高温气冷堆核电站蒸汽发生器可拆管段拆装系统研究

胡卉桦，刘 攀，丁 明，宫逸飞，杨明晓

（1.中核武汉核电运行技术股份有限公司，湖北武汉 430223；2.华能山东石岛湾核电有限公司，山东威海 264323）

0 引言

作为第四代核电技术的先进代表堆型，石岛湾高温气冷堆核电站具有固有安全性好、发电效率高、用途广泛、小容量模块化建造等特点[1-3]。蒸汽发生器是反应堆中连接并隔离一回路和二回路的换热设备，将反应堆一回路的热量传递到二回路，同时蒸汽发生器作为一道屏障，保证一回路压力边界的完整性，防止二回路的水或水蒸气进入一回路，执行核安全功能[4]。与以往压水堆的形式有所区别，高温气冷堆蒸汽发生器采用了立式直流螺旋管组件式结构[5]，主要包括热气导管管嘴法兰、主蒸汽和主给水管箱、主蒸汽和主给水可拆管段、换热组件、承重板、定位板、内部构件承载筒、蒸汽发生器壳体、保温层、主蒸汽与给水连接管束、氦气循环组件等部件组成（图1）。

图1 蒸汽发生器示意

主蒸汽管箱和主蒸汽可拆管段实现蒸汽发生器与汽轮机之间的连接，而主给水管箱和主给水可拆管段是二回路循环水进入蒸汽发生器的入口。为方便对蒸汽发生器进行检维修工作（如无损检测、堵管等），需要将上下两端的可拆管段进行拆装作业。针对高温气冷堆蒸汽发生器结构特点及检维修要求，本文提出一种可拆管段拆装系统，可分别应用于主蒸汽及主给水两侧。

1 可拆管段拆装系统设计

1.1 主给水侧可拆管段拆装系统设计

1.1.1 设计方案

主给水可拆管段为L形结构管路，重约4 t，其管段重心靠近主给水可拆管段垂直侧管段。主给水可拆管段两端法兰通过螺栓分别连接管嘴和主给水可拆管段接管法兰，上述两处法兰配合处存在定位止口，设备总体示意见图2。

图2 主给水可拆管段示意

根据主给水可拆管段的结构和重量分布，拟采用两点吊装式拆装技术方案：在垂直段管段外侧和水平段管段中部各布置两处龙门吊，分别使用两个3 t 规格电动葫芦吊装L 形可拆管段的垂直段和水平段，其中垂直段使用专用吊具固定，水平段使用吊带固定（图3）。

图3 主给水可拆管段拆装示意

1.1.2 设计工具

主给水可拆管段拆装工具包括：龙门吊梁、专用吊具、葫芦等。主给水可拆管段拆装工具首次使用时，需要人力搬运工具至蒸汽发生器舱室内现场搭建龙门吊梁并安装电动葫芦等工具，检修工作完成后除龙门吊梁外的设备均应移出。

龙门吊梁是主给水可拆管段的吊装支撑结构，包括垂直段龙门吊梁、水平段龙门吊梁、支撑连接结构和支架斜撑，其中垂直段龙门吊梁布置在主给水可拆管段垂直段外侧，检修时需专用吊具配合进行可拆管段垂直段的吊装；水平段龙门吊梁则布置在主给水可拆管段水平管段正上方，使用葫芦、吊带等吊具直接吊装；支撑连接结构用于垂直段、水平段龙门吊梁的连接和可拆管段拆卸后水平段管段的支撑；支架斜撑用于连接吊梁垂直段与水平段，共三组六件，有效增强总体结构的连接可靠度。

为方便龙门吊梁现场搬运组装工作，龙门吊梁采用可拆卸结构设计，设备搬运至现场后使用M16 螺栓等紧固件连接，龙门吊梁拆分后单件部件最大重量不超过20 kg，两人可以抬动。

现场设备检修完毕后，龙门吊梁顶部部分应拆除，以保障现场检修平台的完整性，避免设备凸出平台表面可能造成的不便影响。

专用吊具为主给水可拆管段垂直段定制吊具。吊具主体使用两侧立柱分别支撑可拆管段法兰下方，通过焊接的框架结构保证负载能力。固定环用于吊具主体在可拆管段上的固定，防止吊具负载时产生位移。吊环螺钉为电动葫芦的吊装点。现场作业时，使用固定环装配专用吊具至主给水可拆管段垂直段，调整专用吊具的位置，使吊具两立柱顶紧主给水可拆管垂直段法兰下端面，同时吊具两吊环螺钉与垂直段龙门吊梁的吊钩同轴，然后锁紧固定环螺栓，完成吊具的装配。

液压扩张器用于主给水可拆管段法兰1 和管嘴法兰2 的分离，扩张器尖端厚度仅6 mm，可以满足两法兰8 mm 间隙分离工作的工况需求，扩张器最大分离力为125 kN。为保证分离力均匀，扩张器现场布置采用一拖二的思路：一个手动泵控制两台分离器同时作业。设备选用Enerpac 品牌产品，包括两台FSH-14分离器和一台P-392 手动泵及相关管线。

1.1.3 设计流程

管段拆卸时先将可拆管段两端固定好，将主给水接管法兰两处螺栓拆卸后后撤接管法兰。拆卸主给水法兰1 部分螺栓以便安装专用吊具，固定好后使葫芦受力拆卸剩余螺栓，最后依靠主给水可拆管段重力作用下降进行拆卸作业。

管段复位装配时其操作顺序与拆卸时相反，首先提升主给水法兰2 至其与主给水前端管段相同高度，然后使用液压对中装置进行主给水法兰2 与接管法兰的复位装配，最后进行主给水法兰1 与管嘴止口的配合装配。

1.2 主蒸汽侧可拆管段拆装系统设计

1.2.1 设计方案

主蒸汽可拆管段为L 形结构管路，重约4 t，管段重心位于墙洞中靠近蒸汽发生器侧。L 形管段水平端法兰安装在蒸汽发生器侧面与主蒸汽管箱连接，垂直端法兰与主蒸汽接管管嘴法兰连接。主蒸汽可拆管段两处法兰配合处存在定位止口，设备总体示意见图4。

图4 主蒸汽可拆管段现场示意

根据主给水可拆管段的结构和重量分布，拟采用两点式初步吊装+轨道运输车运输的技术方案：在墙壁内侧和外侧各布置一处龙门吊，分别使用两个3 t 规格电动葫芦吊装L 形可拆管段水平段进行可拆管段的拆装作业（图5）。

图5 主蒸汽可拆管段拆装方案

1.2.2 设计工具

主蒸汽可拆管段拆装工具包括墙洞内侧龙门吊梁、墙洞外侧龙门吊梁、葫芦、支撑车和轨道车等。工具首次使用时，需要人力搬运工具至蒸汽发生器舱室内外，人工焊接龙门吊梁固定座至墙壁上，现场搭建龙门吊梁并安装电动葫芦等工具，同时在蒸汽发生器舱室外侧安装轨道车导轨并现场组装轨道车，待检修工作完成后除龙门吊梁、轨道车外的设备均应移出。

墙洞外侧龙门吊梁安装在蒸汽发生器房间外部，通过墙壁焊接锚点后使用螺栓紧固在墙壁上。外侧龙门吊梁用于主蒸汽可拆管段墙洞外侧管段拆装时的辅助吊装，完成防倾翻小车的装配拆卸、主蒸汽可拆管段法兰与主蒸汽管道法兰的对中调整作业。

支撑车包括万向球、底架、可调鞍架和抱箍4 个部分（图6）：万向球共4 件，安装在底架上负载时与连接梁弧形面接触，可在轨道车的拖动下随动；可调鞍架套装在底架上，通过4 组调整螺杆调节鞍架高度，确保可以支撑主蒸汽可拆管段；抱箍用于将支撑车车体可调鞍架与可拆管段锁紧，防止负载运输时车体的松脱。

图6 支撑车

轨道车为拖线式电机驱动结构，用于支撑主蒸汽可拆管段墙壁外侧水平段管段，车体上设置斜面结构的调节座，满足管段的支撑调节要求。此外，为避免管段拆卸过程中主蒸汽可拆管段墙壁外侧垂直段倾翻，车体结构设计垂直段管段工装，防止垂直段管段翻转（图7）。

图7 轨道车

轨道车为模块化设计，满足现场搬运装配的要求。轨道车组成包括焊接成型的车体及车体上安装固定的驱动组件、车轮组件、调整座和防倾翻支架，此外，车体上前后端分别安装限位开关，其与轨道上机械限位配合，满足轨道车现场移动距离限位的控制的要求。

1.2.3 设计流程

管段拆卸时在水平端法兰和管箱法兰间装入液压扩张器将水平端法兰从管箱止口脱出，然后在垂直端法兰与接管管嘴法兰间装入液压扩张器分离两法兰，同步下降可拆管段待支持车与墙洞接触，调整轨道车的支撑座使其可靠支撑管段，即可进行管段的移动作业。

管段复位装配操作顺序与拆卸相反，作业次序依次为使用轨道车向蒸汽发生器房间侧运输管段，使用龙门吊具提升管段，调整接管管嘴法兰使其与垂直端法兰对正，最后提升内侧管段进行水平端法兰对正装配。

按高温气冷堆蒸汽发生器现场实际尺寸，分别制造蒸汽侧与给水侧可拆管段及管箱模拟体，分别进行两侧可拆管段拆装系统调试试验，验证其是否满足管段拆装的需求（图8）。

图8 模拟体及可拆管段拆装系统

通过试验发现，拆装系统承载能力满足要求，可稳定支撑可

2 试验验证

拆管段重量。拆卸及回装过程控制平稳，无晃动、倾翻等风险，试验验收合格。

3 结论

高温气冷堆蒸汽发生器可拆管段拆装系统用于检维修时对相关可拆管段的拆卸及回装工作，为蒸汽发生器检查创造检维修空间，保障检维修工作的有效开展。充分分析蒸汽侧与给水侧两侧工作环境，通过试验验证，拆装系统可以满足生产需求。