AP 系列核電蒸汽發(fā)生器更換方案設計

張 衍

（上海核工程研究設計院， 上海 200233）

0 引言

AP 系列3 代核電核島是兩回路設計，即每個核島有一個反應堆壓力容器、兩臺蒸汽發(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， 在進行方案設計時，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一個直徑約9m 的洞，在環(huán)形軌道吊車（簡稱環(huán)吊）主梁上安裝一臺起重能力較大的小車，先用環(huán)吊將蒸汽發(fā)生器從腔室內吊出擱置在環(huán)吊主梁中部的臨時支架上， 小車移開，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)吊設計時考慮到了蒸汽發(fā)生器更換時的工況， 如AP1000環(huán)吊在核島安裝作業(yè)時主鉤為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）設計，且在主梁中部設計了蒸汽發(fā)生器臨時擱置支架；CAP1400 環(huán)吊在核島安裝作業(yè)時主鉤為320t，主梁等按照更換蒸汽發(fā)生器的工況承載1100t 設計，且在主梁中部設計了蒸汽發(fā)生器臨時擱置支架。 但是，經驗算環(huán)吊的吊鉤起升高度達不到更換蒸汽發(fā)生器的要求，所以如果蒸汽發(fā)生器服役期內因故需要更換，則必須重新設計更換方案。

1 AP 系列3 代核電核島總體布置簡述

核島總體布置見圖1，鋼制安全殼內底部中間位置是反應堆壓力容器，壓力容器兩側各有一臺蒸汽發(fā)生器，安全殼內上部安裝一臺環(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)生器設計方案論證

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

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

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高17.20m，蒸汽發(fā)生器本體凈高度25.56m（帶泵殼高度，見圖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850t 小車與320t 小車尺寸相同（實際要大），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)生器臨時擱置支架圓弧底點標高計算值為45.53m。

換一個角度計算， 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850t小車卷筒、滑輪、吊鉤與320t 小車尺寸相同，并將850t 小車在環(huán)吊主梁上架高成高架門吊， 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。 當然這些假設都是不成立的， 也就是說原設計用850t 小車更換蒸汽發(fā)生器已經不存在可能性。

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 系列核島原設計環(huán)吊更換蒸汽發(fā)生器的功能不能實現，蒸汽發(fā)生器更換方案設計有缺陷。

實際上，AP 系列核島原設計的蒸汽發(fā)生器吊具尺寸也相當大，考慮850t 小車尺寸比320t 小車尺寸大、吊具尺寸和吊具與蒸汽發(fā)生器、小車與CV 安全殼頂封頭等需留有安全距離等， 小車要吊起蒸汽發(fā)生器并放到臨時支架上，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)生器的問題， 需要從2 個方面入手，一是提高提升機構（裝置）的起升高度，二是重新設計吊具，減小吊具自身高度尺寸。

本設計方案采用簡單經濟、 技術成熟的液壓提升裝置，因更換蒸汽發(fā)生器是獨立事件，所以使用液壓提升裝置相比使用特制的更換小車效率也會更高。 同時， 為解決CV 安全殼頂封頭內空間高度較小的問題，本設計的吊具不再將蒸汽發(fā)生器臨時擱置在環(huán)吊主梁上，而是直接用大吊車接鉤吊出或吊入核島。 新設計更換吊具見圖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 新設計更換方案工作步驟簡述

（1）將環(huán)吊運行小車停置在跨端，在環(huán)吊主梁上中間相應位置擺放45# 槽鋼作為更換吊具的移動導向軌道；然后將圖4 中 的2 個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，擱置在上部吊具組件上。 從預先放置在核島內運轉平臺上的泵站引出油管和控制電纜連接提升油缸，調試提升系統(tǒng)。

（3）將組合吊具移動到需更換蒸汽發(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)生器一起移動到環(huán)吊中間位置，見圖5。

圖5 吊具連同蒸汽發(fā)生器移動到環(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從CV 安全殼頂部將吊鉤放進核島，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 結束語

通過本文研究，AP 系列3 代核電在進行方案設計時，原設計的蒸汽發(fā)生器更換方案并不可行，目前已有多臺AP 系列核島投入運行，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，本研究是一個可行且經濟、成熟的更換方案，可以彌補初始方案設計的不足，并作為以后的相關作業(yè)的指導方案。