AP1000核電發(fā)電機(jī)定子吊裝方案選取及優(yōu)化

樊向松，張衍

上海核工院研究設(shè)計(jì)院，上海，200233

0 引言

山東海陽核電廠一期工程設(shè)兩臺AP1000百萬千瓦核電機(jī)組，#1常規(guī)島發(fā)電機(jī)定子由日本三菱電機(jī)公司供貨，#2常規(guī)島發(fā)電機(jī)定子由哈爾濱電機(jī)廠供貨。該核電廠主廠房采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，廠房內(nèi)依次布置一臺240t行車和一臺130t行車。發(fā)電機(jī)定子位于16m層汽機(jī)運(yùn)行平臺T.7-T.9/T.B-T.D軸之間。發(fā)電機(jī)定子運(yùn)輸重量462t，凈重451t，定子外形尺寸為11.8m×5.62m×5.46m，重心與中心偏差240mm。因AP1000核電常規(guī)島廠房布置特殊，不能按照常規(guī)火電廠的經(jīng)驗(yàn)采用2臺行車并車抬吊定子。在定子吊裝方案的選取過程中，項(xiàng)目參建各方積極展開探討和研究，逐步形成了兩種成熟的方案，同時(shí)進(jìn)行了成功的實(shí)施，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益[1]。

1 AP1000核電發(fā)電機(jī)定子吊裝方案選取

1.1 不采用雙機(jī)并車抬吊定子的原因

在常規(guī)火電建設(shè)過程中，汽機(jī)廠房行車的設(shè)計(jì)往往僅滿足檢修使用，因此通常在廠房內(nèi)布置偶數(shù)機(jī)組，行車大量提前加固滿足吊裝定子的要求，然后采用雙機(jī)配合液壓提升裝置抬吊定子，這是目前非常通用的一種方法。該方法采用主廠房兩臺行車受力，在2臺行車上再組合分配梁，在分配梁上組合安裝4臺液壓提升裝置，從檢修吊物孔吊裝定子，完成垂直提升、平移、轉(zhuǎn)向、繼續(xù)平移、就位等動(dòng)作后完成吊裝工作，既省時(shí)又省心[2]。

但核電在核安全方面的特殊性決定了常規(guī)島與火電機(jī)組主廠房在結(jié)構(gòu)布置上存在重大的差異，因?yàn)闄C(jī)組容量大，通常一個(gè)核島拖帶1臺機(jī)組，共設(shè)計(jì)12跨。內(nèi)部最大的區(qū)別在于，雖然每臺機(jī)組廠房布置2臺行車，但核島和常規(guī)島串聯(lián)布置，檢修用吊物孔，位于遠(yuǎn)離核島側(cè)，限制了兩臺行車并車時(shí)的站位；而常規(guī)火電機(jī)組鍋爐房和汽輪機(jī)房平行布置，兩臺機(jī)組依次布置在同一廠房內(nèi)，吊物孔位于兩臺機(jī)組中間，行車為兩臺機(jī)組所共用。這也決定了每臺核電機(jī)組的吊物孔在正常情況下不能滿足兩個(gè)行車并車抬吊定子時(shí)的中心距要求。如強(qiáng)行采用雙機(jī)并車方案抬吊定子，需在主廠房設(shè)計(jì)時(shí)加大檢修吊物孔或在主廠房施工時(shí)緩做吊物孔附近的電氣間等主要構(gòu)筑物，此將大大增加基建投資、影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全或影響其他關(guān)鍵路徑上的施工進(jìn)度，不現(xiàn)實(shí)，從經(jīng)濟(jì)和使用性上業(yè)主均不會同意。所以，在AP1000核電定子吊裝時(shí)，不能采用常規(guī)的雙機(jī)并車配合液壓提升裝置抬吊的方案[3]。

1.2 可行性方案一

1.2.1 方案一的主要思路

采用自制吊裝專用設(shè)備（相當(dāng)于臨時(shí)行車，含兩根箱型梁及驅(qū)動(dòng)平移機(jī)構(gòu)）和4臺（GYT-2000）液壓提升裝置配合吊裝發(fā)電機(jī)定子。自制的兩個(gè)箱型梁類似于2根行車大梁（強(qiáng)度滿足要求），驅(qū)動(dòng)平移機(jī)構(gòu)采用8輪驅(qū)動(dòng)，行走輪的輪壓滿足要求，承載發(fā)電機(jī)定子重量的大鉤可自由轉(zhuǎn)動(dòng)。具體詳見圖1：

采用方案一時(shí)，主廠房吊物孔區(qū)域上方的屋頂T.11~T.12軸/T.B~T.D軸線間屋面板、檁條緩裝，該區(qū)域部分水平支撐（6根）在吊裝時(shí)臨時(shí)拆除；7.5m層T.11~T.12/T.C軸橫梁及T.11~T.12/T.C~T.D樓面緩裝、16m層T.11-T.12/T.C~T.D平臺緩裝。通過上述區(qū)域的緩裝，可以預(yù)留出定子吊裝時(shí)所需的放置和起吊定子的空間，并確保定子中心和基礎(chǔ)縱向中心線重合。定子吊裝工況下的主廠房結(jié)構(gòu)經(jīng)設(shè)計(jì)院校核，滿足廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求[4]。

1.2.2 方案實(shí)施前的準(zhǔn)備工作

方案實(shí)施前的核心工作在于在完整的廠房內(nèi)進(jìn)行的臨時(shí)行車箱型梁的吊裝、組合安裝、液壓提升裝置的組合安裝與試運(yùn)行、吊裝模擬試驗(yàn)。

（1）臨時(shí)行車箱型梁的吊裝和組合安裝：吊裝臨時(shí)行車箱型梁采用3臺吊車聯(lián)合抬吊。在正式吊裝定子前，利用廠房外大型吊車（400t履帶吊）先后和地面的90t汽車、16m平臺的130t汽車吊配合，將箱型梁（含平移機(jī)構(gòu)、端梁等）吊裝安放到32m層的主廠房行車軌道上，并按照廠家圖紙組合安裝好。

（2）液壓提升裝置的組合安裝與試運(yùn)行：在地面預(yù)先將液壓缸支撐、液壓缸及96根長22m的專用鋼絞線組合成整體的液壓提升裝置，利用16m平臺上的130t汽車吊將這4個(gè)液壓提升裝置分別吊裝至箱型梁指定位置并對稱布置。連接好液壓提升裝置的油管路及電氣線路，對其進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試完成后在液壓提升裝置下錨頭安裝好抬吊分配梁（即平衡梁，2根）和抬吊梁（1根）及吊桿組（1個(gè)）、支撐框架（1個(gè)）等。按要求啟動(dòng)泵站15分鐘，正常后慢慢提升和下降4只液壓提升裝置液壓缸的一個(gè)行程（即200mm），擰緊下錨頭壓板螺絲，停留15分鐘，觀察液壓提升裝置、吊裝滑道等整套系統(tǒng)各受力點(diǎn)是否正常；反復(fù)三次無異常后，即可帶負(fù)荷提升[5]。

（3）吊裝模擬試驗(yàn)：為確保定子吊裝安全，在吊裝定子前，按照發(fā)電機(jī)定子的實(shí)際重量準(zhǔn)備配重塊，按照正式吊裝的行進(jìn)路線進(jìn)行定子吊裝模擬試驗(yàn)，全面檢驗(yàn)整套定子提升裝置各機(jī)構(gòu)、制動(dòng)器的性能。在模擬吊裝期間，檢查箱型梁下?lián)隙葷M足要求；如發(fā)現(xiàn)異常，檢查分析原因及時(shí)處理，達(dá)到要求。

1.2.3 方案的實(shí)施

（1）用運(yùn)輸車輛將定子放置在主廠房吊物孔指定位置，確保發(fā)電機(jī)定子橫向中心應(yīng)與發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)的縱向安裝中心一致，布置好吊裝的繩具。

（2）操縱液壓提升裝置，按照規(guī)定起吊提升定子，當(dāng)偏差較大時(shí)，根據(jù)具體情況在單缸調(diào)平發(fā)電機(jī)定子后，再同步提升。整個(gè)提升過程中，安排專人監(jiān)測箱型梁下?lián)隙龋_保安全。

（3）當(dāng)定子底部超出16m平臺并高出地腳螺栓頂部約300mm后，停止垂直提升。緩慢開動(dòng)箱型梁大車驅(qū)動(dòng)裝置，先將發(fā)電機(jī)定子從吊物孔移向基礎(chǔ)，待定子全部進(jìn)入16m運(yùn)轉(zhuǎn)平臺后停止平移操作。將發(fā)電機(jī)定子轉(zhuǎn)動(dòng)方向，確認(rèn)發(fā)電機(jī)定子縱向中心與發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)的縱向安裝中心一致后繼續(xù)驅(qū)動(dòng)大車進(jìn)行平移操作，直至發(fā)電機(jī)定子就位點(diǎn)，停止平移操作，同步操作4只200t液壓提升裝置，緩緩落下發(fā)電機(jī)定子，下落至地腳螺栓頂部50mm暫停操作。在確認(rèn)定子螺栓孔與地腳螺栓的位置無誤后，繼續(xù)定子下落操作，直至定子與發(fā)電機(jī)臺板完全接觸，完成發(fā)電機(jī)定子就位工作。

1.3 可行性方案二

1.3.1 方案二的主要思路

在常規(guī)島廠房外的發(fā)電機(jī)定子安裝時(shí)橫向中心位置布置固定（提升）架，先通過安裝有液壓提升裝置的滑動(dòng)（行走）架進(jìn)行垂直提升，在定子提升至16m后，滑動(dòng)架再通過鋪設(shè)的滑道（軌道梁）將發(fā)電機(jī)定子拖運(yùn)到發(fā)電機(jī)定子基礎(chǔ)上，在基礎(chǔ)上事先放置轉(zhuǎn)盤，定子落到轉(zhuǎn)盤上后，轉(zhuǎn)動(dòng)方向，在定子縱向中心和基礎(chǔ)縱向中心一致后，重新布置滑道，將定子落在滑道上，重新拖運(yùn)達(dá)到發(fā)電機(jī)定子橫向中心和基礎(chǔ)橫向中心一致，檢查定子底部支撐板結(jié)合面和臺板結(jié)合面，正常后就位，完成發(fā)電機(jī)定子吊裝。具體如圖2。

采用該方案時(shí)，主廠房23m層TA/T7-T8間縱梁緩做，因?yàn)闄M向中心和定子就位時(shí)廠房中心有偏差，需要二次拖運(yùn)。采用該方案，核心工作在于固定架、滑動(dòng)架及滑道的安裝，為確保定子吊裝安全，同樣需要進(jìn)行吊裝模擬實(shí)驗(yàn)。

1.3.2 方案實(shí)施前的準(zhǔn)備工作

（1）基礎(chǔ)的準(zhǔn)備：在土建施工階段要進(jìn)行固定架基礎(chǔ)的施工，布置好固定支撐架的地腳螺栓的位置，并完成基礎(chǔ)的澆筑。基礎(chǔ)承載力經(jīng)設(shè)計(jì)院核算，滿足定子吊裝需求。

（2）固定架、滑動(dòng)架、轉(zhuǎn)盤的安裝：在廠房外，利用吊車先將固定架六根立柱（上、中、下三段主梁）及桁架進(jìn)行組合連接。固定架主體結(jié)構(gòu)安裝完成后進(jìn)行滑動(dòng)架安裝。滑動(dòng)架組裝使用主廠房行車，采用地面組裝，同時(shí)將平衡梁及車輪組安裝到滑動(dòng)架上，最后滑動(dòng)架整體吊裝至滑道上。使用主廠房行車將轉(zhuǎn)盤吊裝至基礎(chǔ)臺板上，并在轉(zhuǎn)盤上放置兩塊路基鋼板，確保定子落至轉(zhuǎn)盤時(shí)均勻受力[6]。

（3）整套液壓提升裝置的安裝與調(diào)試：連接好液壓提升裝置的油管路及電氣線路，將液壓提升裝置安裝到滑動(dòng)架上，做好調(diào)試準(zhǔn)備工作。滑動(dòng)架在滑道上全行程空載行走檢查，同時(shí)進(jìn)行定子提升和牽引模擬試驗(yàn)。

1.3.3 方案的實(shí)施

（1）定子運(yùn)抵現(xiàn)場停車至指定位置后，確保定子縱向中心線與提升裝置中心線一致。

（2）將定子提升吊離運(yùn)輸車50mm后停止提升，調(diào)整定子平衡后全面檢查。檢查無異常后，操縱液壓提升裝置，繼續(xù)起吊定子。

（3）當(dāng)定子提升至底部超過提升裝置滑道梁橫梁頂面約250mm時(shí)停止提升，用卷揚(yáng)機(jī)配合滑輪組牽引，使定子重心與發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)縱向中心線重合，將定子落至特制的轉(zhuǎn)盤上。利用卷揚(yáng)機(jī)將定子順時(shí)針緩慢旋轉(zhuǎn)90°，使定子縱向中心線與基礎(chǔ)中心線重合。

（4）定子轉(zhuǎn)向，在根據(jù)發(fā)電機(jī)縱向中心線重新安裝滑道梁及兩側(cè)端梁后，拆除底部轉(zhuǎn)盤，采用20t手拉葫蘆牽引定子至橫向中心線與發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)橫向中心線重合位置，緩緩地將定子落到臺板上，定子吊裝就位完成。

2 方案分析對比及優(yōu)化建議

2.1 方案分析對比

2.1.1 緩裝區(qū)域的影響

單就緩做區(qū)域的工作量而言，兩個(gè)方案相比相差不大。但采用方案一時(shí)，在臨時(shí)箱型行車梁吊裝、組合安裝到拆除完成期間，常規(guī)島主廠房內(nèi)行車不能全方位工作，不能再從吊物孔吊裝設(shè)備和材料；所有進(jìn)入吊物孔的吊裝作業(yè)，均需要在廠房內(nèi)布置1臺汽車吊進(jìn)行必要的倒運(yùn)。而采用方案二時(shí)，緩做區(qū)域內(nèi)布置有主變、電纜主橋架，高廠變基礎(chǔ)等均需在定子吊裝后才能施工，將影響倒送電施工節(jié)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)，倒送電節(jié)點(diǎn)將因此直接推遲近三個(gè)月，同時(shí)因?yàn)橹渭芨叨雀摺⒌踔刂兀茏雍瓦\(yùn)輸車輛寬度的間距余量很小，僅50mm，定子運(yùn)輸車輛運(yùn)輸定子最終到位很困難。

2.1.2 吊裝所需時(shí)間

采用方案一，吊裝前現(xiàn)場各項(xiàng)準(zhǔn)備工作需要20天左右；發(fā)電機(jī)定子抵達(dá)后，僅需4個(gè)小時(shí)即可完成定子吊裝就位工作；拆除恢復(fù)需要6~7天。采用方案二，在土建階段即需預(yù)先施工固定架基礎(chǔ)和固定支架地腳螺栓安裝，吊裝前現(xiàn)場各項(xiàng)準(zhǔn)備工作需要15天，但立柱支架在地面組合；發(fā)電機(jī)定子抵達(dá)后，需要2天才能完成定子吊裝就位工作；拆除恢復(fù)需要4~5天。

2.1.3 安全風(fēng)險(xiǎn)分析

采用方案一，風(fēng)險(xiǎn)集中在箱型梁廠房內(nèi)的吊裝組合、屋架檁條的反復(fù)拆裝與恢復(fù)過程的高空作業(yè)；采用方案二，風(fēng)險(xiǎn)集中在固定架和移動(dòng)架的吊裝組合過程以及長距離滑動(dòng)托運(yùn)過程，同時(shí)需要關(guān)注定子運(yùn)輸車輛安全到位；方案一、二的結(jié)構(gòu)件均需要經(jīng)過正規(guī)設(shè)計(jì)單位的嚴(yán)格核算。

2.1.4 吊裝費(fèi)用分析

采用方案一，自制吊裝專用設(shè)備采購的一次性投入相對較大，但在后續(xù)AP1000核電機(jī)組常規(guī)島主廠房結(jié)構(gòu)（主要是主廠房跨距和行車輪距）不發(fā)生明顯變化的情況下，該專用箱型梁結(jié)構(gòu)可重復(fù)利用，施工成本明顯降低。采用方案二，費(fèi)用主要集中在固定架基礎(chǔ)的施工、固定架與移動(dòng)架的制作上，但固定架基礎(chǔ)在完成定子吊裝后不能循環(huán)利用。

2.1.5 綜合比較

從進(jìn)度、安全、成本等方面綜合對比兩個(gè)方案，方案一在保障項(xiàng)目整體進(jìn)度、提高設(shè)備循環(huán)利用率等方面，相對方案二更具有優(yōu)勢。尤其在項(xiàng)目總體工期有限制的情況下，應(yīng)優(yōu)先采用方案一。但在實(shí)施方案一時(shí)，對在主廠房有限空間內(nèi)完成箱型梁的吊裝、組合和高空調(diào)試等均應(yīng)周全考慮。

2.2 優(yōu)化建議

（1）兩種方案均應(yīng)盡量協(xié)調(diào)廠家提前將出線盒供至現(xiàn)場，利用主廠房行車吊裝并寄存。

（2）采用方案二時(shí)，為了不影響汽輪機(jī)安裝進(jìn)展，建議合理安排該階段汽輪機(jī)安裝所需的各種專用工具、材料和設(shè)備，并提前進(jìn)行預(yù)存。

（3）在有條件的情況下，業(yè)主在進(jìn)行設(shè)備采購時(shí)考慮根據(jù)受力點(diǎn)及彎矩、行車軌道梁可承受的最大輪壓等情況下加固或改造主廠房原行車的大梁和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，采用方案一的思路直接采購500t行車實(shí)施或采用加固主行車梁到500t，然后用2臺起重小車進(jìn)行定子的吊裝，可大大減少吊裝時(shí)間，并降低吊裝風(fēng)險(xiǎn)。為了避免定子吊裝期間對汽輪機(jī)安裝進(jìn)度的影響，提高行車使用效率，業(yè)主在基建階段增加土建成本，考慮2臺行車采用高低布置，增加常規(guī)島廠房高度，增加一套行車軌道。如果將輔助設(shè)備設(shè)計(jì)布置在地下，則不增加常規(guī)島廠房高度，僅增加一套行車軌道，此方案在多個(gè)核電項(xiàng)目采用。

3 結(jié)語

隨著技術(shù)的發(fā)展，核電機(jī)組單級容量更大，體積和重量也更大，發(fā)電機(jī)定子吊裝的安全將更困難。通過對上述兩個(gè)定子吊裝方案的詳細(xì)介紹，并在此基礎(chǔ)上從進(jìn)度、安全、成本等方面對這兩個(gè)方案進(jìn)行統(tǒng)籌分析、比較，方案一在保障項(xiàng)目整體進(jìn)度、提高設(shè)備循環(huán)利用率等方面具有明顯優(yōu)勢。在AP1000核電后續(xù)機(jī)組的常規(guī)島發(fā)電機(jī)定子吊裝施工中，可以在參考上文中提供的優(yōu)化建議的基礎(chǔ)上趨利避害、進(jìn)一步優(yōu)化施工組織，對方案一進(jìn)行推廣。有條件的AP1000核電項(xiàng)目，還可根據(jù)方案一的主要思路，采用原行車大梁加固的方法進(jìn)一步優(yōu)化該方案，以創(chuàng)造更好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。