AP1000 核电大型模块吊装实践

马元华

（山东核电有限公司，山东 海阳 265116）

1 概述

AP1000 作为第三代核电堆型，在设计和建造方面都有许多新的特点，如设计上应用了非能动的设计理念，建造方面采用了模块化建造技术，目前首批三门和海阳厂址的四台机组已经建成投产。模块化施工技术实现了传统工程从“模块”到“模块化”质的飞跃，将模块的规模和数量做到了最大化，为未来AP 系列核电标准化设计、模块化施工、批量化建设奠定了基础。

与国内已建压水堆施工方式不同，AP1000 几乎所有的模块（特别是大型模块）和大型设备都采用“开顶法”吊装就位，施工过程中所需的结构及设备模块多达170 多个。核岛主设备也要用大型吊车进行吊装，需用大型吊车吊入的模块及设备单堆达52 个（超过20t），最大的结构模块CA01重量超过850t，高度达23m，重达678T 的CV（钢制安全壳）顶封头的吊装高度将超过50 米，如此大批量、超重超高的大型模块就位，需要专门的特种大型吊车进行吊装。但是，模块化的施工是有前提条件的，它很大程度上依赖于发达的制造技术、施工技术与信息技术。只有拥有了相当规模能力的运输吊装设备，才能满足大型模块安全便捷的运输与安装；只有拥有了高水平的施工管理和信息化水平，才能满足各道平行作业有条不紊地同步进行，实现大模块精密的对接。本文通过海阳核电钢制安全壳模块（CV）的吊装实践技术介绍，为建筑施工大型设备吊装提供可借鉴的经验。

2 开顶法施工

传统压水堆核电的施工一般是在反应堆厂房穹顶施工完后，通过厂房筒体上预留的开口，将设备水平运入厂房，再用临时钢结构及卷扬机等设施吊装蒸发器等主设备，其施工特点是土建与安装有明确的施工周期和界限。AP1000 核电机组采用了模块化施工技术，施工过程中土建与安装作业交叉进行，反应堆厂房安全壳穹顶施工之前，所有大型模块和设备均已引入完成，所有吊装活动都是在厂房开口的状态下完成，这就是开顶法施工。

2.1 开顶法施工的优势

与传统施工方法相比，开顶法施工具有明显的优势，这主要体现在以下几个方面：（1）土建工序与设备安装平行进行，无须等到厂房封顶以后才开始安装工作，大大缩短了工期；（2）开顶法施工无需设计制作临时钢结构，也无须卷扬机、滑轮组等机具，施工安全而简洁；（3）吊装场地开阔，安全性较好。传统吊装方法，蒸发器等主设备必须在反应堆厂房内翻转竖立；由于设备尺寸庞大，空间狭窄，在厂房内反复调整主设备的位置极为困难，而且易碰伤，存在较大的安全隐患。而用开顶法吊装，可以用专用的大型吊车在反应堆厂房外进行翻转竖立工作，场地开阔，易于操作，便于保护设备，且能做到准确到位。

2.2 开顶法施工的难点

开顶法施工的应用会缩短工期，但在施工过程中需要解决好如下问题：（1）由于土建、安装的平行交叉作业，需要协调、组织好施工计划和各专业的作业活动；（2）设备保护的操作及维护工作量大；（3）设计、设备到货、施工三方需要无缝结合。

3 大型模块的吊装准备

如上所述，由于AP1000 模块化、开顶法的施工特点，大型模块的吊装将一直贯穿于工程建造的整个过程，吊装活动的准备和组织对保证工程安全、质量、进度都起着举足轻重的作用，因此，需要特别关注大型模块和设备的施工规划问题，包括场地条件、运输道路、制造厂和组装区的位置和结构设计、运输方式、运输支架、吊车等，应该较早地确定合理的施工方案。下文以海阳核电CV(钢制安全壳)底封头吊装为例对大型模块的吊装组织进行介绍。

3.1 吊装设备

海阳核电大型模块等大件的吊装采用德国特雷克斯Ÿ 德玛格（Terex Demag）公司生产的CC8800-1 双臂履带式起重机。

CC8800-1 双臂履带起重机最大起吊能力为3200t，是目前世界上起重能力最大的移动式起重机之一，是由德玛格公司运用其独特的设计理念将两台最大起重量为1600t 单臂履带式起重机进行完美组合而成的。2010 年1 月底，该起重机首次运用于AP1000 核电厂最大结构模块之一海阳1#机CA20的吊装就位工作。

该起重机的主要技术参数如下：最大起重力矩：41800吨米；标准配重：1740t；总重量：3370t（含配重）；接地比压（吊装时要求）：60t/m2；最大行走速度：0.6km/h；主臂长度：69 ～117m（根据不同吊装工况）。

3.2 吊装场地

CC8800-1 Twin 型3200t 履带吊机对场地和道路的要求要考虑到如下几个方面：（1）进行核岛大件吊装的作业场地和地基，包括大件设备和模块的停放位置；（2）吊机空载行走/转移场地所需的道路；组装、拆卸、换杆的场地；（3）非工作状态时的停放，满足应急时能将吊臂放倒在地面；（4）起重臂、集装箱、辅助设备等堆放场地。

吊机履带及超起配重下方均需要铺设路基箱，地基处理要达到60t/m2的承载力；行走道路需宽度为32m，其中20m 为大吊机带路基箱行走所需宽度，要求地基承载力大于50t/m2；6m 为辅助车辆行走道路，供小型吊机和运输车辆通行，要求地基承载力大于20t/m2；行走道路要求倾斜度不大于0.3%，采用混凝土路面。吊车组装和非工作状态停放场地就近布置在吊装站位区域内，将吊装站位点作为吊车长期停放场地。吊装场地布置见图1。

吊装之前及吊装过程中按照《吊装场地沉降监测程序》对吊车站位区域沉降量进行连续观测，报告显示6 个沉降观测点和8 个边坡位移观测点测量数据基本没有发生变化。

图1 吊装场地布置

4 CV 底封头的吊装

AP1000 钢制安全壳（CV）是一个直径39.624m、高65.633m、筒体壁厚44.5mm 的压力容器，属于抗震I 类和安全B 级设备。为便于建造和施工，设计上将其分为底封头、下筒体、中筒体、上筒体、顶封头五个CV 安全壳模块，其中底封头（下简称CVBH）由4 圈钢板（64 块）焊接而成，下筒体和中筒体均由4 圈钢板（48 块）焊接而成，上筒体由3 圈钢板（36 块）焊接而成。底封头总重约678t，对接焊缝长度约697m（见图2）。

图2 CVBH 结构示意图

4.1 运输组织

CVBH 运输车辆为德国的索埃勒运输车，四组四纵列6 轴线组合车，最大可载重1440t，满足底封头的运输重量。模块由中远物流公司（COSCO）承担运输任务，CVBH 模块运输重量约750t。对道路的要求及现场情况见表1。

表1 道路要求参数

从组装场地运输至核岛指定位置距离约为1km，由4 台液压平板车组完成，总计48 轴线。运输由4 台液压平板车组完成；运输前在4 台运输车组的固定钢板上划出托架定位轮廓线，然后将托架定位，托架定位后，将托架底座上与挂车上的钢板焊接固定。对称拆除底封头部分第3 圈安全支架和第4 圈所有安装支架，包括支撑架下部装配板、垫板等，拆除后的表面必须和水泥面平齐，便于挂车运输进入厂房进行运输作业。运输车组进入厂房后，将进行制动块安装、剩余支架拆除、托架及车体连接、封车吊耳安装等工作。

主要运输过程如下：（1）CVBH 底部钢结构支撑的外侧部分区域拆除，见图3；（2）将固定好专用可调整支座的4台液压平板车驶入底封头下指定位置，见图4；（3）通过液压装置使专用支座和底封头紧密接触；（4）将底封头临时支撑钢结构剩余部分全部拆除；（5）对四个专用支座进行加固；（6）运输底封头到核岛指定位置。

图3 外侧钢构支撑拆除

图4 车辆就位

4.2 CV 底封头的吊装

CV 底封头材料为SA738-Gr.B，属低合金钢，总重约575 吨（不考虑附件重量），吊装重量约678 吨。主要的吊装作业步骤包括试吊装→起吊→带载行走→旋转变幅→带载行走→下落就位五个阶段，见图5 示意。吊装重量计算见表2。

图5 吊装示意图

表2 吊装重量表

主要吊装参数如下：吊臂长度81m；最大吊装半径42m，该工况下额定起重量为973t；吊装最大负载率，吊装重量除以额定重量，88.64%；距离边坡距离，4.1m。

主要吊装步骤如下：调整好吊车工况并与吊具进行连接；调整水平度，进行试吊装（调节可调拉杆，使受力差别范围在±4%）；调整底封头角度，维持底封头高度200mm，起钩落钩速度400/min；缓慢起钩至底封头底部距离地面14m，起吊速度为400mm/min；吊车带载行走，吊车沿路基箱向前移动14.9m，速度约2m/min 直至行走至停车位置；吊车缓慢变幅，吊装半径从38m 变幅至42m；缓慢落钩至底封头离就位高度1m 处停止，落钩过程中调整底封头角度和位置，使底封头上的支柱位于导向装置的上方；继续下降底封头，下降到离就位高度0.4m 时，底封头进入导向装置。当底封头16 个支柱最低点与CR10 短柱（支撑CVBH 的模块）的距离达到1cm 时，停止落钩；精确方位及水平度调整后，吊机缓慢落钩，直至底封头就位在CR10 钢结构模块上；底封头就位后，拆除可调拉杆与主吊耳之间的连接。

5 结语

AP1000 模块化、开顶法的施工特点，使得大型模块的吊装将一直贯穿于工程建造的整个过程，吊装活动的准备和组织对保证工程安全、质量、进度都起着举足轻重的作用，通过提前研究大型模块和设备的施工规划问题，包括场地条件、运输道路、运输方式、运输支架、吊车使用、施工工期等，可以整个施工活动做到有的放矢。目前依托化项目AP1000四台机组已全部建成投产，在建设过程中参建各方精心准备、攻坚克难，解决了过程中的许多困难，诸多新技术、新产品的应用得以突破，这也是中国核电在装备制造业、建造能力方面的实践展示，也是国家在大型基建工程综合能力处于世界领先水平的展示。