高溫氣冷堆一回路艙室保溫磚施工技術研究

文/李攀、曲文科、丁永勇 中國核工業二四建設有限公司 北京 101601

核能是世界公認的清潔、高效能源，科學利用核能，安全發展核電，對于優化我國能源結構、減少環境污染具有十分重要的戰略意義。高溫氣冷堆是我國產學研結合的自主創新成果，具有第四代核電安全特征，能夠保證在任何事故工況下不發生堆芯熔化和放射性大量釋放。高溫氣冷堆一回路艙室墻體起著反應性控制、放射性包容和余熱導出等功能，是防止放射性物質擴散的第三道安全屏障，但由于混凝土材料所能承受的最高溫度有一定的限值，必須采取一定的冷卻及隔熱措施。保溫磚是艙室保溫隔熱層的設計形式之一，它的作用是保證屏蔽混凝土在反應堆正常運行期間溫度不超過70℃。

1、施工工藝特點

高溫氣冷堆一回路艙室由反應堆艙室和蒸發器艙室組成，其中反應堆艙室內部直徑為8.76m和蒸發器艙室內部尺寸為7.11m×7.00m，艙室豎向高度自標高-15.550m～28.050m 共計43.6m 高。反應堆艙室保溫磚的砌筑范圍為-4.05mm 底板和-4.0～-1.02m 墻體，蒸發器艙室保溫磚的砌筑范圍為-15.0m 底板、-15.0～±0.00m 墻體及2.651m 牛腿頂部平面。保溫磚的砌筑厚度除蒸發器艙室底面為400mm厚，其余位置均為200mm 厚。保溫磚共計約為230m3。

為保證保溫磚施工完成后起到最佳的保溫隔熱效果，工藝要求保溫磚施工必須達到磚縫不得大于3mm、泥漿飽滿度不得小于90%，保溫磚砌體采用錯縫砌筑，錯縫間距不小于12mm，不應有三層及以上重縫，保溫磚砌筑時按照間距2000～2500mm 設置一道膨脹縫，膨脹縫大小為5～6mm，封內填充硅酸鋁纖維棉，膨脹縫上下層錯開，并在高度方向上保持螺旋上升態勢。

2、耐火泥漿配合比研究

按照原設計推薦配合比耐火泥：水玻璃=2：1的配合比進行了配合比試驗，按照要求攪拌完成后，耐火泥成為含有一定濕狀泥塊的散料，完全沒有可塑性，不能成為流動性泥漿，將其在保溫磚上壓抹，完全沒有粘結性，不滿足保溫磚的砌筑要求。

經過試驗結果的對比分析和與設計人員溝通，按照在滿足可操作性的前提下盡量減少水的用量的設計理念以盡量提高耐火泥漿的強度，最終確定按照水玻璃：水=4：1 進行稀釋然后按照耐火泥：水玻璃（稀釋后）=2：1 的配合比，攪拌出的耐火泥漿的稠度、可操作性及可操作時間最符合保溫磚砌筑使用要求。

3、磚型及排版設計研究

3.1 磚型尺寸設計

根據艙室結構尺寸特點，結合保溫磚錯縫及膨脹縫等相關要求，做到盡量減少現場切割磚體數量，經反復研究、詳細計算和CAD 精確排版，確定蒸發器艙室直墻選用200 ×230 ×65 矩形磚、蒸發器艙室圓角處選用200×（88/150）×65 梯形磚、壓力容器艙室弧形墻體選用200 ×（117/123）×65 梯形磚，所有保溫磚均由專業廠家專門開模定型加工。

磚型設計圖

3.2 保溫磚排版研究

3.2.1 反應堆艙室排版

反應堆艙室墻體保溫磚排版時，除去中間3.5m 寬的熱氣導管洞口區域的部分，將剩余部分平分為10 等份，每份作為一個單元，每個單元的圓心角為32.290 °，保溫磚內邊線的弧長為2277.3mm，每個單元中砌筑19 塊保溫磚，每兩個單元之間設置一個膨脹縫。兩層保溫磚的豎向磚縫錯開半個磚的寬度，每個單位及對應的膨脹縫的位置在高度方向上保持螺旋上升態勢。

3.2.2 熱氣導管洞口排版

熱氣導管洞口側面的保溫磚與反應堆艙室的保溫磚同時砌筑，每一層均在同一個標高，熱氣導管洞口與反應堆艙室轉角的接口處采用錯縫處理，奇數層與偶數層采用不同的砌筑方式進行交替砌筑。熱氣導管洞口與蒸發器艙室轉角處在偶數層預留半個標準磚的寬度，形成齒形的馬牙槎。

3.2.3 蒸發器艙室排版

蒸發器艙室墻體保溫磚自-15.0m 標高開始砌筑，主要采用200 ×230 ×65 型保溫磚進行砌筑，蒸發器艙室角部的圓角采用200×（88/150）×65 型保溫磚進行砌筑。蒸發器艙室墻體保溫磚砌筑時按照錯縫及膨脹縫的相關要求進行，每條邊砌筑時起止的兩塊磚的尺寸應根據現場實際情況進行現場切割使用。

3.2.4 墻體頂部企口設計

艙室墻體保溫磚砌筑時，最頂部3 層保溫磚采用100 長保溫磚進行砌筑，保證保溫磚上部形成一個企口，已便于與保溫盒的更好連接。

4、貫穿物項根部節點處理研究

一回路艙室墻體是有大量的檢修平臺、熱電偶等物項的支撐架及支吊架，均需從保溫磚中穿出，為保證保溫磚的保溫隔熱效果，消除保溫隔熱層的薄弱環節，研究制定出特定處理措施。

保溫磚砌筑至每層檢修平臺標高之前，先將檢修平臺的支撐架（先裝段）與墻體預埋件焊接，焊接完成檢查合格后，在支撐架兩側分別增加一塊鋼板將挑梁側邊封堵，鋼板與挑梁采用點焊固定，鋼板的高度與支撐架的高度相等，鋼板與支撐架形成的空腔內填塞保溫棉，最后在側面鋼板端部在增加橫向鋼板與側面鋼板及支撐架點焊，將保溫棉封閉在空腔內。

5、磚體拉結加固措施研究

一回路艙室墻體保溫磚砌筑高度大、厚度小，若不采取加固措施，存在較大的傾倒風險，且無法滿足抗震設計要求，經過研究與對比分析，確定了一種簡單、有效，方便施工的拉結加固措施。拉結筋的豎向間距1.0m、水平間距2.0m，上下相鄰兩層的拉結筋交錯布置。保溫磚每砌筑2m高左右時，暫停保溫磚砌筑，完成保溫磚外側支撐板與拉結筋的焊接加固后，再繼續向上砌筑保溫磚。

結論：

保溫隔熱層與埋設于混凝土內部的屏蔽冷卻水管共同組成了屏蔽混凝土冷卻系統，是重要的核安全保障系統。一回路艙室保溫磚施工技術的研究與成功應用為高溫氣冷堆的安全運行提供有力保障，取得了良好的社會效益和社會影響力，為加快推進60 萬千瓦高溫氣冷堆電站的落地及積極推動高溫氣冷堆技術“走出去”的發展戰略提供了技術支持。