簡論核電站反應堆壓力容器安裝技術及方案研究

中國電建集團核電工程有限公司 賈廣明 孫 超

反應堆壓力容器在核島安全殼廠房中處于核心區域，安裝空間較為狹小且對安裝精度要求較高。針對不同堆型的核島安全殼廠房需采用不同工藝完成翻轉及安裝，翻轉及安裝過程安全質量風險大，對工序銜接要求精確，成品保護標準高。設備引入安裝根據核島不同設計堆型，通常分為水平式和開頂式兩種。本文通過對現有水平式典型引入安裝工藝進行系統論述及分析，提出相應工藝改進設想，以期高效率低風險的完成反應堆壓力容器的引入、翻轉、安裝過程。

1 反應堆壓力容器安裝概述

反應堆壓力容器（RPV）是核電廠的關鍵設備，其質保等級為Q1級，安裝質保等級為Q2級，外形尺寸約為6965mm×6407mm×9454.2mm，凈重約298t、毛重約335t。壓力容器筒體是由下封頭、筒體、冷卻劑進出口接管嘴、容器法蘭、檢漏管等零部件焊接而成的整體，筒體內表面是耐腐蝕的不銹鋼堆焊層，整個容器豎直安裝在反應堆壓力容器支承環上。主要安裝工藝集中在壓力容器重載運輸車的組裝、提升裝置連接、壓力容器在重載運輸車上就位、翻轉抱環和翻轉支架安裝、RPV 用環吊連接工具安裝、壓力容器翻轉、壓力容器吊裝、就位調整等施工工序，其中吊裝翻轉直立是整個安裝工藝中最為繁瑣的環節。

2 現有安裝工藝流程簡述

2.1 設備運輸

RPV 通過重載運輸車輛運至RPV 轉運平臺底層。在RPV 轉運平臺二層組裝重載轉運小車并進行拖拽試驗，檢查重載轉運小車，確保各機構動作靈敏、滾輪轉動平穩、無異常振動，各設備工作協調、連接無松動、整個行程上無障礙物；將RPV 重載轉運小車定位在RPV 臨時轉運平臺上，重載轉運小車準備完成后，將反應堆壓力容器運輸至RPV 起升架下位置。

2.2 設備起升至RPV 轉運平臺

連接RPV 起升裝置，將RPV 起升梁與吊鉤相連，轉動檢查銷軸拔出器手柄靈活程度。將兩根RPV 提升索具的一側繩頭安裝到RPV 提升梁同一側的兩個銷孔上，固定銷軸，然后將RPV 提升索具繩頭穿過RPV 底部，將繩頭用銷軸與提升梁連接并鎖定銷軸防止銷軸自動退出，檢查RPV 提升索具到RPV 重心距離相等；將RPV 從0m 吊裝至二層轉運平臺的RPV 重載運輸車上。然后將RPV 提升索具繩頭與吊裝梁的吊耳連接，再將RPV 提升梁與RPV 提升索具之間的銷軸向外抽出，拆下提升索具繩頭，將銷軸插回繩頭并鎖定。啟動液壓牽引裝置，將RPV牽引至龍門架廠房中間區域后，拆除提升索具。

2.3 設備翻轉

在地面上預組裝RPV 翻轉抱環，將抱環兩個半圓抱箍使用螺栓拼在一塊，保證各處螺栓連接可靠。將預組裝好的翻轉抱環吊至RPV 轉運平臺上。在二層轉運平臺上，調整RPV 翻轉抱環與RPV 同心后，將RPV 翻轉抱環緩慢的套裝在RPV 尾部的翻轉抱環安裝位置上。抱環末端的弧板和容器底封頭貼緊，避免弧面段干涉或間隙過大；拆除RPV 翻轉抱環兩個半圓抱箍間的定距管，擰動調節螺母調節翻轉抱環，使翻轉抱環上兩個翻轉耳軸的軸線同軸并處于同一水平面，且需控制偏差不超過2mm；緊固連接兩個半圓套箍的螺栓，對翻轉抱環進行緊固。

通過液壓拖拽裝置拖拽RPV 重載運輸小車，將RPV 運輸至反應堆廠房。當RPV 法蘭面與安全殼距離達到環吊吊鉤小車極限位置時即可停止運輸。使用螺栓將凸耳組件安裝在RPV 本體頂部法蘭上。安裝時，需測量RPV 法蘭口徑半徑值和凸耳組件實際值，確定凸耳組件與RPV 法蘭口處側向表面間隙為0mm，如有間隙須添加墊片進行調節，使兩者最大間隙公差不超過1mm，直至凸耳組件的止口通過調節墊片貼緊對應的RPV 法蘭口處外表面，然后安裝吊桿組件。將RPV 牽引到翻轉位置并鎖定牽引裝置，將兩個RPV 翻轉支架就位于安裝位置。

用環吊稍微吊起RPV 前端，將翻轉耳軸順利、平穩的放到翻轉支架耳軸座的半圓形支承面內，并保證兩個翻轉耳軸均與耳軸座的半圓形支承面良好接觸。提升和移動環吊吊鉤將RPV 翻轉豎立。翻轉過程中觀察翻轉耳軸與翻轉支架耳軸座接觸良好，翻轉過程中保證吊桿與鉛垂線之間的夾角控制在5°以內，翻轉完成后拆除翻轉抱環。

2.4 設備就位調整

RPV 設備引入前需提前在反應堆廠房安裝壓力容器支撐環，支撐環通過RPV 轉運平臺提升架引入到反應堆廠房中。安裝前通過激光跟蹤儀等高精度測量儀器對RPV 安裝環境進行三維定位測量，檢查支撐環預埋基礎板標高、支撐環中心安裝位置定位、支撐環底部法蘭軸線定位、支撐環圓度等數據，并調整側部止擋塊與支撐環間隙，保持在0.2～0.5mm內。根據測量數據調整支撐環上調整頂絲，使支撐環吊入堆芯后能滿足安裝標高，然后使用環吊將支撐環吊入堆腔就位安裝。就位后再通過高精度測量儀器三維復測，并微調支撐環各項安裝數據。數據確認無誤后進行二次灌漿，灌漿后再次進行三維精密測量，核對前后數據是否發生偏離。

在RPV 支承環安裝后，根據三維測量結果加工水平調整板。加工時依據壓力容器安裝標高，壓力容器支撐環6個支撐面的標高，以及壓力容器本體支撐面的測量數據進行計算，在RPV 支承環上對應位置安裝水平調整板。將RPV 吊運至支承環上方，并準確就位在支承環的6個RPV 接管嘴支承臺上，就位時應監控RPV 管嘴與堆腔水池壁的間隙，以及RPV 筒體與保溫層之間的間隙，避免碰撞。

就位后檢查RPV 法蘭上的堆內構件吊籃支承面的標高、水平度以及RPV 就位方位。測量水平滑動板下表面與水平調整板上表面之間的間隙，確保其間隙值在0～0.05mm 范圍內。測量RPV 支承環與RPV 接管支承凸臺的側面間隙數據，安裝加工后的側向調整板和側滑板，調整完成后拆除凸耳組件及同環吊連接的工具。清理現場后，安裝結束。

3 現有安裝工藝缺點分析及改進設想

由于自主化三代核電技術壓力容器下封頭是光滑的半球形結構，采用兩半式的翻轉抱環通過螺桿嚙合抱緊壓力容器，不僅要求嚙合力矩滿足翻轉需要，還要求保持側向翻轉耳軸的水平度偏差在1mm的控制范圍內；同時在翻轉過程中一直保持翻轉耳軸與翻轉支架之間的兩側間隙均勻，整個施工過程具有很大的施工難度。在組合安裝翻轉抱環和翻轉支架過程中，由于過程繁復，存在較高的安全風險和質量風險。為保證施工質量，需要提前5～7天進行設備翻轉前準備工作，該連接方式工序復雜，需長時間占用反應堆廠房設備引入通道和環吊機械，并投入大量的人力和時間進行安裝，經濟性較低。不僅增加了施工安全風險，也增加了工作量，不利于施工安全、成本等綜合管理。

通過分析的當前安裝工藝存在的缺點，結合AP1000等堆型使用的開頂法吊裝工藝，考慮在反應堆廠房內采用凸耳組件配合雪橇型J 型架式的翻轉方式完成翻轉直立，避免使用翻轉抱環的弊端，從而降低了安全風險和工作量（圖1）。

圖1 J 型翻轉架及使用示意圖

安裝翻轉過程中，前半程與現有工藝類同，但在RPV 提升引入至RPV 轉運平臺前，預先在引入通道內安裝翻轉抱環支架的區域布置J 型翻轉架，并取消進入反應堆廠房前的翻轉抱環安裝工序。重載運輸小車直接將RPV 拖運至廠房內翻轉位置，水平吊起RPV 并放置在J 型翻轉支架上，J 型翻轉工具通過抱箍型小抱環和反應堆壓力容器捆綁在一起、形成固定。然后安裝凸耳組件和吊桿組件。起升環吊，翻轉工具的J 型下端設計能使壓力容器從平臥狀態到直立狀態的動作平順完成。RPV 直立翻轉過程后，通過兩個楔形支座將J 型翻轉裝置固定，便于拆除小抱環。

通過以上改進工藝安裝核電站反應堆壓力容器，可有效解決安裝準備階段施工難度大、施工時間過長的問題，預計可節省安裝準備時間3～4天，并能減少對環吊、廠房主通道等施工資源的依賴，提高施工效率。因而具有可觀的經濟效益，可供同國產三代核電機組RPV 施工中參考及深化研究。