簡(jiǎn)論核電站反應(yīng)堆壓力容器安裝技術(shù)及方案研究

中國(guó)電建集團(tuán)核電工程有限公司 賈廣明 孫 超

反應(yīng)堆壓力容器在核島安全殼廠房中處于核心區(qū)域，安裝空間較為狹小且對(duì)安裝精度要求較高。針對(duì)不同堆型的核島安全殼廠房需采用不同工藝完成翻轉(zhuǎn)及安裝，翻轉(zhuǎn)及安裝過(guò)程安全質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)大，對(duì)工序銜接要求精確，成品保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)高。設(shè)備引入安裝根據(jù)核島不同設(shè)計(jì)堆型，通常分為水平式和開(kāi)頂式兩種。本文通過(guò)對(duì)現(xiàn)有水平式典型引入安裝工藝進(jìn)行系統(tǒng)論述及分析，提出相應(yīng)工藝改進(jìn)設(shè)想，以期高效率低風(fēng)險(xiǎn)的完成反應(yīng)堆壓力容器的引入、翻轉(zhuǎn)、安裝過(guò)程。

1 反應(yīng)堆壓力容器安裝概述

反應(yīng)堆壓力容器（RPV）是核電廠的關(guān)鍵設(shè)備，其質(zhì)保等級(jí)為Q1級(jí)，安裝質(zhì)保等級(jí)為Q2級(jí)，外形尺寸約為6965mm×6407mm×9454.2mm，凈重約298t、毛重約335t。壓力容器筒體是由下封頭、筒體、冷卻劑進(jìn)出口接管嘴、容器法蘭、檢漏管等零部件焊接而成的整體，筒體內(nèi)表面是耐腐蝕的不銹鋼堆焊層，整個(gè)容器豎直安裝在反應(yīng)堆壓力容器支承環(huán)上。主要安裝工藝集中在壓力容器重載運(yùn)輸車(chē)的組裝、提升裝置連接、壓力容器在重載運(yùn)輸車(chē)上就位、翻轉(zhuǎn)抱環(huán)和翻轉(zhuǎn)支架安裝、RPV 用環(huán)吊連接工具安裝、壓力容器翻轉(zhuǎn)、壓力容器吊裝、就位調(diào)整等施工工序，其中吊裝翻轉(zhuǎn)直立是整個(gè)安裝工藝中最為繁瑣的環(huán)節(jié)。

2 現(xiàn)有安裝工藝流程簡(jiǎn)述

2.1 設(shè)備運(yùn)輸

RPV 通過(guò)重載運(yùn)輸車(chē)輛運(yùn)至RPV 轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)底層。在RPV 轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)二層組裝重載轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)并進(jìn)行拖拽試驗(yàn)，檢查重載轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)，確保各機(jī)構(gòu)動(dòng)作靈敏、滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)、無(wú)異常振動(dòng)，各設(shè)備工作協(xié)調(diào)、連接無(wú)松動(dòng)、整個(gè)行程上無(wú)障礙物；將RPV 重載轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)定位在RPV 臨時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)上，重載轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)準(zhǔn)備完成后，將反應(yīng)堆壓力容器運(yùn)輸至RPV 起升架下位置。

2.2 設(shè)備起升至RPV 轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)

連接RPV 起升裝置，將RPV 起升梁與吊鉤相連，轉(zhuǎn)動(dòng)檢查銷(xiāo)軸拔出器手柄靈活程度。將兩根RPV 提升索具的一側(cè)繩頭安裝到RPV 提升梁同一側(cè)的兩個(gè)銷(xiāo)孔上，固定銷(xiāo)軸，然后將RPV 提升索具繩頭穿過(guò)RPV 底部，將繩頭用銷(xiāo)軸與提升梁連接并鎖定銷(xiāo)軸防止銷(xiāo)軸自動(dòng)退出，檢查RPV 提升索具到RPV 重心距離相等；將RPV 從0m 吊裝至二層轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)的RPV 重載運(yùn)輸車(chē)上。然后將RPV 提升索具繩頭與吊裝梁的吊耳連接，再將RPV 提升梁與RPV 提升索具之間的銷(xiāo)軸向外抽出，拆下提升索具繩頭，將銷(xiāo)軸插回繩頭并鎖定。啟動(dòng)液壓牽引裝置，將RPV牽引至龍門(mén)架廠房中間區(qū)域后，拆除提升索具。

2.3 設(shè)備翻轉(zhuǎn)

在地面上預(yù)組裝RPV 翻轉(zhuǎn)抱環(huán)，將抱環(huán)兩個(gè)半圓抱箍使用螺栓拼在一塊，保證各處螺栓連接可靠。將預(yù)組裝好的翻轉(zhuǎn)抱環(huán)吊至RPV 轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)上。在二層轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)上，調(diào)整RPV 翻轉(zhuǎn)抱環(huán)與RPV 同心后，將RPV 翻轉(zhuǎn)抱環(huán)緩慢的套裝在RPV 尾部的翻轉(zhuǎn)抱環(huán)安裝位置上。抱環(huán)末端的弧板和容器底封頭貼緊，避免弧面段干涉或間隙過(guò)大；拆除RPV 翻轉(zhuǎn)抱環(huán)兩個(gè)半圓抱箍間的定距管，擰動(dòng)調(diào)節(jié)螺母調(diào)節(jié)翻轉(zhuǎn)抱環(huán)，使翻轉(zhuǎn)抱環(huán)上兩個(gè)翻轉(zhuǎn)耳軸的軸線同軸并處于同一水平面，且需控制偏差不超過(guò)2mm；緊固連接兩個(gè)半圓套箍的螺栓，對(duì)翻轉(zhuǎn)抱環(huán)進(jìn)行緊固。

通過(guò)液壓拖拽裝置拖拽RPV 重載運(yùn)輸小車(chē)，將RPV 運(yùn)輸至反應(yīng)堆廠房。當(dāng)RPV 法蘭面與安全殼距離達(dá)到環(huán)吊吊鉤小車(chē)極限位置時(shí)即可停止運(yùn)輸。使用螺栓將凸耳組件安裝在RPV 本體頂部法蘭上。安裝時(shí)，需測(cè)量RPV 法蘭口徑半徑值和凸耳組件實(shí)際值，確定凸耳組件與RPV 法蘭口處側(cè)向表面間隙為0mm，如有間隙須添加墊片進(jìn)行調(diào)節(jié)，使兩者最大間隙公差不超過(guò)1mm，直至凸耳組件的止口通過(guò)調(diào)節(jié)墊片貼緊對(duì)應(yīng)的RPV 法蘭口處外表面，然后安裝吊桿組件。將RPV 牽引到翻轉(zhuǎn)位置并鎖定牽引裝置，將兩個(gè)RPV 翻轉(zhuǎn)支架就位于安裝位置。

用環(huán)吊稍微吊起RPV 前端，將翻轉(zhuǎn)耳軸順利、平穩(wěn)的放到翻轉(zhuǎn)支架耳軸座的半圓形支承面內(nèi)，并保證兩個(gè)翻轉(zhuǎn)耳軸均與耳軸座的半圓形支承面良好接觸。提升和移動(dòng)環(huán)吊吊鉤將RPV 翻轉(zhuǎn)豎立。翻轉(zhuǎn)過(guò)程中觀察翻轉(zhuǎn)耳軸與翻轉(zhuǎn)支架耳軸座接觸良好，翻轉(zhuǎn)過(guò)程中保證吊桿與鉛垂線之間的夾角控制在5°以?xún)?nèi)，翻轉(zhuǎn)完成后拆除翻轉(zhuǎn)抱環(huán)。

2.4 設(shè)備就位調(diào)整

RPV 設(shè)備引入前需提前在反應(yīng)堆廠房安裝壓力容器支撐環(huán)，支撐環(huán)通過(guò)RPV 轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)提升架引入到反應(yīng)堆廠房中。安裝前通過(guò)激光跟蹤儀等高精度測(cè)量?jī)x器對(duì)RPV 安裝環(huán)境進(jìn)行三維定位測(cè)量，檢查支撐環(huán)預(yù)埋基礎(chǔ)板標(biāo)高、支撐環(huán)中心安裝位置定位、支撐環(huán)底部法蘭軸線定位、支撐環(huán)圓度等數(shù)據(jù)，并調(diào)整側(cè)部止擋塊與支撐環(huán)間隙，保持在0.2～0.5mm內(nèi)。根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)調(diào)整支撐環(huán)上調(diào)整頂絲，使支撐環(huán)吊入堆芯后能滿(mǎn)足安裝標(biāo)高，然后使用環(huán)吊將支撐環(huán)吊入堆腔就位安裝。就位后再通過(guò)高精度測(cè)量?jī)x器三維復(fù)測(cè)，并微調(diào)支撐環(huán)各項(xiàng)安裝數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)確認(rèn)無(wú)誤后進(jìn)行二次灌漿，灌漿后再次進(jìn)行三維精密測(cè)量，核對(duì)前后數(shù)據(jù)是否發(fā)生偏離。

在RPV 支承環(huán)安裝后，根據(jù)三維測(cè)量結(jié)果加工水平調(diào)整板。加工時(shí)依據(jù)壓力容器安裝標(biāo)高，壓力容器支撐環(huán)6個(gè)支撐面的標(biāo)高，以及壓力容器本體支撐面的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，在RPV 支承環(huán)上對(duì)應(yīng)位置安裝水平調(diào)整板。將RPV 吊運(yùn)至支承環(huán)上方，并準(zhǔn)確就位在支承環(huán)的6個(gè)RPV 接管嘴支承臺(tái)上，就位時(shí)應(yīng)監(jiān)控RPV 管嘴與堆腔水池壁的間隙，以及RPV 筒體與保溫層之間的間隙，避免碰撞。

就位后檢查RPV 法蘭上的堆內(nèi)構(gòu)件吊籃支承面的標(biāo)高、水平度以及RPV 就位方位。測(cè)量水平滑動(dòng)板下表面與水平調(diào)整板上表面之間的間隙，確保其間隙值在0～0.05mm 范圍內(nèi)。測(cè)量RPV 支承環(huán)與RPV 接管支承凸臺(tái)的側(cè)面間隙數(shù)據(jù)，安裝加工后的側(cè)向調(diào)整板和側(cè)滑板，調(diào)整完成后拆除凸耳組件及同環(huán)吊連接的工具。清理現(xiàn)場(chǎng)后，安裝結(jié)束。

3 現(xiàn)有安裝工藝缺點(diǎn)分析及改進(jìn)設(shè)想

由于自主化三代核電技術(shù)壓力容器下封頭是光滑的半球形結(jié)構(gòu)，采用兩半式的翻轉(zhuǎn)抱環(huán)通過(guò)螺桿嚙合抱緊壓力容器，不僅要求嚙合力矩滿(mǎn)足翻轉(zhuǎn)需要，還要求保持側(cè)向翻轉(zhuǎn)耳軸的水平度偏差在1mm的控制范圍內(nèi)；同時(shí)在翻轉(zhuǎn)過(guò)程中一直保持翻轉(zhuǎn)耳軸與翻轉(zhuǎn)支架之間的兩側(cè)間隙均勻，整個(gè)施工過(guò)程具有很大的施工難度。在組合安裝翻轉(zhuǎn)抱環(huán)和翻轉(zhuǎn)支架過(guò)程中，由于過(guò)程繁復(fù)，存在較高的安全風(fēng)險(xiǎn)和質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。為保證施工質(zhì)量，需要提前5～7天進(jìn)行設(shè)備翻轉(zhuǎn)前準(zhǔn)備工作，該連接方式工序復(fù)雜，需長(zhǎng)時(shí)間占用反應(yīng)堆廠房設(shè)備引入通道和環(huán)吊機(jī)械，并投入大量的人力和時(shí)間進(jìn)行安裝，經(jīng)濟(jì)性較低。不僅增加了施工安全風(fēng)險(xiǎn)，也增加了工作量，不利于施工安全、成本等綜合管理。

通過(guò)分析的當(dāng)前安裝工藝存在的缺點(diǎn)，結(jié)合AP1000等堆型使用的開(kāi)頂法吊裝工藝，考慮在反應(yīng)堆廠房?jī)?nèi)采用凸耳組件配合雪橇型J 型架式的翻轉(zhuǎn)方式完成翻轉(zhuǎn)直立，避免使用翻轉(zhuǎn)抱環(huán)的弊端，從而降低了安全風(fēng)險(xiǎn)和工作量（圖1）。

圖1 J 型翻轉(zhuǎn)架及使用示意圖

安裝翻轉(zhuǎn)過(guò)程中，前半程與現(xiàn)有工藝類(lèi)同，但在RPV 提升引入至RPV 轉(zhuǎn)運(yùn)平臺(tái)前，預(yù)先在引入通道內(nèi)安裝翻轉(zhuǎn)抱環(huán)支架的區(qū)域布置J 型翻轉(zhuǎn)架，并取消進(jìn)入反應(yīng)堆廠房前的翻轉(zhuǎn)抱環(huán)安裝工序。重載運(yùn)輸小車(chē)直接將RPV 拖運(yùn)至廠房?jī)?nèi)翻轉(zhuǎn)位置，水平吊起RPV 并放置在J 型翻轉(zhuǎn)支架上，J 型翻轉(zhuǎn)工具通過(guò)抱箍型小抱環(huán)和反應(yīng)堆壓力容器捆綁在一起、形成固定。然后安裝凸耳組件和吊桿組件。起升環(huán)吊，翻轉(zhuǎn)工具的J 型下端設(shè)計(jì)能使壓力容器從平臥狀態(tài)到直立狀態(tài)的動(dòng)作平順完成。RPV 直立翻轉(zhuǎn)過(guò)程后，通過(guò)兩個(gè)楔形支座將J 型翻轉(zhuǎn)裝置固定，便于拆除小抱環(huán)。

通過(guò)以上改進(jìn)工藝安裝核電站反應(yīng)堆壓力容器，可有效解決安裝準(zhǔn)備階段施工難度大、施工時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題，預(yù)計(jì)可節(jié)省安裝準(zhǔn)備時(shí)間3～4天，并能減少對(duì)環(huán)吊、廠房主通道等施工資源的依賴(lài)，提高施工效率。因而具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益，可供同國(guó)產(chǎn)三代核電機(jī)組RPV 施工中參考及深化研究。