張建成，姜 震，陳仁杰，金 欣

(1.華東電力設計院，上海 200063；2.浙江省火電建設公司，浙江 杭州 310016)

1 概述

1.1 AP1000技術特點

AP1000設計具有先進非能動安全特性，并且電廠布置得到進一步簡化，提高了安全性，改良了建造工藝，增強了電廠的運行能力和可維修性。

AP1000的設計控制文件(DCD)規(guī)定：

(1) 核電廠的使用壽命為60年。

(2) 汽機房第一跨是非核抗震的建筑物(NS)，可按建筑物的抗震設計規(guī)范進行設計(UBC)。

(3) 非核抗震的建筑物(NS)確保在SSE地震作用下，喪失功能后不得對抗震I類物項產(chǎn)生影響。

(4) 非核抗震的建筑物(NS)在龍卷風作用下，允許圍護彩板吹掉。

(5) AP1000先進核電廠是一種非能動型核電廠，AP1000在依靠自然力的安全特性方面做了較大改進。安全系統(tǒng)設計采用加壓氣體、重力流、自然循環(huán)流以及對流等自然驅動力，不使用泵、風機或柴油發(fā)電機等能動部件，在沒有交流電源、設備冷卻水、廠用水以及供暖、通風與空調等安全級支持系統(tǒng)的條件下保持正常運行功能。AP1000的汽輪機是一種將流經(jīng)汽輪機的蒸汽熱能轉化為旋轉機械功的能量轉化系統(tǒng)，并通過發(fā)電機的旋轉轉變?yōu)殡娔堋?/p>

(6) AP1000的汽輪機由1個高壓缸和3個低壓缸組成。汽輪發(fā)電機是按基荷運行設計的，但也具有負荷跟蹤運行能力。

(7) CI主廠房內(nèi)安裝了汽輪發(fā)電機組和相關的機械、電氣系統(tǒng)。CI主廠房為汽輪發(fā)電機組和相關部件的布置和維修提供全天候的保護。

(8) 汽輪發(fā)電機和相關的管道、閥門和控制系統(tǒng)均布置在CI主廠房內(nèi)，在主廠房內(nèi)沒有任何核安全相關系統(tǒng)和部件。

1.2 廠址條件

(1) 地質條件

主廠房基礎底面基本上置于基巖上，有部分采用樁基礎。地下水與廠區(qū)貫通。

(2) 地震條件

50年設計基準期超越概率10%的地震加速度值小于0.05g。

廠址基巖安全極限水平向地震加速度峰值(SL-2)為0.15g，運行基準地震動(SL-1)為0.075g，豎向設計加速度峰值應采用水平向設計加速度峰值的2/3。

(3) 氣象條件

廠址50年一遇10min最大風速(包括熱帶氣旋)為41.51m/s。

2 常規(guī)島主廠房的布置

2.1 工藝布置

CI主廠房包括五個主要層：地下二層(-16.05m層)、地下一層(-7.5m層)、零米層(±0.00m層)、運轉層(+8.5m層)和除氧層(+15.50m層)。零米層與廠區(qū)道路相通。

T.11列柱至T.12列柱、T.A排柱至T.D排柱間為大件吊裝區(qū)域，主要設備將通過此區(qū)域吊裝至汽機房上下各層。CI主廠房各層四角均布置有樓梯作為各層訪問通道。在T.1柱靠T.E排柱處設置一臺電梯。

在CI主廠房地下二層主要布置了凝汽器、凝結水泵、開式循環(huán)冷卻水泵和電動濾水器等設備。CI主廠房地下一層主要布置了電動給水泵、低加疏水泵、閉式循環(huán)冷卻水泵、凝結水升壓泵、真空泵、軸封冷卻器等設備。在CI主廠房零米層主要布置了潤滑油系統(tǒng)設備、一級高壓加熱器、電氣設備和化水設備等。在CI主廠房運轉層主要布置了汽輪發(fā)電機組、汽水分離再熱器、兩級低壓加熱器、一級高壓加熱器等設備。在CI主廠房除氧層主要布置了除氧器水箱和除氧器等設備。

2.2 結構布置

2.2.1 CI主廠房布置

CI主廠房主要由披屋、汽輪發(fā)電機房和除氧間組成，披屋橫向有兩跨，分別為8.00m、12.00m，縱向從T.7軸到T.11軸。汽輪發(fā)電機房跨距為39.00m，除氧間跨距為11.00m，長度為124.682m，汽輪發(fā)電機房屋架底標高暫定28.30m，運轉層高度8.50m，汽輪發(fā)電機中心線距T.A排柱中心線19m。汽機頭部朝向核島布置，汽輪發(fā)電機房內(nèi)設有兩臺240t/40t、120/30t的橋式起重機供所有設備安裝和檢修使用，軌道頂標高24.00m。

2.2.2 結構布置

汽機房采用半地下室布置，上部采用鋼結構，下部采用鋼筋混凝土結構。在結構布置時也綜合考慮施工單位的主要設備安裝方案，盡可能滿足設備在安裝階段需要的荷載和空間要求。

上部結構：上部結構采用鋼結構，橫向汽機房外側柱(T.A軸)通過鋼屋架、汽機平臺與除氧間框架組成框排架結構，并在除氧間部分軸線布置橫向支撐?？v向T.A、T.E、T.F軸通過柱、梁、支撐組成排架結構。支撐的位置及形式在保證受力的情況下，盡量配合工藝專業(yè)的設備布置及管道布置。樓面、屋面采用鋼梁上鋪壓型鋼板現(xiàn)澆混凝土板，樓面是鋼格柵時，在鋼格柵下布置水平鋼支撐。

下部結構：±0.00m以下結構采用鋼筋混凝土結構，汽機房地下有二層，地下一層(-7.50m層)、地下二層(-16.05m層)、中間夾層(±0.00m層)。地下結構采用框架剪力墻結構，在上部鋼支撐對應的地方設置剪力墻或鋼支撐直至基礎頂面。樓板采用現(xiàn)澆混凝土樓面。

3 主要設備的安裝方案

核電廠與火電廠主要設備相比，重量比較重，體積均較大，按照火電的安裝方案，會導致設備無法就位，拆除部分結構構件，會影響到結構的安全，有的采取臨時措施，費用比較大，如果與施工單位密切配合，綜合比較，確定合理的結構形式，確保施工階段、運行階段的結構安全，減少工程的投資。

主要設備有：凝汽器、發(fā)電機定子、汽水分離再熱器、除氧器及除氧器水箱。

3.1 吊機型號

某工程CI主廠房施工現(xiàn)場需要使用的大型吊機主要為一臺LR1750(750t履帶吊)和一臺LR1400(400t履帶吊)。由于大件吊裝作業(yè)區(qū)域大部分落在汽機房及循環(huán)水管的回填區(qū)域內(nèi)，對吊機行走及停放位置的地耐力有較高的要求，因此現(xiàn)場在實際行走或吊裝過程中均采用布置路基箱，以減少對地比壓。為滿足吊裝的需要，吊機行走的區(qū)域見圖1。

圖1 履帶吊的行走區(qū)域圖

3.2 凝汽器的吊裝施工方案

每臺凝汽器有關參數(shù)如下：

凝汽器吊重量：約260t

凝汽器外形尺寸(長×寬×高)：

18.092m×9.936m×5.404m

每臺機有三臺凝汽器，分別安裝在-13.27m，汽輪發(fā)電機基座處(即T.4～T.7軸與T.B～T.D軸之間)。最大吊裝的凝汽器本體模塊加上上下吊裝框架起約為260 t，需要的外形空間18092mm×5404mm×9936mm。

吊裝采用LR1750(750t履帶吊)，吊機停放于T.4～T.7軸，T.Z軸外側區(qū)域，此區(qū)域對地的比壓為20t/m2。吊裝時凝汽器一臺一臺吊裝，吊裝時-0.04m、8.50m影響的結構梁臨時拆除，待吊裝完成后，進行恢復，然后再吊裝下一臺，見圖2。

圖2 凝汽器吊裝示意圖

3.3 發(fā)電機定子吊裝施工方案

發(fā)電機定子有關參數(shù)如下：

定子吊裝重量：445t

定子吊裝重量：約465t(包括拍子)

定子外形尺寸(長×寬×高)：

11.8m×5.62m×5.46m

定子就位于汽機房內(nèi)8.5m層運轉層的汽機基座上。其就位縱向中心線在T.C軸線上，橫向在T.7～T.8軸之間。發(fā)電機定子吊裝采用液壓提升裝置，在T.12軸線外側吊裝口以T.C軸線為中心線安裝固定架，并在鋪設托運軌道至定子就位的汽機基座，在軌道梁上布置吊裝移動架，在吊裝移動架上布置4×200t鋼索式液壓提升裝置，在液壓提升裝置的下錨頭上安裝吊裝專用拍子，利用拍子連接定子后提升至8.5m層上方，托運定子至就位的汽機基座上方停止，操作液壓提升裝置下降，使發(fā)動機定子就位。然后將吊裝移動架移動至T.12軸線外側吊裝口，利用400t履帶吊將吊裝移動架拆除，再利用行車將托運軌道梁拆除。

圖3 發(fā)電機定子吊裝的路徑圖

3.4 汽水分離再熱器吊裝施工方案

汽水分離再熱器有關參數(shù)如下：

汽水分離再熱器重量：凈重 290t

汽水分離再熱器外形尺寸(直徑×長度)：

Ф4.264m×30.7m

每臺機組共有兩只汽水分離再熱器，均就位于汽機房內(nèi)8.5m層運轉層，縱向在T.3～T.6軸線之間，其中A汽水分離再熱器橫向在T.A～T.B軸線之間，B汽水分離再熱器橫向在T.D～T.E軸線之間，并以T.C軸線對稱布置。

汽水分離再熱器卸車采用利勃海爾LR1750的750t履帶吊為主要吊機，吊裝前事先在T.B～T.C之間，T.12軸線外側布置一個底部標高與8.50m層齊平的托運支架，并沿托運支架設置一條通向主廠房T.9軸線的托運軌道，由履帶吊將MSR吊至8.50m層的托運軌道上后，通過履帶吊、汽機房行車以及卷揚機配合將設備移至廠房內(nèi)后，通過汽機房布置的兩臺橋式起重機配合吊裝就位。

3.5 除氧器及除氧器水箱吊裝施工方案

除氧器及除氧器水箱有關參數(shù)如下：

除氧水箱重：250t

除氧水箱外形尺寸(直徑×長度)：

Ф4.768m×43.617m

除氧器重：70t

除氧器外形尺寸(直徑×長度)：

Ф3.048m×20.137m

除氧水箱、除氧器布置在T.E～T.F與T.5～T.10軸線之間，除氧水箱就位標高為16.50m，除氧器就位標高為21.80m。

除氧水箱、除氧器采用LR1750的750t履帶吊為主要吊機，吊裝前事先將T.F軸線外側履帶吊吊裝站立區(qū)域地面平整夯實，地基承載力滿足10t/m2。除氧間T.5～T.10軸線范圍，15.50m以上臨時安裝的屋面梁、鋼結構框架梁全部拆除，待除氧器水箱及除氧器吊裝完成后，再進行安裝恢復。

4 設計上采取的措施

4.1 工藝措施

在汽機房總體布置時，充分考慮凝汽器模塊化的極限吊裝尺寸和機組運行后凝汽器抽管檢修空間，對凝汽器吊裝方案進行評估，確保汽機房A排外凝汽器吊裝區(qū)域可實施凝汽器模塊化吊裝。

考慮在汽機房底層敷設臨時軌道，保證凝汽器模塊現(xiàn)場吊裝至底層后能平移至安裝位置。在汽機房運轉層考慮發(fā)電機定子安裝的托運軌道路徑和荷載。

由于兩臺汽水分離再熱器分別布置在汽輪發(fā)電機兩側，且體積和重量均很大，在安裝方案中充分考慮各種吊裝設施的特點，將汽機房行車、履帶吊和卷揚機進行配合操作，實現(xiàn)汽水分離再熱器的吊裝就位。

4.2 土建結構的措施

4.2.1 結構布置

為了配合設備的供貨進度和安裝就位，土建結構在廠房的布置上采取了以下措施：

(1) 將T.4～T.7軸線原T.Z軸的混凝土外墻向變壓器區(qū)域方向移動2m。

(2) 將T.4～T.7軸與T.Z～T.B軸范圍－0.04m樓板改為鋼次梁上鋪壓型鋼板，再澆混凝土的結構形式。

(3) 適當增加地下室外墻的厚度，盡可能在靠近外墻跨布置剪力墻。

(4) 在緩澆混凝土樓板的地方，采用牛腿，樓板梁改為簡支結構。

(5) T.12軸屋面結構采用屋架結構，便于山墻鋼柱的拆除。

(6) 考慮到汽機房屋面的整體性，方便施工和排水，汽機房屋面和除氧間屋面?zhèn)髁Φ闹苯有?，將除氧間屋面抬高至與汽機房同一斜面。

4.2.2 結構計算

(1)設計外墻時，將吊機對地面的壓力作為地面活荷載的工況下進行計算，外墻的支撐的邊界條件，根據(jù)外墻的所處位置，約束條件確定為固結、簡支、懸臂。

(2)將T.4～T.7軸與T.Z～T.B軸范圍－0.04m樓板的鋼次梁，按簡支梁計算。

(3)定子吊裝、MSR吊裝行走區(qū)域8.50m范圍，綜合考慮檢修、安裝的工況，按5t/m2來考慮。

(4)T.12軸屋架的計算，不考慮山墻柱對屋架的支撐作用，風荷載傳力體系應為墻板—墻架—山墻柱—屋架，山墻柱、墻架的連接采用螺栓連接，便于拆卸。

(5)在計算T.F軸的鋼柱時，考慮T.6、T.7、T.8、T.9鋼柱在吊裝過程中，處于懸臂狀態(tài)，但不考慮，墻板的存在。

4.2.3 施工的要求

(1) 地下結構周邊的回填，在滿足有建構筑物基礎設計的要求外，應采用級配碎石分層壓實，壓實系數(shù)大于0.94。

(2) 凝汽器吊裝時，如果混凝土牛腿，對所需空間有影響，可改為鋼牛腿，在鋼牛腿的地方預埋埋件。

(3) 為了方便施工，T.4～T.7軸與T.Z～T.B軸范圍-0.04m樓板，與周邊樓板的鋼筋可斷開，但應做好防水處理。

(4) 凝汽器吊裝時，T.A軸0.00m、8.50m的鋼梁拆除應與凝汽器的吊裝相配合，當一跨鋼梁恢復好后方可拆卸另一跨，同時汽機房內(nèi)的行車停止運行，并停在固擴端。

(5) 在定子吊裝、MSR吊裝行走區(qū)域8.50m范圍，鋪設托運軌道梁的支點應在軸線的框架梁上，樓板的周邊不得堆放其它物品，并對框架梁進行核算，如不夠在鋼梁下增加臨時鋼柱。

(6) 在定子吊裝時，在T.12軸線外側安裝的固定架，由于柱腳力較大，為了保證地下外墻及綜合管廊的安全，柱腳基礎底面應與綜合管廊底平。

(7) 除氧器及除氧器水箱吊裝應在5級以下風進行，吊機和所吊物體不得與主廠房的構件接觸。

5 結語

核電作為清潔能源，是我國發(fā)展的方向，作為第三代AP1000核電是目前世界上最先進的核電堆型，是我國今后發(fā)展的主力堆型之一。在CI主廠房的設計時，將安全、施工、運行、環(huán)保等方面統(tǒng)籌考慮不僅對核電廠在施工階段、運行階段的安全得到保證，而且還能縮短建設周期、節(jié)省工程造價。