AP1000型核电站核岛主管道安装方案优化

陈根卫　姜煌　张家刚

摘 要：根据AP1000核岛主管道的设计特点和安装要求，参考在建工程的主管道安装方案，进行理论分析和全尺寸模拟实践，探讨了AP1000主管道安装方案的优化措施，即保证主管道安装质量，又可以加快核岛整体安装进度。

关键词：核电站；AP1000；核岛；主管道；安装

引言

AP1000核电技术为目前全球核电市场中最安全、最先进的商业核电技术。其最大的特点就是设计简练，易于操作，而且充分利用了诸多“非能动的安全体系。同时也能显著降低核电机组建设以及长期运营的成本，是国内近年来大力发展的核电技术。核电站主管道作为核岛一回路系统的核心部件，是保证核电站安全最重要的部件之一。

1.AP1000核岛主管道设计特点

AP1000一回路系统设计为两个环路（见图1），主要设备包括：一台反应堆压力容器（RV）、两台蒸汽发生器（SG）、四台主泵以及两个环路主管道。反应堆压力容器、两台蒸汽发生器分别布置在不同的房间内，环路采用厚壁大口径超低碳奥氏体不锈钢316LN整体锻件，通过热弯和热挤压锻造管段。冷段规格为φ688.85×65mm，热段规格为φ952.5×82mm。

主泵直接挂在蒸汽发生器底部，省去了主泵与蒸汽发生器之间的过渡段，减少了主管道焊缝数量，取消了主泵的支撑，简化了主回路结构。

主管道焊口坡口设计为U型坡口，焊口对口间隙小，无法采用手工氩弧焊或手工电弧焊方法焊接。压力容器和蒸汽发生器（含主泵）设备接管嘴坡口已加工，主管道供货长度方向及壁厚有二次加工余量，现场须进行坡口加工。

以往压水堆核电站主管道设计有过渡段，可以用来调整冷段和热段的安装偏差，通过横向和竖向两段调节管段来调整因焊接收缩变形产生的安装偏差。而AP1000核电站主管道在设备之间连接是单根管道，没有过渡段，焊接收缩变形只有在安装焊接过程中采取措施自行平衡。

2.在建AP1000核岛主管道安装方案

目前，AP1000在建的三门核电#1机和海阳#1机主管道已完成安装焊接工作，主管道安装方案一致。两台机组的主要安装思路（以单侧回路为例）为使用激光跟踪仪测量设备接管嘴与主管道，并建立模型，在模型中确定主管道RV侧坡口加工位置，并使用精密的坡口加工机进行切割加工，先进行RV侧组对焊接，过程中监控主管道RV侧的收缩和SG侧的变形，在RV侧完成50%壁厚时，重新测量主管道SG侧数据，更新模型，确定主管道SG侧坡口加工位置并进行坡口加工。然后从CV顶部吊装引入蒸汽发生器，与主管道进行组对焊接至50%壁厚，最后分别完成RV侧和SG侧剩余焊缝焊接，完成主管道的安装工作。该安装方案分别借助了激光跟踪测量仪器、窄间隙自动焊机和精密坡口加工设备等先进的工具来实现。

3.在建AP1000核岛主管道安装方案优缺点

三门、海阳核电站主管道的安装方案经过了实践的检验，说明该方案是有效、可靠的。由于主管道SG側的坡口是在RV侧焊接至50%后进行加工，其优点和缺点都比较明显：

3.1 优点

主管道RV侧焊接至50%后，对主管道SG侧管口进行激光测量，更新模型与SG进行组对，确定主管道SG侧的加工位置，通过精密加工设备配合可以使主管道与SG接管嘴较容易实现组对。

3.2 缺点

（1）SG房间相对比较狭小，需要布置2台管道切割机和2台坡口加工机，加工空间不足，并且坡口加工过程中，激光跟踪仪需不断地对坡口加工情况进行测量，测量难度加大。

（2）SG的吊装引入需等主管道SG侧坡口加工完成后进行，并且两个环路的SG吊装时间间隔较长（根据主管道焊接进度和坡口加工进度确定），吊装准备工作需重复进行。

（3）AP1000实行开顶法施工，SG的吊装就位影响上方环吊和CV顶封头的吊装和安装工作，延长了整个核岛的关键路径。

4.AP1000核岛主管道安装方案优化

为解决上述施工方案中的不足之处，并且同时保证主管道整体安装质量符合技术规格书要求，对此方案进行部分工序调整进行优化。

调整后的安装方案如下（以单侧回路为例）：使用激光跟踪仪测量设备接管嘴与主管道，并建立模型，在模型中确定主管道RV和SG侧坡口加工位置，并使用精密的坡口加工机进行切割加工，吊装引入主管道后，随即吊装引入蒸汽发生器搁置在上部临时支撑上，向外侧作微移避开主管道。先进行RV侧组对焊接，过程中监控主管道RV侧的收缩和SG侧的变形，调整RV侧焊接，使RV侧完成50%壁厚时，SG侧变形与理论数据保持一致，移回蒸汽发生器，蒸汽发生器（含主泵）接管嘴与主管道进行组对焊接至50%壁厚，最后分别完成RV侧和SG侧剩余焊缝焊接，完成主管道的安装工作。

4.1 理论依据

（1）主管道为整体锻件，直径大，壁厚厚，可视为一个刚性物体。刚性物体上所有点的移动轨迹均相同，当RV侧焊接收缩数据可测时，SG侧的移动数据同时也可计算得出。

（2）窄间隙自动焊接工艺和参数相对固定，母材相同，组对数据保持一致时，焊缝收缩量也是一致的。

（3）焊接过程中焊缝轴向局部不均匀收缩可以通过改变焊接起弧和收缩位置、焊接参数调整等方法进行调整。

（4）激光跟踪仪和精密坡口加工机的配合使用，加强过程测量，根据SG侧组对要求设定预警变形量，使整个施工过程处于可控状态。

4.2 实体模拟验证

针对AP1000一回路系统制作1：1实体模拟件进行实体安装模拟，实施结果验证了该方案的可行性。

（1）制作RV、SG模拟件，并根据AP1000房间设置模拟CA01墙体。接管嘴材料使用316LN不锈钢，并与主管道规格一致。

（2）固化组对数据和焊接参数，观察焊缝收缩规律、测量焊缝收缩数据，并计算出主管道RV侧最佳收缩预留值。

（3）制作主管道模拟件，采用三段式组合，两端采用316LN不锈钢，中间采用碳钢替代，管道内部填充铁砂等材料，使整体重量与实际管道一致。管道尺寸按图纸加RV侧预留值制作。

（4）模拟件安装过程RV侧焊口焊接时，每一层焊接结束后均采用激光跟踪仪对SG侧管口进行监测，并通过下一道焊缝的调整使RV侧焊缝均匀收缩，而且主管道SG侧的变形在预警范围内。

（5）当RV侧焊口焊接至50%厚度时，移动SG模拟件与主管道组对，取得成功，一只热段焊口、两只冷段焊口的组对数据均符合要求。

4.3 应注意的事项

（1）激光跟踪测量和建模

激光跟踪测量、建模是主管道安装方案的核心工作，必须保证设备管嘴、主管道及安装基准点的测量准确性。在模型中通过多次拟合，确定主管道最佳的切割位置，并严格按切割位置进行坡口加工。

（2）RV侧组对参数

主管道RV侧焊口的实际组对参数，应以建模的参数为依据，不能随意改变组对参数。

（3）RV侧焊接过程监测和调整

RV侧焊口焊接时，焊接参数应严格执行焊接工艺规程要求，每层焊接结束后，对焊口收缩量和SG侧变形量进行监测，防止SG侧变形量超过预警值。一旦SG侧变形量超出预警范围，应停止施工，确定特殊纠偏措施。

5.结束语

优化调整后的安装方案与原方案相比，将主管道SG侧的坡口加工提前在加工车间内进行，空间宽敞，光线充足，有利于保证坡口加工的准确性。此方案的最大优势是主管道吊装引入后，直接可以进行蒸汽发生器的吊装引入，不影响核岛安装关键路径上的后续工作如环吊安装、CV顶盖安装等工作，从而缩短整个核岛安装周期，为后续项目主管道安装提供借鉴。

作者简介：陈根卫（1966.1—），男，汉族，杭州人，浙江省火电建设公司，大学，学士，高级工程师，主要从事电厂热能专业技术工作。