浅谈压水堆核电站主回路安装设计

摘要：本文简要介绍了压水堆核电站的原理及其组成，并对其关键部分冷却系统的回路安装步骤进行了介绍分析，提出了主回路安装设计的优化步骤及该优化设计的主要优点。

关键词：压水堆核电站；回路安装；优化

前言

核电站主要由核岛和常规岛两部分组成。核岛是由原子核裂能量制造出的蒸汽核岛，其中包括反应堆装置和一回路系统；常规岛主要利用蒸汽发电能量制造。核电站堆型众多，其中以压水堆核电站为主要堆型。压水堆核电站特点是以普通水为冷却剂和慢化剂，轻水在压水堆内不沸腾。压水堆核电站也主要是由核岛和常规岛构成。核岛系统设备主要有压水堆主体、回路系统以及其他安全性的辅助系统。常规岛系统设备与一般发电厂系统类似。总之核电厂由核蒸汽供应系统、常规汽轮发动机组和配套设施三部分组成，裂变能中国冷却和转换变成热能，最后通过涡轮发电机组转换成动能，最终转换成电能。通过以上论述我们可以看出压水堆核电站中相对很重要的一部分就是裂变能转换到一般可利用的热能过程中，需要冷却处理，而冷却剂系统就是其中的核心部分。冷却系统的主回路主要由压力容器、蒸汽发生器、主泵、主管道热冷段以及过段段等设备封闭连接而成。主回路的安装在整个压水堆建设中占据重要一环但又具有难度系数大、施工环境复杂等难度特点，因此冷却系统的整个安装必须精心设计和完善，努力提高安装水平，确保建设质量。

一、 主回路安装步骤

第一步，主管道的热段、冷段以及过渡段运输到主管道房内，热段弯头端口与蒸汽发生器相连，三段组建成过渡段。在主要设备就位后，主设备到主管道之间需要进行焊缝作业，首先是反应堆压力容器与主管道热段直管相焊缝，然后是蒸汽发生器与主管道热段弯头相焊缝，该作业环节，首先需要实现蒸汽发生器同主管道热段之间的密缝焊接，然后对反应堆压力容器与主管道热段之间的焊缝组对焊接作业，但这样的焊缝工作，效率相对较低，作业量相对较大，作业工期较长。第三步是主泵与主管道冷段直管相焊缝，第四步是反应堆压力容器与主管道冷段弯头相焊缝，第五步是蒸汽发生器与主管道过渡段弯头相焊缝，第六步是主管道过渡弯头与主管道垂直调整段相焊缝，第七步是主管道水平调整段与主管道垂直调整段相焊缝，最后是主泵与主管道水平调整段相焊缝。以上回路安装步骤是传统安装步骤，整个步骤实践下来存在诸多细节问题亟待解决。首要问题是，蒸汽发生器支腿留下很小的再作业空间，对接下来的焊缝作业造成作业麻烦，尤其是过渡段弯头的焊接是需要一定作业空间的的焊缝作业，过小的焊接作业空间是十分不利的，客观上造成了困难的安装焊缝作业环境。另外一个不可忽视的问题是，蒸汽发生器和主管道热段之间的焊缝作业有诸多环节要顾虑，要同时处理好反应堆压力容器与主管道热段之间的焊缝组对弯头角度、造公差等难度问题。为了完善这些问题，我们提出了更优化的安装设计。

二、主回路安装优化设计

反应堆冷却剂系统主回路安装优化主要依靠锻造弯头的优化来实现的。其中优化的原理是，转换焊接顺序，将复杂的焊接提前完成。如蒸汽发生器与主管道热段需要进行现场焊接作业对接、主管道过渡段焊缝焊接作业同样也需要现场焊接，但是优化安装步骤是由现场焊接转为制造厂内焊接，同时减去安全端焊缝。另外，在对主管道进行焊缝安装作业时，将其中可以在现场焊接的主管道热段替换为直管焊缝，主管道过渡段在减去原主管道过渡段弯头后由剩余的两段管道组成，主管道冷段的焊缝作业不变。因此经过优化后的冷却剂系统主回路环路步骤会产生如下变化：第一步，主管道热段、冷段以及过渡段分别运入主管道房间等待焊缝作业的开始。第二步，反应堆压力容器、蒸汽发生器和主泵等待焊缝作业就位。第三步，分别组对焊接蒸汽发生器下部的主管道热段弯头与主管道热段之间的焊缝、反应堆压力容器与主管道热段之间的焊缝。此步骤中的两个焊缝可同时组对焊接。第四步，分别组对焊接反应堆压力容器与主管道冷段弯头之间的焊缝、主泵与主管道冷段直管之间的焊缝，焊接顺序同现有的安装技术。第五步，分别组对焊接蒸汽发生器下部的主管道过渡段弯头与主管道过渡段垂直调整段之间的焊缝、主管道过渡段水平调整段与主管道过渡段垂直调整段之间的焊缝、过渡段水平调整段与主泵之间的焊缝，焊接顺序同现有的安装技术，完成压水堆核电站反应堆冷却剂系统主回路一个环路的安装。因此可以看出优化的安装步骤具有更多优势。

三、回路安装设计优点

第一步，解决了由于蒸汽发生器支腿之间的空间较小，给其它焊缝作业造成的作业空间过小的问题。优化后的安装，蒸汽发生器出厂时下封头一回路管嘴分别焊接连接了主管道热段弯头和主管道过渡段弯头，使得原蒸汽发生器与主管道热段、主管道过渡段之间的两个焊缝由现场安装焊接改为在蒸汽发生器制造厂焊接，避免了原先现场焊接必须考虑的拥有充分作业空间和适度焊接角度的问题，这样极大提升了焊缝作业的安全性、效率和质量。第二步，由于蒸汽发生器和主管道与原先相比构成上有了很大的不同，这样的改变，可以让冷却剂系统主回路环路安装效率更高，首先是安装程序中已经没有了管道过渡段弯头低效率的焊接作业环节，以前的多个现场焊缝作业安装转而变成了多环路安装，由于减少了大量的焊缝作业，这样可以有效减少安装时间，缩短安装工期。虽然环路安装的前提是蒸汽发生器制造的配合，但是如果提前安排合理工序是可以抵消的。一般来说回路安装工程都是前期进程较慢，后期进程较快，进程相对来说出现不平衡的特点，因此可以适度调节回路安装工程的进程，尽量做到平衡和效率相统一，比如可适度增加前期采购制造的工作量。第三步，现场安装中减少了原带弯头的主管道热段，转而替换为直管状态的主管道热段，主管道热段与蒸汽发生器间的焊缝作业空间较为充足，同以前回路安装中出现的非常小的蒸汽发生器支腿再作业空间相比，安装焊接操作空间得到了充足保障，同时焊缝不再是弯管组对，而是直管組对，这样作业更为简易简单，如前所述，当焊接采用更严格的自动焊技术时，这种优化的回路安装设计优点比原来的回路安装更加明显。因此有利于提高回路安装的焊接质量，提高工程效率。其它优点分析，有利于避免焊接应力和变形对主回路设备安装的不利影响，从而提高回路安装工作效率。

结束语

冷却系统的主回路主要由压力容器、蒸汽发生器、主泵、主管道热冷段以及过段段等设备封闭连接而成。主回路的安装在整个压水堆建设中占据重要一环但又具有难度系数大、施工环境复杂等难度特点，因此冷却系统的整个安装必须精心设计和完善，努力提高安装水平，确保建设质量。传统的回路安装步骤具有诸多缺点，回路安装可以调整工程顺序，优化后的安装具有诸多优点。如蒸汽发生器出厂时下封头一回路管嘴直接焊接连接主管道弯头，使得原蒸汽发生器与主管道热段、主管道过渡段间的两个焊缝由现场安装焊接改为在蒸汽发生器制造厂焊接，避免了原先现场焊接必须考虑的拥有充分作业空间和适度焊接角度的问题，这样极大提升了焊缝作业的安全性、效率和质量。

参考文献：

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[3] 李艺云，姚宁沂. 核电厂蒸汽发生器水位控制研究[J]. 产业与科技论坛. 2016（07）

作者简介：

刘刚（1985—），男，汉，吉林省通化市，中国核电工程有限公司，助理工程师，连云港。