂部將吊鉤放進(jìn)核島，與上吊梁上方的吊耳板連接，將吊具下部組件和蒸汽發(fā)生器一起吊出核島，見(jiàn)圖6（新蒸汽發(fā)生器吊入核島步驟相反）。

圖6 蒸汽發(fā)生器吊出核島Fig.6 The steam generator is hoisted off the nuclear island

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本文研究，AP 系列3 代核電在進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)，原設(shè)計(jì)的蒸汽發(fā)生器更換方案并不可行，目前已有多臺(tái)AP 系列核島投入運(yùn)行，如事故工況下需要更換蒸汽發(fā)生器，則必須另行制定方案，本研究是一個(gè)可行且經(jīng)濟(jì)、成熟的更換方案，可以彌補(bǔ)初始方案設(shè)計(jì)的不足，并作為以后的相關(guān)作業(yè)的指導(dǎo)方案。