CPR1000核島主系統(tǒng)設備雙機抬吊旋轉法吊裝工藝淺析

張建軍，梁 健，封茂龍，霍亞邦

（中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518124）

CPR1000核島主系統(tǒng)設備雙機抬吊旋轉法吊裝工藝淺析

張建軍，梁 健，封茂龍，霍亞邦

（中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518124）

核島主系統(tǒng)設備吊裝是核電站核島設備安裝工作的重要環(huán)節(jié)。而重型設備吊裝工藝方法復雜、技術難度大、安全技術高，需要耗用大量的人力物力。因此，核島重型設備的吊裝是核電站建設的重大關鍵技術問題。在核電蓬勃發(fā)展的今天，總結成熟的吊裝技術，創(chuàng)造新的吊裝工藝，推動核電重型設備吊裝技術的發(fā)展，有著積極的現(xiàn)實意義。重型設備吊裝技術作為一種社會財富，應該加以總結、提高和推廣，以起到提供借鑒，開闊思路，指導吊裝施工的作用。

核島主系統(tǒng)；雙機抬吊旋轉法

1 工程概述

CPR1000是中廣核集團(中國廣東核電集團有限公司)在引進、消化、吸收國外先進技術的基礎上，結合20多年來的漸進式改進和自主創(chuàng)新形成的二代改進型百萬千瓦級壓水堆核電技術；是目前國內自主化水平、安全可靠性、成熟性、經(jīng)濟性等各方面綜合比較最佳的核電技術方案；是我國可以在“十二五”期間實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的百萬千瓦級二代改進型核電技術方案，可以為第三代核電技術成功示范后的批量建設打下堅實的技術基礎，促進裝備產(chǎn)業(yè)結構升級，加速實現(xiàn)新一代核電站的自主設計、自主制造、自主建設和自主運營。

CPR1000項目中一臺機組的核島主系統(tǒng)設備包括1臺壓力容器RPV，3臺蒸汽發(fā)生器SG，3臺主冷卻劑泵，1臺穩(wěn)壓器PZR，1套下部堆內構件。設備參數(shù)見表1。

表1 核島主系統(tǒng)設備參數(shù)Table 1 Equipment parameters of the main system of NI

在主系統(tǒng)設備安裝階段，通過安裝在核島廠房頂部的環(huán)形吊車上的工作小車和安裝小車并車聯(lián)鉤后通過吊裝專用工具，在核島+20.0 m設備平臺，對主系統(tǒng)設備進行翻轉后吊裝至安裝位置。核島主系統(tǒng)設備是核電站的核心設備，其安裝質量的優(yōu)劣，將對整個核電站項目的成敗起到?jīng)Q定性作用。

2 常規(guī)安裝項目塔狀重型設備吊裝工藝

2.1 雙機抬吊滑移法

常規(guī)安裝項目中對于大噸位、長體形的設備需水平運輸。安裝時需要翻轉直立后再吊裝就位的塔狀設備，常采用兩臺大噸位吊車通過一個受力平衡裝置與需要吊裝的設備連接，以達到設備提升中的均衡受力的效果。同時，在設備裙座下，加設一個專用滑移尾座，在兩臺吊車提升力的作用下，通過尾排的向前滑移，使設備由平臥狀態(tài)逐漸達到直立狀態(tài)，最后脫排就位，此吊裝方法被稱為雙機抬吊滑移法。

例如，在建設鎮(zhèn)海煉化公司蠟油廠加氫裝置中，用兩臺TC2600型起重量為500 t的履帶吊車，采用雙機抬吊滑移法吊裝了重達520 t（直徑4.2 m，長度29.5 m）的反應器。

2.2 工藝特點

雙機抬吊滑移法的特點是吊裝機、索具受力較大，對設備尾排的滑移路線、吊車站車支腿處的地面承壓要求較高。吊裝過程中的關鍵環(huán)節(jié)主要有兩個：一是設備頂部的平衡吊梁的水平控制；二是設備在進入臨界角后的脫排操作控制。這兩個環(huán)節(jié)是吊裝工程的成敗所在。

3 CPR1000核島主系統(tǒng)重型設備吊裝工藝

3.1 雙機抬吊旋轉法

核島主系統(tǒng)設備因其噸位重、體形大，均采用水平運輸，本文僅以主系統(tǒng)設備中重量最重，體形最大的SG為例進行吊裝工藝分析。其他主系統(tǒng)設備的吊裝與SG相比，僅是連接方式上存在一些差別，吊裝工藝基本相同。

吊裝前通過龍門架380 t吊車將SG吊裝至核島+20.0 m設備平臺，安裝時通過安裝在核島廠房頂部環(huán)吊上的217 t工作小車和190 t安裝小車并車后用一組專用工具與SG連接。同時，在SG底部加裝一套翻轉抱箍，通過耳軸與翻轉支架形成回轉支撐，在環(huán)吊兩臺小車提升力的作用下，使設備在翻轉過程中以翻轉耳軸為中心旋轉。通過吊車提升力的作用及吊車的移動使設備逐漸直立，直至設備垂直并脫離翻轉支架。此種吊裝方法根據(jù)其吊裝特點可以定義為雙機抬吊旋轉法。

3.2 工藝特點

雙機抬吊旋轉法可確保設備在翻轉過程中，始終處于穩(wěn)定狀態(tài)，吊具受力狀態(tài)優(yōu)于吊具固定的方式。但是翻轉支架受力較大，翻轉過程中產(chǎn)生的水平力和垂直力通過支架傳給基礎，對支架基礎樓板的承壓要求較高，后者要有足夠的承載能力。翻轉支架的可靠性是確保吊裝成敗的關鍵因素之一。吊裝過程中的關鍵環(huán)節(jié)有3個：一是環(huán)吊安裝小車和工作小車起升動作必須同步，具體反映在平衡梁的水平控制上，為此用兩臺經(jīng)緯儀跟蹤測量，并據(jù)實進行調整；二是設備底部的翻轉抱箍上的翻轉耳軸不得懸空，在整個翻轉過程中應該始終壓在翻轉支架耳軸座內；三是注意設備在翻轉擺正接近90度時，控制設備自傾旋轉。

4 SG雙機抬吊旋轉法所用設備及工具

核島主系統(tǒng)設備吊裝所用吊具，統(tǒng)稱為安裝專用工具，均委托具備相關資質的專業(yè)公司設計制造。吊具加工完成后，須對重要零部件進行載荷試驗和檢驗，目的是檢驗結構的承載能力，以保證其使用的安全性和可靠性，見表2。

試驗時載荷因子：靜載試驗載荷因子為1.4，動載試驗載荷因子為1.2。高于國家《起重機試驗規(guī)范和程序》中靜載試驗載荷因子1.25，動載試驗載荷因子為1.1的國標標準。

表2 SG吊裝時重量匯總Table 2 Weight summary during SG lifting

4.1 環(huán)吊

環(huán)形起重機簡稱環(huán)吊，位于核島廠房頂端，主要負責核電站安裝期間各重型設備，如蒸汽發(fā)生器、壓力容器、穩(wěn)壓器等設備吊裝，同時也負責電站運行、維修期間核島廠房各種設備吊運工作，見圖1。

主要組成部件有：環(huán)形軌道及承軌梁、環(huán)吊端梁及主梁、5 tX-Y移動梁、190 t安裝小車、217/10 t工作小車、中央拱架、聯(lián)合起吊梁及平臺、通道等附件。聯(lián)合起吊最大起吊能力396 t。

SG翻轉吊裝前，將217 t安裝小車與190 t吊裝小車之間通過連接板以機械方式連接，通過聯(lián)合操作進行并車抬吊。

吊裝時通過一個偏心聯(lián)合提升梁聯(lián)鉤，以保證兩臺起重設備在吊裝過程中均衡受力，見圖2。

P1：217 t工作小車負荷；P2：190 t安裝小車負荷

217 t工作小車負荷率214/217=98.6﹪，190 t安裝小車負荷率187/190=98.4﹪。

圖1 環(huán)形起重機Fig.1 Polar crane

圖 2 受力分配圖Fig.2 Schematic of stress distribution

4.2 環(huán)吊聯(lián)合提升梁

因為環(huán)吊安裝小車和工作小車負荷不一致，為保證兩臺小車吊裝時均衡受力，在兩臺小車聯(lián)鉤時使用的是一個偏心平衡梁的特殊技術措施，平衡梁的構造及外形尺寸見圖3。

環(huán)吊聯(lián)合提升梁設計額定載荷為396 t，SG吊裝時實際負荷389.2 t，聯(lián)合提升梁負荷率389.2/396=98.3﹪。

經(jīng)超聲檢查后，本組60例患者均明確診斷，診斷符合率100%，其中慢性闌尾炎急性發(fā)作7例、闌尾周圍膿腫6例、急性化膿性闌尾炎14例、急性單純性闌尾炎26例，急性壞疽穿孔性闌尾炎7例、。其中闌尾腔有糞石者11例。見表。

4.3 SG用環(huán)吊專用工具

SG用環(huán)吊連接工具包括吊梁、吊索、提吊耳軸等部件。

聯(lián)鉤后的環(huán)吊通過聯(lián)合提升梁下方吊桿上的銷孔和吊梁上的銷孔重合后，用銷軸將聯(lián)合提升梁和吊梁連接起來。

吊梁設計載荷396 t,實際載荷379 t,負荷率379/396=95.7﹪

將提吊耳軸前端插入SG二次側人孔，使提吊耳軸與SG二次側人孔的端面接觸，用螺栓將提吊耳軸固定在SG二次側人孔法蘭凸臺的螺紋孔內，按規(guī)定預緊力矩值緊固。

通過高性能無接頭繩圈索具、吊梁、提吊耳軸將SG與環(huán)吊連接起來。翻轉吊裝SG專用的環(huán)形吊索也稱高性能無接頭繩圈，是通過專用的纏繞設備、經(jīng)過特殊工藝編織而成的環(huán)形索具，其特點為柔軟性好、強度高、使用方便，適用于空間有限或特大型吊裝工程，在SG吊裝時單根對折后使用，見圖4。

圖 3 偏心平衡梁Fig.3 Eccentric balance beam

圖 4 高性能無接頭繩圈索具Fig.4 High-performance jointless rope rigging

表3 環(huán)形索具的基本參數(shù)表Table 3 Basic parameter of round rigging

環(huán)形吊索，吊索直徑為84 m m，周長28 m，使用時對折后單只額定載荷201.6 t,實際載荷1 8 9.5 t,單只環(huán)形吊索負荷率為189.5/201.6=94.0﹪,其總破段拉力為2015.6 t，安全系數(shù)為5，見表3。

4.4 翻轉抱箍

翻轉抱箍：由兩個半圓套箍、兩個耳軸以及連接件等組成。翻轉SG時，翻轉抱箍箍緊SG，耳軸置于翻轉支架的支承座內，作為翻轉SG的支點。

因SG設備本體不能直接焊接吊耳，故采用了抱箍這種形式，抱箍由兩個半圓箍組成，用螺栓連成一體箍抱在SG上，靠抱箍與設備間的摩擦力承受載荷，為增大摩擦力在抱箍與SG接觸面之間布置了一層膠皮。連接兩個半抱環(huán)的M72的8.8級高強度螺栓，最終預緊力矩為5 500 N?m。螺栓緊固時應按一定順序交替進行，并在裝配翻轉抱箍時要求翻轉耳軸的中心線與SG二次側人孔中心線必須平行，其平行允差0.6 mm。

4.5 翻轉支架

翻轉支架由焊接框架、耳軸座、調整墊片、連接螺栓等組成。

將SG運到翻轉位置后，安裝翻轉支架，安裝時要調整支架，保證翻轉支架頂部的凹槽中心線在一條直線上，且垂直于SG的軸線，垂直度允差小于1 mm，兩個翻轉支架與地面連接通過44×M39的8.8級高強度螺栓固定，預緊力矩750 N?m，安裝完成后，要求試吊時，翻轉耳軸應能順利的、平穩(wěn)的在SG翻轉支架耳軸座的半圓形支撐面內轉動，且兩個翻轉耳軸均與耳軸座的半圓形支撐面良好接觸，否則，應采取措施，重新調整翻轉支架或SG重載車的位置。

5 SG雙機抬吊旋轉法吊裝施工工藝

SG吊裝的主要過程為：通過提升裝置用380 t龍門吊車將SG水平提吊到+20 m設備平臺上方，放置于重載小車上固定，用拖曳裝置將SG向反應堆廠房內移動到預定位置后，在SG下部筒體上安裝翻轉抱箍組件；在SG的二次側人孔處安裝提吊耳軸，用銷軸將SG吊梁與環(huán)吊聯(lián)合提升梁連接，用環(huán)形吊索將提吊耳軸和SG吊梁連接；再用拖曳裝置將SG向反應堆廠房內二次移動到翻轉位置后，安裝SG翻轉支架，見圖5。

圖5 SG翻轉圖Fig.5 SG flipchart

設備與連接工具安裝完成后，應做提吊試驗進行檢驗，用環(huán)吊將SG前部緩慢地提升約200 mm。注意觀察聯(lián)合提升梁、吊梁、吊索、提吊耳軸之間的連接部位，吊索的繩箍部位，吊梁與聯(lián)合提升梁的連接部位，提吊耳軸與SG二次側的連接部位，在提升過程中應無異常響聲，吊梁的水平中心線應無肉眼可見的傾斜，SG銷軸應無竄動變位等情況。

確認SG具備翻轉條件后，由起重指揮發(fā)令，操作司機通過環(huán)吊起升機構和小車行走機構交替運行，直至把SG豎立起來。在翻轉吊裝的整個過程中要注意以下幾個關鍵環(huán)節(jié)。

一是必須保證環(huán)吊安裝小車和工作小車起升動作同步，具體反映在環(huán)吊聯(lián)合提升梁的水平控制上，為此在SG翻轉過程中施工單位在環(huán)吊聯(lián)合提升梁兩端安裝了兩個測量標靶，由專業(yè)測量技術人員，用兩臺高精度經(jīng)緯儀跟蹤測量，并根據(jù)實測數(shù)據(jù)，及時通報起重指揮，在水平度不得大于3°的前提下，隨時進行調整，以控制環(huán)吊聯(lián)合提升梁的水平度，保證兩臺起重設備的均衡受力。

二是在翻轉過程中，位于SG底部的翻轉抱箍上的翻轉耳軸不得懸空，在整個翻轉過程中應該始終壓在翻轉支架耳軸座內，施工單位應派專人對SG兩側的翻轉耳軸在支架內的接觸情況進行監(jiān)測，并及時向起重指揮匯報。

三是注意在SG翻轉擺正接近90°時，要注意到設備整體中心和回轉支點處于同一鉛錘面內的瞬間，SG的總重力與翻轉支架處的支反力大小相等方向相反而平衡。此時SG的平衡是不穩(wěn)定的，要注意控制環(huán)吊小車的走位，防止設備因自身的重力作用自轉。

SG翻轉至垂直位置后，由環(huán)吊通過專用工具將SG提離翻轉支架，此時，環(huán)吊及專用工具出力最大，根據(jù)受力校核，均接近設計載荷。拆除翻轉支架、利用SG翻轉抱箍拆除平臺拆除翻轉抱箍，確認SG從翻轉位置到安裝位置之間沒有干涉后，使用環(huán)吊將SG緩慢吊裝至安裝位置進行定位、調平等安裝工作。

6 改進及建議

在目前CPR1000核島主系統(tǒng)設備的翻轉過程中，均通過環(huán)吊大鉤起升與小車水平運動交替工作直至設備翻轉完成。但是以3臺SG為主的主系統(tǒng)設備的吊運流程及翻轉位置都是相對固定的，可以考慮在翻轉過程中使用環(huán)吊在運行檢修及換料期間使用的三維自動定位功能，將SG翻轉時的初始位置代碼、最終位置代碼輸入CPU，通過PLC系統(tǒng)程序的編制，操作時使用“自動運行”模式，使環(huán)吊的大鉤起升機構、小車運行機構按照程序設定的步驟和路徑，沿著最優(yōu)的軌跡，穩(wěn)定、精確地由初始位置運行到目標位置，環(huán)吊的定位精度能夠達到5 mm。如果環(huán)吊的三維自動定位功能在主系統(tǒng)設備安裝階段得到使用，將大大提高主系統(tǒng)設備吊裝工藝的精細化施工，減少人因不安全因素，提高工作效率，節(jié)省主系統(tǒng)設備的安裝時間。

7 結束語

嶺澳二期CPR1000核島主系統(tǒng)設備的順利吊裝，標志著我國核電自主建設已經(jīng)達到了一個全新的水平。

[1] 樊兆馥. 重型設備吊裝手冊［M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，2006.

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[3] 羅頂瑞,朱兆華.大型吊裝組織設計與案例實例［M].北京：化學工業(yè)出版社，2007.

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[5] 劉銀娥，胡亞東. 核島環(huán)形起重機電控系統(tǒng)的開發(fā)及應用［J]. 起重運輸機械，2008，(6):45-48.

Brief analysis of lifting technology used in two cranes
rotary lifting method for CPR1000 in main system equipment

ZHANG Jian-jun，LIANG Jian，F(xiàn)ENG Mao-long，HUO Ya-bang
（China Guangdong Nuclear Power Engineering Co., Ltd., Shenzhen of Guangdong Prov. 518124, China）

The lifting of equipment which located in the main system of NI is an important link of erection. The lifting process of heavy equipment is characterized by complicated process, difficult technology, high safety requirement, and plenty of manpower and resources. So the lifting of NI heavy equipment is a critical and key technical issue for the construction of nuclear power plant. With the booming of nuclear power industry, it makes positive and realistic sense to summarize the proven technique of lifting, create new procedure, and promote the development of hoisting technology for heavy equipment of nuclear power plant. As a kind of social wealth, the lifting technique of heavy equipment shall be summarized, improved and spread to be a good reference for broadening our mind and guiding the lifting operation.

main system of NI；two cranes rotary lifting method

TL37

A

1674-1617(2010)03-0227-07

2010-04-20

張建軍（1974—），男，山東人，工程碩士，工程師，從事主系統(tǒng)安裝工作。