鹿 松（三門(mén)核電有限公司， 浙江 三門(mén) 317112）

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核電廠模塊化施工方法在大型箱罐安裝中的應(yīng)用

鹿 松
（三門(mén)核電有限公司， 浙江 三門(mén) 317112）

摘要：模塊化施工是核電廠建造中采用的一種新興技術(shù)，正在浙江三門(mén)建造的第三代先進(jìn)壓水堆AP1000核電機(jī)組正是采用這種模塊化施工技術(shù)。大型箱罐作為AP1000核電機(jī)組的附屬構(gòu)筑物，也應(yīng)順應(yīng)模塊化施工技術(shù)應(yīng)用的潮流，結(jié)合目前施工進(jìn)展過(guò)程中積累的經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)用模塊化施工技術(shù)進(jìn)行安裝。本文對(duì)大型箱罐模塊化施工技術(shù)的可行性應(yīng)用進(jìn)行了研究，分析了大型箱罐模塊化安裝過(guò)程中所面臨的巨大風(fēng)險(xiǎn)與挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞：AP1000；核電廠；模塊化；建造；大型箱罐

CLC number： TL37 Article character： A Article ID： 1674-1617（2016）01-0046-05

AP1000核電機(jī)組是美國(guó)西屋公司開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的先進(jìn)的第三代壓水堆核電機(jī)組，世界首臺(tái)AP1000核電機(jī)組于2009年3月在浙江三門(mén)開(kāi)工建造。與傳統(tǒng)的第二代壓水堆核電以及常規(guī)火電相比，AP1000核電機(jī)組的設(shè)計(jì)大量采用了模塊化的施工技術(shù)，它的最大優(yōu)點(diǎn)是可以通過(guò)減少在現(xiàn)場(chǎng)的施工量而縮短核電的建設(shè)工期，同時(shí)，采用模塊化后，大量的施工工作在制造廠完成，可以更好地保證施工質(zhì)量。

AP1000核電機(jī)組的鋼制安全殼，是一個(gè)圓筒體鋼殼，為抗震C-I類(lèi)設(shè)備。材料為ASME SA738 Gr.B，直徑約為40 m，高度約為66 m，總重超過(guò)3 000 t，由260塊厚度約為41 mm的鋼板拼裝而成。三門(mén)核電站鋼制安全殼分為6部分預(yù)制和拼裝，分別就位，這6部分分別為CV底封頭（CVBH）、CV第1筒體段（CV1號(hào)環(huán)）、CV 第2筒體段（CV2號(hào)環(huán)）、CV第3筒體段（CV3號(hào)環(huán)）、CV第4筒體段（CV4號(hào)環(huán)）、CV頂封頭（CVTH）。

核島范圍布置有8個(gè)大型箱罐，分別是除鹽水箱、硼酸箱、非能動(dòng)安全殼冷卻水箱、凝結(jié)水箱、消防水箱A/B，以及兩個(gè)柴油儲(chǔ)存罐。分別是由碳鋼（ASTM A36）和不銹鋼（ASTM A240-304L）鋼板材質(zhì)組焊而成。與鋼制安全殼外形較為類(lèi)似，均為圓柱形筒體。

1 大型箱罐安裝的傳統(tǒng)工藝

AP1000核島范圍共布置有8個(gè)大型箱罐，外形和安裝方式類(lèi)似，故以13號(hào)工程子項(xiàng)除鹽水儲(chǔ)存箱（簡(jiǎn)稱除鹽水箱）安裝為例，介紹大型箱罐安裝的傳統(tǒng)工藝。

1.1 除鹽水箱簡(jiǎn)介

除鹽水箱屬于DWS除鹽水轉(zhuǎn)運(yùn)和儲(chǔ)存系統(tǒng)，主要材料為ASTM A240-304L。設(shè)計(jì)溫度－23～66℃，常壓，介質(zhì)為除鹽水，介質(zhì)密度1 000 kg/m3?？?cè)莘e477 m3，有效容積416 m3。外形尺寸 8 200 mm×12 737 mm，空罐質(zhì)量約為22 690 kg（不包括內(nèi)浮頂質(zhì)量），主要由罐底、罐壁、罐頂和平臺(tái)、扶梯及附件組成。

1.2 安裝工序

除鹽水箱安裝采用倒裝法［1］，在安裝過(guò)程中使用吊機(jī)配合安裝，主要的安裝工序，如下：

（1）水箱壁板預(yù)制及基礎(chǔ)驗(yàn)收［2］

1）鋼板材料驗(yàn)收；

2）板材下料；

3）壁板的壓頭和卷制；

4）罐頂板預(yù)制。

（2）提升裝置安裝

1）提升裝置布設(shè)。水箱安裝過(guò)程采用6個(gè)提升支架，每個(gè)提升支架最大提升能力為10 t，提升支架均勻布置。提升支架的支撐結(jié)構(gòu)采用 168×8的20號(hào)結(jié)構(gòu)鋼管制作，長(zhǎng)度4 m，上部焊接吊耳板，下掛5 t的手拉葫蘆，如圖1所示。

圖1 提升裝置組成件圖Fig.1 Components of lifting device

2）提升裝置的安裝。提升支架布設(shè)時(shí)，先在底板上點(diǎn)焊6塊220 mm×220 mm×10 mm的墊鐵，材質(zhì)為06Cr19Ni10，墊鐵的中心和壁板距離為350 mm，然后在上面安裝6個(gè)提升支架。

（3）第六層罐壁吊裝

第六層罐壁安裝前在底板上畫(huà)出壁板安裝圓周線。通過(guò)吊機(jī)配合用吊帶將卷好圓弧的壁板吊至罐底上的安裝圓周線位置，作業(yè)人員用專(zhuān)業(yè)工具對(duì)壁板位置進(jìn)行調(diào)準(zhǔn)。

（4）頂板的拼裝

1）包邊角鋼的拼裝；

2）吊裝頂板；

3）頂板質(zhì)量檢驗(yàn)。

（5）第五層罐壁的拼裝

1）墊墩安裝；

2）第六層罐壁吊裝；

3）第六層罐壁的提升。

（6）其他罐壁的安裝［4］

每層罐壁的安裝方式和第五層一樣。在完成罐壁安裝后對(duì)罐壁外形輪廓尺寸進(jìn)行檢查。

（7）附件安裝

梯子、平臺(tái)、欄桿這類(lèi)附件隨著每層罐壁安裝同步進(jìn)行，開(kāi)孔接管、人孔、溫度計(jì)、液位計(jì)、加熱器等附件則在罐體完成后進(jìn)行安裝［3］。

2 模塊化施工工藝

2.1 除鹽水箱模塊化施工簡(jiǎn)介［5］

擬將除鹽水箱分為一個(gè)水箱底板、兩個(gè)水箱筒體環(huán)、一個(gè)頂封頭和附件在內(nèi)的五部分。其中水箱底部，由13塊鋼板焊接而成，重量3 439 kg。下筒體環(huán)有3圈，共12塊鋼板，高度5 258 mm，重量7 006 kg。上筒體環(huán)有3圈，共12塊鋼板，高度5 258 mm，重量7 006 kg。頂封頭包括加筋板在內(nèi)有20塊鋼板，高度1 051 mm，重量2 794 kg。

2.2 除鹽水箱模塊化施工流程

除鹽水箱安裝采用模塊化施工方法，在安裝過(guò)程中使用吊機(jī)、運(yùn)輸車(chē)配合安裝，主要的安裝工序，如圖2所示。

2.2.1 水箱底板的組裝和吊裝就位

1）基礎(chǔ)復(fù)測(cè)；

2）底板組裝；

圖2 除鹽水箱模塊化施工工序Fig.2 Modular installation steps of demineralized water tank

3）底板吊裝就位。

2.2.2 水箱下筒體的組裝和吊裝就位

1）環(huán)板組裝。

2）開(kāi)孔。下筒體共有8個(gè)接管口，分別是進(jìn)液口、出液口、液位計(jì)、溫度計(jì)、兩個(gè)加熱器口、罐壁人孔和排盡口。

3）下筒體吊裝就位。在水箱底板焊接16個(gè)定位卡具，用于吊裝限位。將放置在組裝平臺(tái)的下筒體，利用運(yùn)輸平板車(chē)轉(zhuǎn)運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)。使用適宜吊機(jī)吊裝就位。

2.2.3 箱罐上筒體的組裝和吊裝就位

箱罐上筒體和下筒體的外形尺寸、重量等，較為相近，組裝和吊裝就位方法一致，故不再敘述。

2.2.4 水箱頂封頭的組裝和吊裝就位

（1）組裝環(huán)板

1）組裝頂封頭拼裝鋼結(jié)構(gòu)支架，見(jiàn)圖3。并調(diào)整拼裝支架的調(diào)節(jié)器和擋塊位置和角度，使之滿足設(shè)計(jì)要求。

2）測(cè)量放出90°、270°、75°、255°、115°和285°方向線。

3）從90°或270°頂封頭鋼板開(kāi)始組裝。將第一塊頂封頭板吊裝至支架上，調(diào)整其位置，使鋼板的中心線和測(cè)量所放方向線一致，并將此板固定。

4）組裝對(duì)應(yīng)側(cè)頂封頭鋼板。

圖3 頂封頭拼裝支架Fig.3 Top head assembly support

5）從90°和270°頂封頭鋼板的兩側(cè)交替組裝下一塊鋼板。每塊鋼板就位后，使用卡具調(diào)整縱縫間隙和錯(cuò)邊。

6）兩塊鋼板就位后即可定位焊。定位焊之前，應(yīng)將鋼板縱向未固定的邊用手拉葫蘆或其他方法固定，防止在定位焊時(shí)翹起。定位焊前應(yīng)檢查縱縫間隙和錯(cuò)邊，鋼板上端鈍邊位置的半徑以及鋼板的表面形狀。

7）當(dāng)環(huán)板焊接近80%后，即可測(cè)量調(diào)整板缺口尺寸。根據(jù)筒體頂板上端的周長(zhǎng)及頂封頭下端的周長(zhǎng)之差，調(diào)整缺口的大小。調(diào)整好后，根據(jù)缺口的大小切割調(diào)整板。

8）安裝焊接調(diào)整板，與上述方法相同。

（2）安裝中心板

1）中心板的安裝在所有環(huán)板定位焊后即可安裝；

2）對(duì)焊后的環(huán)板與中心板連接處進(jìn)行測(cè)量，計(jì)算出中心板的尺寸，確定中心板是否合適，若不合適，根據(jù)需要切割或打磨；

3）定位焊后，進(jìn)行頂封頭其他焊縫處的焊接；

4）邊焊接，邊清理，邊定位測(cè)量頂封頭表面形狀和尺寸。

（3）頂封頭吊裝就位

1）運(yùn)輸前，分別在頂封頭的0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°和360°方位焊接吊耳，并制作可調(diào)拉桿；

2）在水箱底板焊接16個(gè)定位卡具；

3）將放置在組裝平臺(tái)的頂封頭，利用運(yùn)輸平板車(chē)轉(zhuǎn)運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)；

4）使用適宜吊機(jī)吊裝就位，示意圖如圖4所示。

圖4 頂封頭吊裝示意圖Fig.4 Top head lifting

2.2.5 附件安裝

梯子、平臺(tái)、內(nèi)浮頂、護(hù)欄等箱罐附件的安裝，待箱罐主體焊接完成后，再根據(jù)設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行安裝。

3 大型箱罐模塊化安裝技術(shù)的優(yōu)劣分析

3.1 模塊化安裝技術(shù)的優(yōu)勢(shì)分析

3.1.1 建造時(shí)間縮短

箱罐安裝過(guò)程采用模塊化施工后，引入了大量平行施工作業(yè)。使得箱罐筒體單個(gè)鋼板的制作以及筒體的組裝，可以同基礎(chǔ)澆注平行進(jìn)行。當(dāng)箱罐基礎(chǔ)養(yǎng)護(hù)完畢后，即可進(jìn)行箱罐現(xiàn)場(chǎng)的組/安裝工作，從而可以大大縮短建設(shè)工期。

3.1.2 施工作業(yè)區(qū)域影響面減小

目前，現(xiàn)場(chǎng)箱罐組裝過(guò)程中，需在罐體基礎(chǔ)周?chē)贾貌牧吓R時(shí)堆場(chǎng)和輔助性半成品制作區(qū)等，施工場(chǎng)地占用較大，且當(dāng)與其他建筑物/構(gòu)筑物交叉施工時(shí)，需要進(jìn)行必要的場(chǎng)地移交/反移交工作，施工作業(yè)區(qū)域影響較大。采用模塊化施工時(shí)，箱罐基礎(chǔ)周邊不再需要留有多余的材料臨時(shí)堆場(chǎng)和輔助性半成品制作區(qū)等，現(xiàn)場(chǎng)周邊施工區(qū)域較小，對(duì)其他建筑物/構(gòu)筑物影響面減小。

3.1.3 提高施工質(zhì)量

箱罐安裝過(guò)程采用模塊化施工后，使得安裝工作，從傳統(tǒng)意義上的一片片連續(xù)安裝階段，延伸到場(chǎng)外集中組裝，再模塊整體安裝的階段。由于模塊預(yù)制廠內(nèi)的筒體組裝工作在車(chē)間進(jìn)行，對(duì)比現(xiàn)場(chǎng)較為復(fù)雜的施工環(huán)境，施工環(huán)境有所保證，安裝質(zhì)量也有所提高。

3.2 模塊化安裝技術(shù)的劣勢(shì)分析

3.2.1 工程造價(jià)費(fèi)用增加

箱罐安裝的倒裝法施工，大型機(jī)械主要是25 t汽車(chē)吊配合現(xiàn)場(chǎng)施工的需要。采用模塊化施工，主要的大型機(jī)械有拼裝場(chǎng)地的50 t龍門(mén)吊，箱罐分段運(yùn)輸時(shí)所要使用的運(yùn)輸車(chē)輛，吊裝時(shí)所要使用的80 t吊車(chē)和120 t吊車(chē)等。大型機(jī)械的施工，使得臺(tái)班費(fèi)、人工費(fèi)等工程造價(jià)費(fèi)用同比增加較多。

3.2.2 高空作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)增加

箱罐安裝的倒裝法施工，主要的施工作業(yè)面集中在距離基礎(chǔ)3 m以內(nèi)的范圍內(nèi)。而若采用模塊化施工，需要施工作業(yè)人員到箱罐筒體頂部進(jìn)行施工焊接工作，最高的凝結(jié)水罐近20 m，高空作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)增加。

3.2.3 變形控制較難

由于箱罐所使用多為6 mm、8 mm、10 mm 和12 mm等幾種規(guī)格厚度的板材，分段組裝時(shí)，箱罐分段較易受運(yùn)輸、吊裝、焊接等過(guò)程影響，造成嚴(yán)重變形。同時(shí)，箱罐組安裝完成后的應(yīng)力消除也較為困難。

4 結(jié)束語(yǔ)

作為核島工程的附屬構(gòu)筑物，也應(yīng)順應(yīng)模塊化施工技術(shù)應(yīng)用的潮流，結(jié)合已有的成功經(jīng)驗(yàn)，利用結(jié)構(gòu)模塊現(xiàn)場(chǎng)組裝的場(chǎng)地、平臺(tái)和工機(jī)具，合理地安排施工順序，為機(jī)組建設(shè)施工質(zhì)量的提高和施工工期的縮短而進(jìn)行嘗試與踐行。

參考文獻(xiàn)：

［1］ API 650 鋼制焊接石油儲(chǔ)罐（Rev.11）［S］. 2007，6. （API 650 Steel Welded Petroleum Storage Tank （Rev.11）［S］， June 2007.）

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［4］ ASTM A380 Standard Practice for Cleaning and Descaling and Passivation of Stainless Steel Parts，Equipment and Systems［S］.

［5］ APP-MT50-Z0-001 Non-Safety， Field Erected，Atmospheric Storage Tanks （Rev.3）［S］.

The Feasibility Study for Module Installation Technology Applied to Large Tank

LU Song
（Sanmen Nuclear Power Co.， Ltd.， Sanmen of Zhejiang Prov. 317112， China）

Abstract：Modularization construction is one of the development directions for nuclear power plant design and construction. The AP1000， which is being constructed in Sanmen， Zhejiang province as the Generation Ⅲ APWR plant， widely adopts this technique. The large tank as the AP1000 pertaining structure shall conform to the tendency of modular installation technique combined with the accumulated experience. This article studies the feasibility for modular installation technique applied to large tank， and analyzes the risks and challenges during the construction of the large tank.

Key words：AP1000； nuclear power plant； modularization； construction； large tank

中圖分類(lèi)號(hào)：TL37

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1674-1617（2016）01-0046-05

收稿日期：2015-09-15

作者簡(jiǎn)介：鹿 松（1982—），男，遼寧人，本科，工程師，現(xiàn)從事核電廠工程管理工作。