核電機組凝汽器模塊式安裝方法的技術研究

張宏新 付寧

摘要：本項目針對AP1000核電站大型凝汽器安裝中的關鍵技術難題，通過對模塊化凝汽器安全可靠吊裝就位技術、凝汽器水室裝配技術的研究，研制了多項專用裝置及工具，形成了一套完整的模塊化凝汽器安裝關鍵技術體系。該關鍵技術成果的應用顯著提高了凝汽器安裝質量和效率，降低了施工安全風險。項目研究成果已成功應用于全球首批AP1000第三代核電技術的山東海陽核電廠2號機組常規島建安工程凝汽器施工項目，使得模塊化凝汽器的安裝質量和效率明顯提高，凝汽器焊縫合格率100%，在運行過程中無泄漏發生，負荷在80%額定負荷下測定凝汽器真空嚴密性優良。

關鍵詞：核電機組、凝汽器、模塊化、安裝

1 前言

目前共同應對全球氣候危機、推動各國綠色低碳轉型是全球多國的共識，對低碳清潔能源的需求不斷提升。核能發電作為一種高效、綠色、清潔、環保的能源，越來越受到世界各國的關注，同時加快發展核能是實現碳達峰碳中和國家重大戰略的重要選擇。AP1000、CAP1400、華龍一號是目前世界三代核電技術的代表，也是引領我國未來核電規模化發展的主流技術。AP1000技術是我國最先投運的第三代核電技術。其最大的特點是設計簡練，模塊化建造，充分利用了諸多非能動的安全體系，比傳統的壓水堆安全體系更加簡單有效，既進一步提高了核電站的安全性，同時顯著降低了核電機組建設以及長期運營的成本。

我公司針對核電站凝汽器安裝過程中存在的主要技術難題，依托海陽AP1000核電站項目，開展了核電站凝汽器安裝關鍵技術研究，為同類型機組的安裝提供技術支持和借鑒。

2 問題分析

公司承建的全球首批AP1000核電站-國家電投山東海陽核電站，該項目中一個機組有三臺凝汽器組成，每臺凝汽器的干重為670t，模塊化到貨拼裝，最大重量達239t。凝汽器為模塊化供貨，共10個模塊，包括膨脹節1塊、接頸3塊、下部本體2塊和水室4塊，單件重量大（達239t）、體積大（長18.1m、寬5.2m、高8m）。

在凝汽器安裝過程中存在的主要問題如下：

（1）單件重量大、體積大、安裝位置低。常規火電廠的凝汽器一般布置在地面，而該核電站凝汽器采用半地下布置方式，導致設備就位空間有限，設備吊裝入位的難度增加。吊裝順序要求嚴格。由于組成凝汽器的10個模塊尺寸較大，就位通道單一，順序在前的模塊制約后面模塊的就位，各模塊的就位次序有嚴密的邏輯關系。

（2）核電凝汽器水室安裝于零米層以下的室內，造成了行車、汽車吊等大型吊裝機械無法使用。一般凝汽器水室單臺重量較大。采用常規裝配方法，準備工作繁瑣，吊裝、倒運困難，操作起來不易控制，需要大量的人員配合，工期較長。且凝汽器水室在吊裝轉向過程中，經常會造成襯膠層摩擦、磕碰，影響后續裝配。

針對以上兩個技術難題，該項目從凝汽器的下部模塊吊裝就位、凝汽器水室拖運吊裝兩個方面開展研究與創新，構建凝汽器安裝施工技術體系，保證核電站凝汽器的安裝質量和安全，助力核電站的科學技術進步。

3 凝汽器模塊化安裝技術研究

3.1凝汽器下部本體模塊吊裝就位技術

針對凝汽器下部本體模塊的吊裝就位，項目組制定了安裝方案：通過設計制作推拉平移專用輔助框架及平移軌道，以液壓推進器為動力，借助汽機房行車調整模塊轉向。通過綜合分析模塊的就位空間條件及機械選型布置特點，經過分析比較、計算模擬，方案安全可靠。

該方案具體如下：針對凝汽器各模塊的特點，在循環水出水側（此區域樓板和板墻預留）和基礎內搭設平移軌道，用主廠房行車吊裝模塊至軌道上，再用600t頂推一體化的夾軌裝置和頂推油缸，用帶快速接頭的液壓軟管將其與電動泵站、控制閥的對應接口相連，啟動泵站操作控制閥，夾軌裝置先自動夾緊軌道，隨著頂推油缸活塞桿的伸出，將凝汽器模塊向前平移一個行程。反向操作控制閥，夾軌裝置先自動松開軌道，頂推油缸活塞桿回縮，夾緊裝置向前跟進一個行程。往復操作單一的控制閥，實現凝汽器模塊的平移。

在此方案實施中設計了一套推拉平移施工系統，該施工系統主要由液壓推進器、輔助框架、平移軌道組成。利用推進器做動力，模塊放置軌道上后，在模塊的一端布置液壓推進器和輔助框架，推進器與輔助框架活動連接，推進器與軌道固定的位置為推進器的固定端，輔助框架設置在軌道上，并將輔助框架和待就位的模塊可靠連接，且輔助框架在液壓推進器的推進行程內。

模塊化凝汽器下部組件分為兩件，就位時利用廠房行車將其中一件放置在下方的拖運平臺的軌道上。使用本系統中的專用裝置將凝汽器下部組件推移至就位位置后，繼續平移凝汽器下部組件，直至滿足下部組件另一件的旋轉空間后停止，待第二個組件移動至就位位置，使用此裝置將凝汽器的第一個組件拉回就位位置，完成整個凝汽器下部模塊的就位。整個過程中此推拉平移裝置僅安裝一次就可完成凝汽器下部模塊的就位。

該技術有效解決了從汽機房外測吊裝面臨深基坑大噸位吊裝作業布置吊車困難的難題。利用液壓推動的方式移動，平穩可靠，無震動和傾斜，保證了安裝質量。推進器受力作用點在凝汽器運輸框架上，平移就位不會造成凝汽器變形。易于操作，節省人力及大型機械，工況改造時間及費用少，節約施工成本。

3.2凝汽器水室模塊吊裝就位技術

水室模塊吊裝就位的常規方案：采用卷揚機與鏈條葫蘆配合進行吊裝，需在零米層下方的鋼梁上掛鋼梁卡，采用多個20t鏈條葫蘆將水室倒運至安裝位置下方，調整鏈條葫蘆鏈條的長度，進行水室在空中的水平轉豎直的轉向，轉向完成后才可以進行下一步裝配。此方案的準備、吊裝、倒運工作繁瑣，操作復雜、難度大，需要大量的人員配合，工期較長。且凝汽器水室在吊裝轉向過程中，由于水室收到摩擦、磕碰易造成襯膠層損壞，影響后續裝配。

為了解決以上難題，開發了一種凝汽器水室裝配系統，該系統包括設置于零米的卷揚機、置于凝汽器水室裝配空間底部的鋼軌、兩個裝配專用工具。

凝汽器水室具體吊裝方案如下：

將凝汽器水室水平吊裝至凝汽器拖運專用工具上，使用銷子進行連接，然后使用卷揚機進行水平拖運，當拖運至安裝位置下方后開始豎直起吊，水室頂部離開軌道后，將頂部連接的專用工具拆除，繼續起吊，這樣后面的專用工具就會隨著水室頂部不斷提高而向前移動，移動的過程中會自動轉向，并且對凝汽器水室襯膠層有效防護。

4 應用情況

本項技術已成功應用于全球首批AP1000第三代核電技術的山東海陽核電廠常規島建安工程，該項目于2010年9月16日開工，于2019年1月9日完成168小時滿負荷試運具備商運條件。在該項目的凝汽器施工中，采用本技術成果后，模塊化凝汽器的安裝質量和效率明顯提高，在運行過程中無泄漏發生，負荷在80%額定負荷下測定凝汽器真空嚴密性優良，機組正常運行。

5 總結

本項技術解決了空間受限條件下大型模塊化凝汽器吊裝就位技術，配合凝汽器水室裝配專用工具，實現了設備平穩安裝就位，防止了吊裝過程中凝汽器水室襯膠層的損壞。該項目對凝汽器模塊化安裝具有重要指導作用，促進了我國核電站安裝技術的進步，完善了核電站常規島安裝關鍵技術體系。

參考文獻

（1）吉慧敏、周濤、劉健全.核電站凝汽器與火電廠凝汽器比較研究.《工程技術》.2018年第26期。

（2）付駿、黃勇、張從平.核電低壓外缸與凝汽器喉部焊接變形控制.《東方汽輪機》。

作者簡介

張宏新，性別：男，出生年月：1970年9月出生，民族：漢族，籍貫：山東省滕州市人，學歷：本科，高級技師，主要研究大型火電項目、核電工程汽輪機安裝技術及熱機工程管理。

付寧，性別：男，出生年月：1990年2月出生，民族：漢族，籍貫：山東省煙臺市棲霞市，學歷：本科，工程師，主要研究汽輪發電機組安裝。