臺(tái)山CEPR核電站核島支架優(yōu)化及在施工中的應(yīng)用

唐文彬　李福東

摘 要：該文簡單介紹了核電站支架分類，通過比對(duì)研究臺(tái)山CEPR支架的設(shè)計(jì)工具、結(jié)構(gòu)形式、材料選用、生根方式、供貨形式等方面的特點(diǎn)，分析了臺(tái)山CEPR支架優(yōu)化和對(duì)施工的影響，對(duì)后續(xù)核電站核島支架設(shè)計(jì)選用提供了良好借鑒，也為現(xiàn)場施工提供了便利。

關(guān)鍵詞：EPR 核電站 核島 支架

中圖分類號(hào)：TM62 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）01（c）-0003-02

Abstract：This paper briefly introduce the nuclear power plant support categories.By comparing and studying the characteristics of Taishan CEPR supports design tools， structural styles，material choosing，rooting methods and supply forms，this paper analyze the influence of Taishan CEPR supports optimization to construction.It is providing a good references to the following nuclear power plant nuclear island support design material choosing，and also offer conveniences to site construction.

Key Words：EPR；Nuclear Power Plant；Nuclear Island；Support

EPR機(jī)組是目前技術(shù)最先進(jìn)的三代核電機(jī)組之一，是目前世界上單機(jī)容量最大的核電機(jī)組。該機(jī)組以法國N4型和德國KONVOI型核電站為設(shè)計(jì)參考，充分吸收了法國和德國核電設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，EPR總體設(shè)計(jì)目標(biāo)和安全指標(biāo)都達(dá)到了第三代核電站的要求。

臺(tái)山核電站位于廣東省江門市赤溪鎮(zhèn)，一期工程引進(jìn)2臺(tái)EPR機(jī)組，設(shè)計(jì)和采購主要供應(yīng)商為法國AREVA NP公司（以下簡稱ANP），定名為CEPR（中國改進(jìn)型壓水堆），單機(jī)設(shè)計(jì)容量1750 MW，是目前世界上，單機(jī)容量最大的反應(yīng)堆，是中國廣核集團(tuán)首個(gè)采用第三代核電技術(shù)的示范工程。

1 核電站支架簡介

核電站核島安裝工程總計(jì)分為10個(gè)安裝包，支架的預(yù)制和安裝屬于EM4輔助系統(tǒng)安裝包。由于核電工程的特殊性，核電站核島輔助管道支架與其他工程管道支架有著很大的差別，支架安裝的各方面要求更為嚴(yán)格、復(fù)雜，管道支架的安裝質(zhì)量直接影響到管道的安裝，進(jìn)而影響系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)。上述的特點(diǎn)分別體現(xiàn)在設(shè)計(jì)、材料、功能、安裝技術(shù)要求和難度等諸多方面。

核島支架可按照下面兩個(gè)方式進(jìn)行分類。

1.1 支架按RCC-M標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)

核島輔助管道中的支架，按照法國《壓水堆核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)與建造規(guī)則》（簡稱RCC-M法規(guī)）[1]中的H1300篇的規(guī)定，可分為S1、S2級(jí)，除此之外還有NC級(jí)（NC級(jí)即非RCC-M級(jí)）。

支架的級(jí)別與被支承設(shè)備級(jí)別相關(guān)聯(lián)，具體可分為：

—S1級(jí)支架：支承1級(jí)設(shè)備或部件；

—S2級(jí)支架：支承2級(jí)或3級(jí)設(shè)備或部件；

—NC級(jí)支架：支承NC級(jí)設(shè)備或部件；

當(dāng)級(jí)別不同的兩個(gè)或兩個(gè)以上設(shè)備共用一個(gè)支架時(shí)，支架的級(jí)別按級(jí)別最高的那個(gè)設(shè)備定級(jí)。

1.2 支架按安裝階段分級(jí)

支架的安裝可分為兩個(gè)不同階段：第一階段、第二階段。對(duì)應(yīng)于這兩個(gè)階段支架，我們習(xí)慣稱之為一階段（第一級(jí)）支架和二階段（第二級(jí)）支架（這不同于RCC-M中規(guī)定的S1、S2級(jí)）。

第一級(jí)支架指的是固定到土建鋼結(jié)構(gòu)或混凝土結(jié)構(gòu)上的固定部件和輔助鋼結(jié)構(gòu)架。對(duì)于不同支架型式，一級(jí)支架的組成也不同。如：對(duì)于懸臂梁式支架，一級(jí)支架包括基板（預(yù)埋板除外）和懸臂梁；對(duì)于吊架，一級(jí)支架包括基板和吊耳；對(duì)于橫向限位器及其它結(jié)構(gòu)梁型支架，一級(jí)支架包括基板和結(jié)構(gòu)梁部分。

第二級(jí)支架包括：管道限位和固定部件、中間支承件，是支架功能的主要體現(xiàn)。

管道限位和固定部件包括：整體化固定支座附件（假三通）、支架限位部件、導(dǎo)向部件、彎管托（耳軸）、U型管卡、管夾、抗擺動(dòng)支承中間連接部件、拉桿、緩沖器拉桿、彈簧箱等。

中間支承部件包括：吊環(huán)螺母、法蘭螺栓、U型連接件、吊桿、吊桿連接件、吊架橫擔(dān)梁等等。

2 臺(tái)山CEPR核島支架的優(yōu)化及對(duì)現(xiàn)場施工的影響

為了優(yōu)化支架的預(yù)制和安裝，EPR在充分借鑒歐洲核電站的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，重新設(shè)計(jì)并規(guī)范了管道支架的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，并將該優(yōu)化用于臺(tái)山CEPR的管道支架設(shè)計(jì)。

2.1 采用PDMS三維設(shè)計(jì)，充分考慮空間布置，減少干涉

臺(tái)山CEPR的一個(gè)典型特點(diǎn)是采用PDMS三維軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。PDMS是一種高效一體化工廠全專業(yè)二三維系統(tǒng)和布置協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)，在以解決工廠設(shè)計(jì)最難點(diǎn)-工藝和管道設(shè)計(jì)為核心的同時(shí)，解決設(shè)備、建筑、土建、結(jié)構(gòu)、暖通、電氣、儀表、支吊架等各專業(yè)詳細(xì)二維系統(tǒng)設(shè)計(jì)和三維布置設(shè)計(jì)，使各專業(yè)間充分關(guān)聯(lián)聯(lián)動(dòng)?？梢詮亩S工廠邏輯模型可以直接生成三維工廠模型，而后生成各專業(yè)或多專業(yè)布置圖、結(jié)構(gòu)圖、支吊架安裝圖等等。PDMS可提高設(shè)計(jì)效率50%以上，并使無差錯(cuò)設(shè)計(jì)和無碰撞施工成為可能實(shí)現(xiàn)的事實(shí)。用戶只需擁有它就可進(jìn)行工藝、設(shè)備、建筑、管道、土建、結(jié)構(gòu)、暖通、電氣、儀表等各專業(yè)二維系統(tǒng)設(shè)計(jì)和三維布置設(shè)計(jì)，不需另外購買圖形平臺(tái)軟件、數(shù)據(jù)庫平臺(tái)軟件、自動(dòng)出圖軟件、單管圖軟件、配管圖（下料圖）軟件等。endprint

設(shè)計(jì)方在進(jìn)行管道支架設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮空間因素等，在三維環(huán)境設(shè)計(jì)完成后，導(dǎo)出為平面施工圖紙。三維設(shè)計(jì)在臺(tái)山CEPR的實(shí)施，將大大減少支架與各個(gè)專業(yè)間沖突，較少不必要的設(shè)計(jì)修改和返工。

2.2 簡化支架結(jié)構(gòu)，減少支架焊口數(shù)量

ANP在充分借鑒歐洲電站支架設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)臺(tái)山CEPR支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，二階段采用了成品供貨部件，與CPR1000相比，支架結(jié)構(gòu)大為簡化。在結(jié)構(gòu)簡化的基礎(chǔ)上，每張支架圖的焊口數(shù)量較CPR1000也大為減少，每張支架圖基本不超過3個(gè)，大大減少焊接工作量。

臺(tái)山CEPR支架的一般結(jié)構(gòu)分為支架生根部分、連接部分（方鋼、方形板或其他剛性支撐）和二階段支架（決定支架功能）三部分組成，詳見圖1、圖2。

上述兩種結(jié)構(gòu)只是基本結(jié)構(gòu)，實(shí)際可能隨著空間和功能的不同引申出不同的組合方式，但基本的結(jié)構(gòu)形式是一致的。

支架結(jié)構(gòu)優(yōu)化，需加工一階段支架部分的工作量大為較少，為預(yù)制節(jié)省了工期。而單個(gè)支架焊口數(shù)量的大幅度減少，也給現(xiàn)場安裝帶來了便利。

2.3 采用簡單型材構(gòu)成支架，焊接方便

由于一階段支架需焊接在預(yù)埋板或土建鋼結(jié)構(gòu)上，所以設(shè)計(jì)方在一階段支架的設(shè)計(jì)上采用形狀簡單的型材—— 方剛，來替代CPR1000常用的工字鋼和槽鋼等形狀復(fù)雜的型材，由于該設(shè)計(jì)理念的應(yīng)用，現(xiàn)場支架的焊接時(shí)間將會(huì)減少。規(guī)格相近的方鋼和工字鋼焊接，方鋼的焊縫焊接的工作量都較少，考慮到焊縫的焊渣清理以及焊縫檢驗(yàn)等工作，單個(gè)焊縫焊接效率至少提高50%以上。

2.4 大量使用預(yù)埋板代替錨固螺栓板

臺(tái)山CEPR的設(shè)計(jì)方在土建設(shè)計(jì)階段就設(shè)計(jì)了大量的預(yù)埋板，以便后續(xù)的支架安裝時(shí)可以采用預(yù)埋板焊接而不是采用在CPR1000大量使用的膨脹螺栓鉆孔固定錨固板的支架安裝方式，方便現(xiàn)場安裝，提高工作效率。同時(shí)，支架安裝的固定質(zhì)量更有保證。

ANP設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的所有支架都將采用預(yù)埋板焊接的形式安裝。

2.5 二階段支架將全部采用成品供貨

標(biāo)準(zhǔn)支架手冊《EPR Support Catalogue》[2]中對(duì)臺(tái)山CEPR的二階段支架進(jìn)行詳細(xì)描述。臺(tái)山支架所需的二階段支架都將從該文件中進(jìn)行選取和制造加工。ANP進(jìn)行支架設(shè)計(jì)、供應(yīng)商對(duì)支架進(jìn)行加工制造以及安裝承包商的現(xiàn)場安裝，全部參考該文件執(zhí)行，標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。并且二階段支架全部為成品到貨，不需要再進(jìn)行二次預(yù)制。

在供貨狀態(tài)上，二階段為整體打包到貨，即單個(gè)二階段支架，包括U型箍、螺桿、板材、非標(biāo)件等等，全部為整體到貨。二階段的成品狀態(tài)及整體到貨將大大減少支架的預(yù)制量，并且對(duì)現(xiàn)場安裝帶來極高的便利。

從上面各個(gè)方面可以看出，臺(tái)山CEPR由于采用了各種設(shè)計(jì)、制造優(yōu)化，現(xiàn)場支架的預(yù)制和安裝效率，將會(huì)有一個(gè)大幅度的提升。

3 臺(tái)山CEPR支架優(yōu)化對(duì)后續(xù)核電項(xiàng)目的啟示

3.1 支架的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和制造

建議后續(xù)項(xiàng)目應(yīng)設(shè)置一個(gè)統(tǒng)一的支架設(shè)計(jì)、制造和安裝平臺(tái)。對(duì)于設(shè)計(jì)方可以是一個(gè)元件庫，設(shè)計(jì)時(shí)可以直接從元件庫中進(jìn)行選取。同時(shí)，該支架手冊文件應(yīng)與設(shè)計(jì)方的PDMS元件庫保持一致。設(shè)計(jì)、制造和安裝統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，做到標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)、制造和施工。

3.2 盡量采用預(yù)埋件的支架生根方式

預(yù)埋板焊接支架較錨固板安裝形式而言，固定質(zhì)量以及安裝進(jìn)度可以得到大幅度提高。因此后續(xù)電站在設(shè)計(jì)時(shí)，可以在土建設(shè)計(jì)階段充分考慮預(yù)埋板的設(shè)置，方便現(xiàn)場安裝。

3.3 優(yōu)化支架結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)方在進(jìn)行一階段支架的設(shè)計(jì)上采用形狀較為簡單的型材——方剛，來替代CPR1000常用的工字鋼和槽鋼等形狀復(fù)雜的型材，以減少現(xiàn)場焊接工作量和焊接難度。

4 結(jié)語

目前，臺(tái)山CEPR核電站已進(jìn)入系統(tǒng)施工階段，通過設(shè)計(jì)方對(duì)支架設(shè)計(jì)制造的優(yōu)化設(shè)計(jì)，現(xiàn)場安裝承包商的實(shí)際安裝操作，論證了EPR核島支架在設(shè)計(jì)和選型等方面給現(xiàn)場施工帶來的有利影響，為后續(xù)我國自主三代核電核島支架的優(yōu)化設(shè)計(jì)積累了經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 法國核島設(shè)備設(shè)計(jì)建造規(guī)則協(xié)會(huì) RCCM2007壓水堆核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)和建造規(guī)則.

[2] AREVA NP，EPR Support Catalogue.endprint