基于现实环境的模拟运输方法在DEL制冷机组更换应用

张文君 黄 星

0 概述

核电站设备是实现核电系统正常运行及执行安全功能的关键部件，随着核电设备设计寿命临近，大量安全级系统的机械电气设备频繁出现故障、老化、报废等现象，通过传统维修手段无法解决该问题，而故障、老化、报废的机械电气设备将严重影响核电站的安全稳定运行。核电站寿命末期的设备通过一次性运输更换可有效地消除该安全隐患，是保证核电站安全级系统设备稳定运行的最佳方法。

核电站厂房空间复杂，同时环境内部有高温、高压、辐射等风险，因此如何在该环境下一次性运输更换不符合运行标准的设备已成为保障核电安全稳定运行的技术性难题，而计算机模拟[1]验证正是解决该难题的重要技术手段。因此本文主要对大亚湾核电站DEL制冷机组的运输设备、运输通道、运输方案、运输风险、模拟方法等进行分析，同时针对其中的运输风险、模拟方法提出综合性的解决方案。

1 运输方案制订

大亚湾核电站DEL制冷机组使用寿命已有20余年，接近制冷机组使用寿期平均水平，为保障核电站安全稳定运行，需对W501房间的DEL制冷机组进行整体更换，DEL制冷机组整体更换前需分析运输设备、运输通道、运输方案等内容，以制订可行的运输方案，如图1所示。

1.1 运输设备分析

运输设备为DEL制冷机组，如图2所示，其整体长×宽×高尺寸为4050×1580×2050mm，其主要由冷凝器、蒸发器、压缩机等组件组装而成，组件参数如表1所示。

表1 DEL制冷机组组件参数

1.2 运输通道分析

DEL制冷机组安装位置是核辅助厂房W501房间，经前期初步分析，该房间一共有2个运输通道。1号运输通道（如图2所示）是从W501房间出发依次通过L527房间、L530房间、L504房间，直至到达L501房间内的货运电梯，最后通过+11.5 m层货运电梯到达+0.0 m层后运输至外部厂房，其中货运电梯长×宽×高为3 000×2 100×2 800 mm，是1号运输通道的关键路径[2]。

2号运输通道（如图2所示）是从W501房间出发，通过W501房间的隔音门后到达W507房间，其中W507房间标高为+11.5 m，到达W507房间后开始往上吊装通过W604房间、W703房间，直至到达标高为+25.0 m吊装孔，最后通过该吊装孔运输至外厂区，其中W501房间的隔音门宽×高为1 400×1650 mm，W703房间的吊装孔宽×高为1 500×1 450 mm，是2号运输通道的关键路径。

图2 1号及2号运输通道及关键路径

1.3 运输方案分析

DEL制冷机组的运输设备和运输通道确认后，将根据关键空间尺寸信息制订可行的运输方案，同时制订的运输方案应优先考虑整体运输方式，如无法整体运输再考虑拆分运输方式，运输可行性的判断标准为运输通道关键路径的可容纳空间是否大于运输对象的外形尺寸。

1.3.1 整体运输方案

DEL制冷机组整体运输时，分析1号运输通道和2号运输通道的关键路径，主要包括“货运电梯”、“W501隔音门”和“W703吊装口”，1号和2号运输通道的关键路径可容纳空间均小于DEL制冷机组整体外形尺寸；因此判断DEL制冷机组整体运输时1号和2号运输通道均无法实现DEL制冷机组的整体运输，整体运输方案不具备可行性。

1.3.2 拆分运输方案

DEL制冷机组拆分运输时，是将DEL制冷机组拆分成冷凝器、蒸发器、压缩机三大组件进行运输，1号运输通道关键路径“货运电梯”可容纳空间长度为3 000 mm，远小于冷凝器、蒸发器组件的长度尺寸，无法实现DEL制冷机组拆分运输要求，1号运输通道不具备可行性；2号运输通道关键路径“W501隔音门”和“W703房间吊装口”空间尺寸参数大于冷凝器、蒸发器、压缩机的外形尺寸，同时其长度尺寸为设备通道，尺寸远大于组件长度；因此2号运输通道能满足DEL制冷机组组件的拆分运输要求。

综上所述，将DEL制冷机组拆分为冷凝器、蒸发器、压缩机等组件，同时以2号运输通道为运输路径，是最佳的运输方案。

2 运输风险分析

大亚湾核电站W501房间的DEL制冷机组运输方案制订后，需根据W501房间的现实环境分析运输方案的可能产生的风险，其产生的风险主要包括系统停运、方案执行、现场施工等风险。

2.1 系统停运风险

DEL制冷机组为核电站的DEL系统[3]提供制冷服务，当该设备停运会影响DVC主控室通风、DVL电气厂房主通风、DVE电缆层通风等系统的冷却水供给，直接影响核电站安全运行状态；其次DEL制冷机组的运输更换需在大修期间完成，运输更换过程中需保持24小时不停机[3]，以保证DEL制冷机组A列或B列能够有一列能正常运行[3]，所以DEL制冷机组在更换过程中不能触碰正常运行的系统设备，如发生碰撞有可能引发DEL系统停运风险。

2.2 方案执行风险

DEL制冷机组的运输房间为W501、W507、W604、W703等房间，涉及+11.5 m、+15.5 m、+25.0 m标高层，同时DEL制冷机组运输过程中DEL系统备用列保持正常运行，因此该DEL制冷机组的运输环境会有高温、高压、触电等风险，同时由于W501房间空间狭小，在DEL制冷机组运输过程中可能会与其他系统设备产生碰撞或干涉，因此可能发生设备运输方案无法执行的风险。

2.3 现场施工风险

DEL制冷机组运输更换前需先施工拆除停运的阀门、管道、支架、仪表、电气等系统设备，由于DEL系统的A列和B列仍有一列保持正常运行，同时两列系统设备是交错布置，运输前的现场施工及拆除作业易发生偏差，任何施工偏差均会引发高温、高压、触电等风险，直接影响DEL系统及核电机组的安全稳定运行。

3 模拟运输验证方法分析

大亚湾核电站W501房间的DEL制冷机组运输方案具有系统停运、方案执行、现场施工等风险，因此该设备的运输方案的执行风险高，有必要针对该运输方案进行模拟，验证方案的可行性。目前国内外常用的运输方案模拟验证方法主要有两种，一种是实物框体模拟运输方法，另一种是三维模型模拟运输方法[4]。

3.1 实物框体模拟运输方法

实物框体模拟运输方法是将运输设备制作成实物大小一致的结构框体，然后以实物框体代替设备本体，通过人工、吊运等方式在现场环境中进行运输设备框体，验证设备的路径及碰撞位置。该模拟运输方法具有成本低、操作简单的优点，但是技术缺点明显，如无法记录运输路径、碰撞位置、需要制作框体、框体不可重复利用、只能在特定时间和空间才可进行、需要人员协助模拟等。

3.2 三维模型模拟运输方法

三维模拟运输方法是目前国外比较常见的模拟验证技术，该方法是基于设计数据、图纸等建立设备及环境的三维模型，将运输设备、运输路线、运输时间导入至三维模型环境中，在计算机中实现设备在三维模型环境的模拟验证。该模拟方法具有运输路径记录、碰撞位置显示、模拟范围广等技术优点，但是也有一定技术缺陷，如工业厂房的设计数据及图纸有缺失、遗漏、偏差等情况时，将无法保证三维模型环境数据的准确性，验证结果会产生偏差，同时该方法需要建立设备及环境模型，验证成本高、周期长。

4 基于现实环境模拟运输方法应用

综合以上分析，传统的实物框体模拟运输和三维模型模拟运输方法具有诸多技术弊端，对于DEL制冷机组运输方案模拟验证无法适用，针对该难题，需要创建一种新型的模拟运输方法，既能解决DEL制冷机组模拟运输验证难题，同时还能融合实物框体及三维模型模拟的技术优点，一种基于现实环境的模拟运输方法[5]可以解决以上技术问题。

4.1 基于现实环境的模拟运输方法

基于现实环境的模拟运输方法主要通过三维激光扫描[6]、逆向工程[7]、三维模拟等技术实现。首先工程人员通过三维激光扫描仪对运输的现场环境进行三维扫描，收集高精度的环境数据（如图3所示），这种数据以点云形式[6]体现；其次工程人员将这种环境数据导入至计算机中，同时在该环境数据中输入运输设备、运输方案等参数；最后工程人员在计算机环境中进行参数的模拟验证，验证完成后进行模拟验证结果反馈，反馈信息的包括运输轨迹、运输碰撞等信息，工程人员基于反馈信息修正运输设备、运输方案等输入参数，如此反复，直至最终确认可行的运输方案。

图3一种基于现实环境的模拟运输方法

4.2 基于现实环境的模拟运输方法应用

针对大亚湾核电站DEL制冷机组的运输过程进行分析，应用基于现实环境的模拟运输方法进行验证，验证主要流程包括现场数据收集、运输参数输入、模拟运输验证、模拟运输实施等。

4.2.1现场数据收集

针对大亚湾核电站核辅助厂房W501和W507房间进行现场三维激光扫描工作，收集完整的现场环境数据，其中收集环境数据精度要求小于≤5 mm，从而保证真实再现现场环境，W501房间现场与环境三维数据的效果对比如图4所示。

图4 W501现场实际环境与环境三维数据的效果对比

4.2.2 运输参数输入

大亚湾核电站DEL制冷机组运输参数输入包括运输设备和运输方案，输入的信息如下描述。

（1）运输设备输入为DEL制冷机组的三维模型，由于此次采用组件拆分运输方案，因此将DEL制冷机组模型拆分为冷凝器、蒸发器、压缩机三个组件作为运输设备输入模型。

（2）运输方案输入是2号运输通道的路径，基于2号运输通道预先制订一条包含三维坐标（X、Y、Z）的运输路径，该运输路径由运输起点、运输节点、运输方向组成，每个节点都有自己的坐标和方向，其中运输路径的运输起点为设备的重心位置，同时也是节点的坐标原点。

4.2.3 模拟运输验证

图5模拟运输验证前

图6模拟运输验证后

现场数据收集完成后，将W501和W507房间的环境三维数据导入至计算机中，然后在该环境三维数据中输入运输设备、路径等信息；输入完成后的效果如图5所示，其中输入的运输设备为冷凝器，运输路径为冷凝器运输路径；现场数据和运输参数导入计算机后，即可开展基于现实环境的模拟运输验证，详细效果如图6所示，模拟运输验证后的环境三维数据会输出运输轨迹、运输碰撞两种信息数据，两种信息数据均以红色标记进行识别。

4.2.4 模拟运输实施结果

大亚湾核电站W501房间制冷机组的冷凝器、蒸发器、压缩机按照以上流程完成模拟运输验证工作，并在大亚湾核电站大修期间完成了DEL制冷机组的运输及更换工作；其中模拟运输验证结果与现场实施范围完全一致，经现场实测基于现实环境的模拟运输验证精度≤5 mm，可真实反映设备在实际环境的运输过程，现场的实施效果良好。

5 结论

大亚湾核电站在D117/D217大修期间顺利完成了4台DEL制冷机组的更换改造工作，以现场工程实施经验表明，基于现实环境的模拟运输方法可有效解决设备运输路径不清晰、风险分析不全面、运输方案无法验证等技术难题；同时这种新型的模拟运输方法提高了设备运输方案执行的可行性，帮助设计及施工人员理解整个运输过程及注意事项，减少发生工业安全事故的风险，提升设备更换改造过程中的安全性和经济性。

大亚湾核电站DEL制冷机组更换改造实施工作的顺利完成，为其他电厂涉及的设备更换、延寿、替代等提供了良好的借鉴经验，同时该技术也可直接用于其他工业领域，应用前景广阔。