臺山CEPR核電站核島支架優化及在施工中的應用

唐文彬　李福東

摘 要：該文簡單介紹了核電站支架分類，通過比對研究臺山CEPR支架的設計工具、結構形式、材料選用、生根方式、供貨形式等方面的特點，分析了臺山CEPR支架優化和對施工的影響，對后續核電站核島支架設計選用提供了良好借鑒，也為現場施工提供了便利。

關鍵詞：EPR 核電站 核島 支架

中圖分類號：TM62 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）01（c）-0003-02

Abstract：This paper briefly introduce the nuclear power plant support categories.By comparing and studying the characteristics of Taishan CEPR supports design tools， structural styles，material choosing，rooting methods and supply forms，this paper analyze the influence of Taishan CEPR supports optimization to construction.It is providing a good references to the following nuclear power plant nuclear island support design material choosing，and also offer conveniences to site construction.

Key Words：EPR；Nuclear Power Plant；Nuclear Island；Support

EPR機組是目前技術最先進的三代核電機組之一，是目前世界上單機容量最大的核電機組。該機組以法國N4型和德國KONVOI型核電站為設計參考，充分吸收了法國和德國核電設計、建造和運行經驗，EPR總體設計目標和安全指標都達到了第三代核電站的要求。

臺山核電站位于廣東省江門市赤溪鎮，一期工程引進2臺EPR機組，設計和采購主要供應商為法國AREVA NP公司（以下簡稱ANP），定名為CEPR（中國改進型壓水堆），單機設計容量1750 MW，是目前世界上，單機容量最大的反應堆，是中國廣核集團首個采用第三代核電技術的示范工程。

1 核電站支架簡介

核電站核島安裝工程總計分為10個安裝包，支架的預制和安裝屬于EM4輔助系統安裝包。由于核電工程的特殊性，核電站核島輔助管道支架與其他工程管道支架有著很大的差別，支架安裝的各方面要求更為嚴格、復雜，管道支架的安裝質量直接影響到管道的安裝，進而影響系統功能的實現。上述的特點分別體現在設計、材料、功能、安裝技術要求和難度等諸多方面。

核島支架可按照下面兩個方式進行分類。

1.1 支架按RCC-M標準分級

核島輔助管道中的支架，按照法國《壓水堆核島機械設備設計與建造規則》（簡稱RCC-M法規）[1]中的H1300篇的規定，可分為S1、S2級，除此之外還有NC級（NC級即非RCC-M級）。

支架的級別與被支承設備級別相關聯，具體可分為：

—S1級支架：支承1級設備或部件；

—S2級支架：支承2級或3級設備或部件；

—NC級支架：支承NC級設備或部件；

當級別不同的兩個或兩個以上設備共用一個支架時，支架的級別按級別最高的那個設備定級。

1.2 支架按安裝階段分級

支架的安裝可分為兩個不同階段：第一階段、第二階段。對應于這兩個階段支架，我們習慣稱之為一階段（第一級）支架和二階段（第二級）支架（這不同于RCC-M中規定的S1、S2級）。

第一級支架指的是固定到土建鋼結構或混凝土結構上的固定部件和輔助鋼結構架。對于不同支架型式，一級支架的組成也不同。如：對于懸臂梁式支架，一級支架包括基板（預埋板除外）和懸臂梁；對于吊架，一級支架包括基板和吊耳；對于橫向限位器及其它結構梁型支架，一級支架包括基板和結構梁部分。

第二級支架包括：管道限位和固定部件、中間支承件，是支架功能的主要體現。

管道限位和固定部件包括：整體化固定支座附件（假三通）、支架限位部件、導向部件、彎管托（耳軸）、U型管卡、管夾、抗擺動支承中間連接部件、拉桿、緩沖器拉桿、彈簧箱等。

中間支承部件包括：吊環螺母、法蘭螺栓、U型連接件、吊桿、吊桿連接件、吊架橫擔梁等等。

2 臺山CEPR核島支架的優化及對現場施工的影響

為了優化支架的預制和安裝，EPR在充分借鑒歐洲核電站的建設經驗，重新設計并規范了管道支架的結構標準，并將該優化用于臺山CEPR的管道支架設計。

2.1 采用PDMS三維設計，充分考慮空間布置，減少干涉

臺山CEPR的一個典型特點是采用PDMS三維軟件進行設計。PDMS是一種高效一體化工廠全專業二三維系統和布置協同設計平臺，在以解決工廠設計最難點-工藝和管道設計為核心的同時，解決設備、建筑、土建、結構、暖通、電氣、儀表、支吊架等各專業詳細二維系統設計和三維布置設計，使各專業間充分關聯聯動?？梢詮亩S工廠邏輯模型可以直接生成三維工廠模型，而后生成各專業或多專業布置圖、結構圖、支吊架安裝圖等等。PDMS可提高設計效率50%以上，并使無差錯設計和無碰撞施工成為可能實現的事實。用戶只需擁有它就可進行工藝、設備、建筑、管道、土建、結構、暖通、電氣、儀表等各專業二維系統設計和三維布置設計，不需另外購買圖形平臺軟件、數據庫平臺軟件、自動出圖軟件、單管圖軟件、配管圖（下料圖）軟件等。endprint

設計方在進行管道支架設計時，充分考慮空間因素等，在三維環境設計完成后，導出為平面施工圖紙。三維設計在臺山CEPR的實施，將大大減少支架與各個專業間沖突，較少不必要的設計修改和返工。

2.2 簡化支架結構，減少支架焊口數量

ANP在充分借鑒歐洲電站支架設計經驗的基礎上，對臺山CEPR支架結構進行了優化，二階段采用了成品供貨部件，與CPR1000相比，支架結構大為簡化。在結構簡化的基礎上，每張支架圖的焊口數量較CPR1000也大為減少，每張支架圖基本不超過3個，大大減少焊接工作量。

臺山CEPR支架的一般結構分為支架生根部分、連接部分（方鋼、方形板或其他剛性支撐）和二階段支架（決定支架功能）三部分組成，詳見圖1、圖2。

上述兩種結構只是基本結構，實際可能隨著空間和功能的不同引申出不同的組合方式，但基本的結構形式是一致的。

支架結構優化，需加工一階段支架部分的工作量大為較少，為預制節省了工期。而單個支架焊口數量的大幅度減少，也給現場安裝帶來了便利。

2.3 采用簡單型材構成支架，焊接方便

由于一階段支架需焊接在預埋板或土建鋼結構上，所以設計方在一階段支架的設計上采用形狀簡單的型材—— 方剛，來替代CPR1000常用的工字鋼和槽鋼等形狀復雜的型材，由于該設計理念的應用，現場支架的焊接時間將會減少。規格相近的方鋼和工字鋼焊接，方鋼的焊縫焊接的工作量都較少，考慮到焊縫的焊渣清理以及焊縫檢驗等工作，單個焊縫焊接效率至少提高50%以上。

2.4 大量使用預埋板代替錨固螺栓板

臺山CEPR的設計方在土建設計階段就設計了大量的預埋板，以便后續的支架安裝時可以采用預埋板焊接而不是采用在CPR1000大量使用的膨脹螺栓鉆孔固定錨固板的支架安裝方式，方便現場安裝，提高工作效率。同時，支架安裝的固定質量更有保證。

ANP設計范圍內的所有支架都將采用預埋板焊接的形式安裝。

2.5 二階段支架將全部采用成品供貨

標準支架手冊《EPR Support Catalogue》[2]中對臺山CEPR的二階段支架進行詳細描述。臺山支架所需的二階段支架都將從該文件中進行選取和制造加工。ANP進行支架設計、供應商對支架進行加工制造以及安裝承包商的現場安裝，全部參考該文件執行，標準統一。并且二階段支架全部為成品到貨，不需要再進行二次預制。

在供貨狀態上，二階段為整體打包到貨，即單個二階段支架，包括U型箍、螺桿、板材、非標件等等，全部為整體到貨。二階段的成品狀態及整體到貨將大大減少支架的預制量，并且對現場安裝帶來極高的便利。

從上面各個方面可以看出，臺山CEPR由于采用了各種設計、制造優化，現場支架的預制和安裝效率，將會有一個大幅度的提升。

3 臺山CEPR支架優化對后續核電項目的啟示

3.1 支架的標準化設計和制造

建議后續項目應設置一個統一的支架設計、制造和安裝平臺。對于設計方可以是一個元件庫，設計時可以直接從元件庫中進行選取。同時，該支架手冊文件應與設計方的PDMS元件庫保持一致。設計、制造和安裝統一標準，做到標準化的設計、制造和施工。

3.2 盡量采用預埋件的支架生根方式

預埋板焊接支架較錨固板安裝形式而言，固定質量以及安裝進度可以得到大幅度提高。因此后續電站在設計時，可以在土建設計階段充分考慮預埋板的設置，方便現場安裝。

3.3 優化支架結構

設計方在進行一階段支架的設計上采用形狀較為簡單的型材——方剛，來替代CPR1000常用的工字鋼和槽鋼等形狀復雜的型材，以減少現場焊接工作量和焊接難度。

4 結語

目前，臺山CEPR核電站已進入系統施工階段，通過設計方對支架設計制造的優化設計，現場安裝承包商的實際安裝操作，論證了EPR核島支架在設計和選型等方面給現場施工帶來的有利影響，為后續我國自主三代核電核島支架的優化設計積累了經驗。

參考文獻

[1] 法國核島設備設計建造規則協會 RCCM2007壓水堆核島機械設備設計和建造規則.

[2] AREVA NP，EPR Support Catalogue.endprint