陳根衛(wèi)　姜煌　張家剛

摘 要：根據(jù)AP1000核島主管道的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和安裝要求，參考在建工程的主管道安裝方案，進(jìn)行理論分析和全尺寸模擬實(shí)踐，探討了AP1000主管道安裝方案的優(yōu)化措施，即保證主管道安裝質(zhì)量，又可以加快核島整體安裝進(jìn)度。

關(guān)鍵詞：核電站；AP1000；核島；主管道；安裝

引言

AP1000核電技術(shù)為目前全球核電市場(chǎng)中最安全、最先進(jìn)的商業(yè)核電技術(shù)。其最大的特點(diǎn)就是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)練，易于操作，而且充分利用了諸多“非能動(dòng)的安全體系。同時(shí)也能顯著降低核電機(jī)組建設(shè)以及長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)的成本，是國(guó)內(nèi)近年來(lái)大力發(fā)展的核電技術(shù)。核電站主管道作為核島一回路系統(tǒng)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(shè)計(jì)特點(diǎn)

AP1000一回路系統(tǒng)設(shè)計(jì)為兩個(gè)環(huán)路（見圖1），主要設(shè)備包括：一臺(tái)反應(yīng)堆壓力容器（RV）、兩臺(tái)蒸汽發(fā)生器（SG）、四臺(tái)主泵以及兩個(gè)環(huán)路主管道。反應(yīng)堆壓力容器、兩臺(tái)蒸汽發(fā)生器分別布置在不同的房間內(nèi)，環(huán)路采用厚壁大口徑超低碳奧氏體不銹鋼316LN整體鍛件，通過(guò)熱彎和熱擠壓鍛造管段。冷段規(guī)格為φ688.85×65mm，熱段規(guī)格為φ952.5×82mm。

主泵直接掛在蒸汽發(fā)生器底部，省去了主泵與蒸汽發(fā)生器之間的過(guò)渡段，減少了主管道焊縫數(shù)量，取消了主泵的支撐，簡(jiǎn)化了主回路結(jié)構(gòu)。

主管道焊口坡口設(shè)計(jì)為U型坡口，焊口對(duì)口間隙小，無(wú)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(fā)生器（含主泵）設(shè)備接管嘴坡口已加工，主管道供貨長(zhǎng)度方向及壁厚有二次加工余量，現(xiàn)場(chǎng)須進(jìn)行坡口加工。

以往壓水堆核電站主管道設(shè)計(jì)有過(guò)渡段，可以用來(lái)調(diào)整冷段和熱段的安裝偏差，通過(guò)橫向和豎向兩段調(diào)節(jié)管段來(lái)調(diào)整因焊接收縮變形產(chǎn)生的安裝偏差。而AP1000核電站主管道在設(shè)備之間連接是單根管道，沒有過(guò)渡段，焊接收縮變形只有在安裝焊接過(guò)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(jī)和海陽(yáng)#1機(jī)主管道已完成安裝焊接工作，主管道安裝方案一致。兩臺(tái)機(jī)組的主要安裝思路（以單側(cè)回路為例）為使用激光跟蹤儀測(cè)量設(shè)備接管嘴與主管道，并建立模型，在模型中確定主管道RV側(cè)坡口加工位置，并使用精密的坡口加工機(jī)進(jìn)行切割加工，先進(jìn)行RV側(cè)組對(duì)焊接，過(guò)程中監(jiān)控主管道RV側(cè)的收縮和SG側(cè)的變形，在RV側(cè)完成50%壁厚時(shí)，重新測(cè)量主管道SG側(cè)數(shù)據(jù)，更新模型，確定主管道SG側(cè)坡口加工位置并進(jìn)行坡口加工。然后從CV頂部吊裝引入蒸汽發(fā)生器，與主管道進(jìn)行組對(duì)焊接至50%壁厚，最后分別完成RV側(cè)和SG側(cè)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(cè)量?jī)x器、窄間隙自動(dòng)焊機(jī)和精密坡口加工設(shè)備等先進(jìn)的工具來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.在建AP1000核島主管道安裝方案優(yōu)缺點(diǎn)

三門、海陽(yáng)核電站主管道的安裝方案經(jīng)過(guò)了實(shí)踐的檢驗(yàn)，說(shuō)明該方案是有效、可靠的。由于主管道SG側(cè)的坡口是在RV側(cè)焊接至50%后進(jìn)行加工，其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)都比較明顯：

3.1 優(yōu)點(diǎn)

主管道RV側(cè)焊接至50%后，對(duì)主管道SG側(cè)管口進(jìn)行激光測(cè)量，更新模型與SG進(jìn)行組對(duì)，確定主管道SG側(cè)的加工位置，通過(guò)精密加工設(shè)備配合可以使主管道與SG接管嘴較容易實(shí)現(xiàn)組對(duì)。

3.2 缺點(diǎn)

（1）SG房間相對(duì)比較狹小，需要布置2臺(tái)管道切割機(jī)和2臺(tái)坡口加工機(jī)，加工空間不足，并且坡口加工過(guò)程中，激光跟蹤儀需不斷地對(duì)坡口加工情況進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量難度加大。

（2）SG的吊裝引入需等主管道SG側(cè)坡口加工完成后進(jìn)行，并且兩個(gè)環(huán)路的SG吊裝時(shí)間間隔較長(zhǎng)（根據(jù)主管道焊接進(jìn)度和坡口加工進(jìn)度確定），吊裝準(zhǔn)備工作需重復(fù)進(jìn)行。

（3）AP1000實(shí)行開頂法施工，SG的吊裝就位影響上方環(huán)吊和CV頂封頭的吊裝和安裝工作，延長(zhǎng)了整個(gè)核島的關(guān)鍵路徑。

4.AP1000核島主管道安裝方案優(yōu)化

為解決上述施工方案中的不足之處，并且同時(shí)保證主管道整體安裝質(zhì)量符合技術(shù)規(guī)格書要求，對(duì)此方案進(jìn)行部分工序調(diào)整進(jìn)行優(yōu)化。

調(diào)整后的安裝方案如下（以單側(cè)回路為例）：使用激光跟蹤儀測(cè)量設(shè)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(cè)坡口加工位置，并使用精密的坡口加工機(jī)進(jìn)行切割加工，吊裝引入主管道后，隨即吊裝引入蒸汽發(fā)生器擱置在上部臨時(shí)支撐上，向外側(cè)作微移避開主管道。先進(jìn)行RV側(cè)組對(duì)焊接，過(guò)程中監(jiān)控主管道RV側(cè)的收縮和SG側(cè)的變形，調(diào)整RV側(cè)焊接，使RV側(cè)完成50%壁厚時(shí)，SG側(cè)變形與理論數(shù)據(jù)保持一致，移回蒸汽發(fā)生器，蒸汽發(fā)生器（含主泵）接管嘴與主管道進(jìn)行組對(duì)焊接至50%壁厚，最后分別完成RV側(cè)和SG側(cè)剩余焊縫焊接，完成主管道的安裝工作。

4.1 理論依據(jù)

（1）主管道為整體鍛件，直徑大，壁厚厚，可視為一個(gè)剛性物體。剛性物體上所有點(diǎn)的移動(dòng)軌跡均相同，當(dāng)RV側(cè)焊接收縮數(shù)據(jù)可測(cè)時(shí)，SG側(cè)的移動(dòng)數(shù)據(jù)同時(shí)也可計(jì)算得出。

（2）窄間隙自動(dòng)焊接工藝和參數(shù)相對(duì)固定，母材相同，組對(duì)數(shù)據(jù)保持一致時(shí)，焊縫收縮量也是一致的。

（3）焊接過(guò)程中焊縫軸向局部不均勻收縮可以通過(guò)改變焊接起弧和收縮位置、焊接參數(shù)調(diào)整等方法進(jìn)行調(diào)整。

（4）激光跟蹤儀和精密坡口加工機(jī)的配合使用，加強(qiáng)過(guò)程測(cè)量，根據(jù)SG側(cè)組對(duì)要求設(shè)定預(yù)警變形量，使整個(gè)施工過(guò)程處于可控狀態(tài)。

4.2 實(shí)體模擬驗(yàn)證

針對(duì)AP1000一回路系統(tǒng)制作1：1實(shí)體模擬件進(jìn)行實(shí)體安裝模擬，實(shí)施結(jié)果驗(yàn)證了該方案的可行性。

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

（2）固化組對(duì)數(shù)據(jù)和焊接參數(shù)，觀察焊縫收縮規(guī)律、測(cè)量焊縫收縮數(shù)據(jù)，并計(jì)算出主管道RV側(cè)最佳收縮預(yù)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(nèi)部填充鐵砂等材料，使整體重量與實(shí)際管道一致。管道尺寸按圖紙加RV側(cè)預(yù)留值制作。

（4）模擬件安裝過(guò)程RV側(cè)焊口焊接時(shí)，每一層焊接結(jié)束后均采用激光跟蹤儀對(duì)SG側(cè)管口進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并通過(guò)下一道焊縫的調(diào)整使RV側(cè)焊縫均勻收縮，而且主管道SG側(cè)的變形在預(yù)警范圍內(nèi)。

（5）當(dāng)RV側(cè)焊口焊接至50%厚度時(shí)，移動(dòng)SG模擬件與主管道組對(duì)，取得成功，一只熱段焊口、兩只冷段焊口的組對(duì)數(shù)據(jù)均符合要求。

4.3 應(yīng)注意的事項(xiàng)

（1）激光跟蹤測(cè)量和建模

激光跟蹤測(cè)量、建模是主管道安裝方案的核心工作，必須保證設(shè)備管嘴、主管道及安裝基準(zhǔn)點(diǎn)的測(cè)量準(zhǔn)確性。在模型中通過(guò)多次擬合，確定主管道最佳的切割位置，并嚴(yán)格按切割位置進(jìn)行坡口加工。

（2）RV側(cè)組對(duì)參數(shù)

主管道RV側(cè)焊口的實(shí)際組對(duì)參數(shù)，應(yīng)以建模的參數(shù)為依據(jù)，不能隨意改變組對(duì)參數(shù)。

（3）RV側(cè)焊接過(guò)程監(jiān)測(cè)和調(diào)整

RV側(cè)焊口焊接時(shí)，焊接參數(shù)應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝規(guī)程要求，每層焊接結(jié)束后，對(duì)焊口收縮量和SG側(cè)變形量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，防止SG側(cè)變形量超過(guò)預(yù)警值。一旦SG側(cè)變形量超出預(yù)警范圍，應(yīng)停止施工，確定特殊糾偏措施。

5.結(jié)束語(yǔ)

優(yōu)化調(diào)整后的安裝方案與原方案相比，將主管道SG側(cè)的坡口加工提前在加工車間內(nèi)進(jìn)行，空間寬敞，光線充足，有利于保證坡口加工的準(zhǔn)確性。此方案的最大優(yōu)勢(shì)是主管道吊裝引入后，直接可以進(jìn)行蒸汽發(fā)生器的吊裝引入，不影響核島安裝關(guān)鍵路徑上的后續(xù)工作如環(huán)吊安裝、CV頂蓋安裝等工作，從而縮短整個(gè)核島安裝周期，為后續(xù)項(xiàng)目主管道安裝提供借鑒。

作者簡(jiǎn)介：陳根衛(wèi)（1966.1—），男，漢族，杭州人，浙江省火電建設(shè)公司，大學(xué)，學(xué)士，高級(jí)工程師，主要從事電廠熱能專業(yè)技術(shù)工作。