AP1000鋼制安全殼施工技術優(yōu)化分析

蘭學文，周少麗

（山東核電有限公司，山東 煙臺 265116）

AP1000鋼制安全殼施工技術優(yōu)化分析

蘭學文，周少麗

（山東核電有限公司，山東 煙臺 265116）

AP1000核電廠鋼制安全殼（CV）施工過程中與核島土建、安裝深度交叉，對安全、質量和進度影響較大。文章通過對AP1000依托化項目鋼制安全殼施工實施過程中存在的問題和好的經驗進行分析總結，從鋼結構的安裝優(yōu)化及吊裝安全角度對鋼制安全殼筒體提出采用“4-2-2-3”的分段形式。同時，對鋼制安全殼筒體上的人員閘門供貨及安裝方式、貫穿件、剪力釘、附件板等的安裝邏輯和施工時機進行優(yōu)化分析，旨在對AP1000后續(xù)項目提供可參考的建議。

AP1000；鋼制安全殼；閘門；交叉施工

AP1000是由美國西屋公司開發(fā)的先進的非能動的壓水堆（Advanced Passive PWR）。AP1000基于成熟的壓水堆核電廠技術，在安全系統上最大程度地采用了非能動的自然力（壓縮空氣、重力流、自然循環(huán)等）以簡化核電站的結構，并采用模塊化建造技術，從而提高了安全性，縮短了建造周期，降低了造價和今后的運行和維修成本。

AP1000鋼制安全殼（簡稱CV）是一個圓柱形鋼制容器，分為底封頭、中間筒體以及頂封頭等主要結構模塊，安全殼整體結構如圖1所示；是隔離安全殼內、外部環(huán)境的邊界，在事故狀態(tài)下起到限制裂變產物釋放的作用，并且為安全殼冷卻系統提供換熱面，構成安全相關最終熱阱，執(zhí)行非常重要的安全功能［1-2］。安全殼由260塊不同形狀的弧板組成，其中上、下封頭各由64塊不同形狀、大小、曲率的弧板組成，筒體分11圈，每圈由12張鋼板拼接而成［3］。施工還涉及2個人員閘門、2個設備閘門，42個機械貫穿件、29個電氣貫穿件以及環(huán)吊梁、加強圈、附件板、空氣導流板支架、剪力釘、圍堰等附件的安裝。

圖1　 AP1000鋼制安全殼整體示意圖Fig.1　Sketch of AP1000 containment vessel

1　CV施工優(yōu)化建議

1.1CV筒體分段優(yōu)化

CV中間筒體共分為11圈板，依托化項目最初設計按照3個環(huán)段（即4-4-3結構）進行組裝吊裝，但是考慮到吊具吊裝載荷不足及吊車吊裝安全的問題，同時滿足施工進度的情況下，兩個依托化項目（三門核電站、海陽核電站）都通過設計變更將中間筒體分成了4個環(huán)段（即3-3-3-2結構）進行組裝吊裝。重量對比見表1。

依托化項目施工過程中，在CV筒體吊裝就位完成后，還需要在CV內部搭設大量的腳手架用于筒體內部鋼結構平臺（SPL22-33）和環(huán)形風管的安裝［4］。導致反應堆廠房內交叉施工、垂直作業(yè)、空間狹小，帶來了一系列的安全隱患，同時也不利于施工質量和進度。

表1　筒體分3環(huán)與4環(huán)各環(huán)段的重量對比T able 1　Comparison of the cylinder weight when dividing into 3 and 4 rings respectively

后續(xù)項目（以海陽核電站為例）優(yōu)化建議：

通過施工總結和查閱相關技術文件，可以得出筒體內部鋼結構平臺（SPL22-33）位于第五圈和第六圈板上，環(huán)形風管位于第七圈和第八圈板上。后續(xù)項目可以在CV拼裝場地將鋼結構平臺（SPL22-33）和環(huán)形風管全部安裝完成后整體隨CV吊裝進入核島，這樣就可以避免在島內重新搭設腳手架進行安裝，在保證就位精度的基礎上可以大大降低施工安全風險和節(jié)省工期。建議的筒體分段方式為：4-2-2-3結構。鋼結構平臺（SPL22-33）隨二環(huán)整體就位，環(huán)形風管隨三環(huán)整體就位。吊裝方式如下：

1）二環(huán)和三環(huán)，與依托化項目吊裝方式相同：3 200 t吊車塔式工況；采用CV主吊梁；8個吊耳和8個可調拉桿、1個過渡梁、8個分配器的索具系統。

2）一環(huán)和四環(huán)［5］：吊車工況：一環(huán)環(huán)體吊裝工況為3 200 t吊車主臂工況，四環(huán)環(huán)體吊裝工況為塔式工況；

取消CV主吊梁：經分析建議環(huán)體吊裝時取消主吊梁，減少吊裝重量97 t；

吊耳布置：建議將環(huán)體吊裝的8個吊耳改為16個吊耳，16個吊耳位于環(huán)體加強圈位置及環(huán)吊梁位置，使環(huán)體受力均勻；

吊索具布置：根據16個吊耳位置設置16根澆鑄索具、16個可調拉桿、1個過渡梁、8個分配器的索具系統；

環(huán)體防變形措施：根據實際吊裝運輸受力分析增加防變形措施并在CV拼裝場地完成。

1.2附件板安裝優(yōu)化

依托化項目附件板施工主要存在的問題是：附件板設計變更繁多，且附件板數量多、分布廣，分布在CV主體各個部位，需要核島現場大量的腳手架搭設，并且與其他承包商施工作業(yè)存在大量交叉現象。

后續(xù)項目優(yōu)化建議：

1）根據依托化項目施工經驗，附件板在拼裝場地安裝后隨CV整體吊裝就位后的精度是可以滿足設計要求的。在后續(xù)項目中需要設計方將附件板設計盡早固化，以便啟動制造工作，及時供貨。

2）附件板安裝工作安排在模塊拼裝區(qū)完成，減少腳手架的搭設，降低施工安全風險，縮短施工工期。

1.3環(huán)吊梁安裝優(yōu)化

針對環(huán)吊梁的安裝，依托化項目是散件供貨，在拼裝場地焊接完成下環(huán)板、筋板及部分孔板，上環(huán)板及部分孔板的安裝是分塊在核島完成的，如圖2所示。由于高空作業(yè)且屬于受限空間，現場預熱氣管、電纜線鋪設存在很大的安全隱患，不利于安全文明施工管理要求。

圖2　CV環(huán)吊梁（上環(huán)板未安裝）Fig.2　CV polar crane (upper ring plate uninstalled)

后續(xù)項目優(yōu)化建議：

考慮到設備制造廠施工條件的優(yōu)越性，建議環(huán)吊梁供貨方式為：將下環(huán)板、筋板和部分孔板與筒體板在設備廠焊接成組件供貨，共分為12個模塊，現場僅需組對焊接12個模塊之間的連接板。由于對上環(huán)板的水平度安裝精度要求較高，上環(huán)板和部分孔板仍然在筒體吊裝就位到核島后安裝。

1.4設備閘門和人員閘門安裝優(yōu)化

CV上設有兩個設備閘門和兩個人員閘門，基本參數見表2。

（1）設備閘門

依托化項目下部設備閘門是在CV一環(huán)吊裝就位到核島以后安裝焊接的，在與CV組對焊接過程中，與CV內外部土建施工交叉作業(yè)明顯，施工作業(yè)條件受限。同時，由于設備閘門供貨滯后，反應堆廠房CV下部設備閘門區(qū)域107 ft維修平臺土建預留了后澆帶，該區(qū)域鋼結構無法施工，進而影響上部135 ft運行平臺土建施工。上部設備閘門位于3-3-3-2結構的CV一環(huán)與二環(huán)之間，是在二環(huán)就位后安裝焊接的，同樣存在交叉施工及影響135 ft土建施工的問題。

表2　設備及人員閘門參數T able 2　Parameters of equipment hatch and personnel airlock

后續(xù)項目優(yōu)化建議：

在保證閘門按期供貨的基礎上，將上、下部設備閘門在CV拼裝場地安裝在CV一環(huán)上（4-2-2-3結構），隨CV一環(huán)整體吊裝就位，可以減少核島現場工作量，降低與土建交叉施工風險。同時土建無須預留后澆帶，不影響反應堆廠房內部結構施工。

（2）人員閘門

依托化項目人員閘門到貨方式為（插板）+（套筒和筒體組件）兩部分，如圖4所示，是在核島進行安裝的，先組裝焊接插板（1個月），然后完成套筒和筒體組件吊裝、及套筒和插板之間的焊接（約1.5個月）。由于供貨滯后及施工邏輯影響，內部107 ft留設了后澆帶，外部影響了屏蔽墻施工（上部設備閘門影響135 ft土建及屏蔽墻施工）。

后續(xù)項目優(yōu)化建議：

將人員閘門供貨方式改為（插板和套筒）+（筒體組件）兩部分，在一環(huán)拼裝場地完成插板和套筒與CV筒體的安裝焊接，與一環(huán)整體吊裝核島就位后完成插板與底封頭的焊接；屏蔽墻和輔助廠房具備條件后吊裝閘門筒體組件，選擇在適當時機在屏蔽墻和CV之間的環(huán)廊內進行套筒與筒體組件的焊接。縮短插板焊接時間，減少對內部土建結構影響；提前完成了套筒和插板之間的焊接，避免了與土建交叉施工；對外部結構無影響。但需要考慮筒體組件與套筒之間的焊縫在現場組對焊接的可行性及成品保護問題。

圖3　CV下部人員閘門示意圖Fig.3　Sketch-map of CV lower personnel airlock

1.5貫穿件安裝優(yōu)化

機械貫穿件數量有42個（補強板15塊），電氣貫穿件29個（補強板29塊），依托化項目中貫穿件都是在核島安裝在CV上，施工過程中，主要存在以下問題：

1）在核島施工普遍存在交叉作業(yè)，施工中受作業(yè)條件的協調影響；如腳手架搭設和吊機使用相互制約，造成工期的延誤；

2）在核島施工中，由于交叉作業(yè)的存在，不利于貫穿件的成品保護；

3）射線探傷工作經常受土建混凝土施工制約，無損檢測工作進度緩慢；

4）貫穿件套筒與補強板焊接應力不易釋放，易產生焊接缺陷。

后續(xù)項目優(yōu)化建議：

貫穿件補強板與套筒整體供貨，在拼裝現場僅需進行筒體與補強板焊接；將貫穿件的放線測量、開孔、補強板安裝等工作集中在CV組裝場地進行，并做完NDE及熱處理工作后，隨模塊整體吊裝至核島。

1.6油漆涂裝時機優(yōu)化

依托化項目安全殼內表面107′-142′需要涂裝面漆，該區(qū)域面漆是在預制場涂裝車間完成的。CV環(huán)安裝到現場后，由于該區(qū)域處于底層，交叉作業(yè)較多，面漆表面已經出現了較為嚴重的泛黃污染，局部區(qū)域出現微裂紋、漆膜脫落等現場，整體面漆質量已經不能滿足質量要求，需要返工處理。

后續(xù)項目優(yōu)化建議：

對于CV內表面需要涂裝面漆的區(qū)域，預制場油漆工作只完成底漆涂裝及底漆補漆即可，CV在核島現場安裝后，待該區(qū)域大宗材料安裝基本結束時，現場進行面漆整體涂裝工作。

1.7剪力釘安裝優(yōu)化

依托化項目CV底封頭剪力釘安裝，是在底封頭焊接成形后，再通過搭設的腳手架、升降臺等進行剪力釘定位劃線和安裝工作，費時費力，且存在安全隱患。

后續(xù)項目優(yōu)化建議：

將剪力釘的劃線工作在板材拼裝前進行，根據圖紙和封頭板尺寸，提前在各個封頭板上劃出方位和標高基準線，根據基準線采用直尺或卷尺測量出各剪力釘的位置。封頭板組對焊接后，進行剪力釘定位驗證，若位置偏差滿足設計要求，直接焊接，若位置偏差不滿足設計要求，則確定偏移量，重新確定位置，合格后方可焊接。

2　 結束語

以上所述為AP1000依托化項目鋼制安全殼施工過程中的經驗總結，對施工邏輯和設計提出了改進建議，旨在為后續(xù)項目施工提供建設性參考，減少現場交叉施工、降低安全風險、提高施工效率。

［1］ 朱繼洲. 壓水堆核電廠的運行［M］. 北京：原子能出版社，2000：25-83. （ZHU Ji-zhou. Operation of PWR Nuclear Power Plants［M］. Beijing： Atomic Energy Press， 2000： 25-83.）

［2］ 林誠格. 非能動安全先進壓水堆核電技術［M］. 北京：原子能出版社，2010：18-32. （LIN Cheng-ge. An Advanced Passive Safety PWR Technology［M］. Beijing： Atomic Energy Press， 2000： 18-32.）

［3］ 蘭學文. AP1000鋼制安全殼拼裝焊接變形控制［J］.中國核電，2014，7（2）：134-139. （LAN Xuewen. Deformation Control in Assembly and Welding of AP1000 Containment Vessel［J］. China Nuclear Power， 2014， 7（2）：134-139.）

［4］ 陳晶晶，張加軍，等. AP1000核電站安全殼廠房建造施工邏輯分析［J］. 施工技術，2014（21）：36-39. （C H E N J i n g-j i n g， Z H A N G J i ajun， et. al. Construction Logic Analysis for AP1000 Containment Building［J］. Construction Technology， 2014（21）：36-39.）

［5］ 鄭建祥，邱國志，等. 核電AP1000 鋼制安全殼環(huán)體模塊吊裝方法研究［J］. 工業(yè)建筑，2013，43（5）：28-32. （ZHENG Jian-xiang， QIU Zhi-guo. Study on the Annular Module Lifting Method for the AP1000 Containment Vessel［J］. Industrial Architecture， 2013， 43（5）： 28-32.）

Study on the Optimization of the AP1000 Containment Vessel Construction Technology

LAN Xue-wen， ZHOU Shao-li
（Shandong Nuclear Power Co.， Ltd.， Yantai of Shandong Prov. 265116， China）

Overlapping construction frequently occurs during the AP1000 containment vessel（CV） construction with the NI civil/erection construction， which has great impact on the safety， quality and progress. The paper analyzes and summarizes the issues occurred and positive experience during CV construction of the AP1000 self-reliance project to put forward the 4-2-2-3 sectioning of the CV cylinder from the point of view of structural steel installation optimization and lifting safety. Meanwhile， this paper also introduces the optimization analysis of the CV personnel airlock supply and installation method as well as the installation logic and construction timing of the penetrations， shear studs and attachment plates， etc.， with the purpose to provide reference for future AP1000 projects.

AP1000； containment vessel； airlock； overlapping construction

TM623 Article character：A Article ID：1674-1617（2016）02-0151-05

TM623

A

1674-1617（2016）02-0151-05

2015-12-30

蘭學文（1983—），男，山東煙臺人，工程師，碩士，從事AP1000核電站鋼制安全殼等主設備施工管理工作。