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华龙一号堆型钢衬里模块4~模块6施工优化研究

华龙一号堆型钢衬里模块4~模块6施工优化研究
蔡霞
中国核工业二四建设有限公司,四川  绵阳 621000

摘要:华龙一号是国家自主第三代核电堆型,核岛反应堆厂房采用双层安全壳结构,其中内层钢衬里结构是核岛第一道防护的核心,由于双壳结构最大高度差的要求,导致安全壳钢衬里内、外壳施工逻辑复杂且施工工期深度较差,采用传统散拼模式对质量整体性及工期造成较大影响,文章研究华龙一号堆型钢衬里模块4~6施工优化,通过钢衬里模块壁板吊装、拼装、组对、焊接及加腋区水平段焊接、支撑加固、拼装逻辑、闸门套筒安装优化,并设计环状空间桁架作为整体吊具,实现了钢衬里整体模块化施工,为外壳与周边厂房施工提供了充足工作面及时间。与此同时,采用增加屏蔽罩解决现场拼装射线检测对周边影响,整体华龙一号钢衬里施工关键路径从22.9个月工期优化至19.5个月,取得了较大的突破。
关键词:华龙一号;钢衬里模块;内壳;施工逻辑优化
前言
华龙一号作为我国自主研发的第三代核电站,是我国后续核电发展的重点选择之一。而核电站的建设周期与核电厂的经济性密切相关,是核电站的核心竞争力的指标之一。漳州华龙一号内控建造工期为56个月,而其中钢衬里及内壳工期仅为19.5个月,保证其建造工期可有效提高华龙一号的市场竞争力。通过对华龙一号反应堆厂房钢衬里及内壳的施工逻辑及工期的优化,为后续堆型建设总工期的优化提供了理论支持。
1. 工程概况
1.1结构概况
华龙一号核电站钢衬里及内壳是反应堆厂房的重要组成部分,主要由底板、加腋区、筒体和穹顶四大部分组成[1],同时还有人员、应急、设备闸门三大闸门套筒包含其中。钢衬里筒体整体为薄壁大直径(φ46812mm)圆筒结构,加腋区、筒体1~10 段结构形式基本一致,主要由6mm厚特制Q265HR钢板与外侧规格为Q235B∠125×80×10、∠75×50×8的背肋角钢及Φ8×80的锚固钉组成,筒体上不均匀分布有贯穿性锚固件、非贯穿性锚固件、贯穿件套筒,筒体10 段上分布有45 个环吊牛腿和16 件连体贯穿件套筒(有两件连体、有四件连体两种类型),模块整体属于重心偏心的结构。
1.2工程特点
华龙一号反应堆厂房采用双壳结构,两层壳体间隔小,根据技术规格书对筒体与混凝土筒体的最大高度差的要求,导致安全壳钢衬里、内壳、外壳施工逻辑复杂且施工工期深度交叉。钢衬里属于核安全2级设备,质保等级QA1级,抗震类别Ⅰ类,连接以焊接为主,薄壁板焊接过程中极易产生应力集中,鼓包、波浪变形等质量缺陷,对上下两个对接模块圆度、周长精确等指标控制要求高。整个钢衬里对密封性有严格的要求,特别是焊缝质量要经过目视检测(VT)、渗透检测(PT)、真空盒检漏(LT)、射线检测(RT)的检验。安全壳钢衬里施工作业高度高达45m(筒体10段顶标高45.13m),增加了其施工的安全风险。
2.华龙一号钢衬里施工工期优化分析
钢衬里是华龙一号反应堆厂房安全壳施工关键路径上的工作,占总工期的比重较大,提前进行钢衬里结构施工对优化安全壳建造工期至关重要。国内外越来越多的核电项目采用了钢衬里模块化施工,并有效地优化了工期。在漳州华龙一号堆型安全壳工期紧张的情况下,为优化反应堆厂房安全壳的建造工期,需对安全壳钢衬里模块化施工再次优化势在必行。
2.1华龙一号反应堆厂房安全壳钢衬里传统施工安排
结合前期华龙一号建造经验,并根据《压水堆核电厂反应堆厂房安全壳钢衬里施工技术规格书》要求,筒体与混凝土筒体的最大高度不应超过19m。华龙一号反应堆厂房按照土建主工期24.5个月[2](FCD=2019.10.16到内穹顶吊装2021.10.21)传统施工逻辑及安排如下:

在此施工逻辑及安排下, 钢衬里模块四需在内壳8层混凝土浇筑完成后安装,钢衬里模块五需在内壳后浇区9-12层混凝土浇筑后(绝对工期65天)安装,模块六(筒体10段)需在内壳14层混凝土浇筑完成后安装,钢衬里模块整体安装启动时间较晚,同时有闸门套筒后浇区的影响,实现FCD+14.5完成钢衬里模块六安装目标计划抗风险能力极低。
2.2华龙一号反应堆厂房安全壳钢衬里施工逻辑优化分析
钢衬里吊装过程采用环状空间桁架充当吊具[5],吊钩牵引8根钢丝绳吊住吊具后,再由48个连接部件将吊具与模块进行连接,通过吊具提升模块进行吊装。模块吊至安装指定位置后,对新装模块与下部已装模块进行临时固定,位置及变形全部调整后进行施焊,完成模块吊装工作。后续会在模块外侧浇筑600mm厚钢筋混凝土结构层作为受力结构,钢衬里部分不作为结构受力构件。因此钢衬里仅需要保证吊装过程中自重引起的变形及强度要求。
为保证钢衬里模块施工绝对工期,且满足整体目标,对模块吊装边界条件进行假设模拟,并通过专业机构使用模型对边界条件进行计算论证。钢衬里模块安全逻辑可做如下优化:

对比传统施工安排,优化后的施工逻辑可做以下调整:钢衬里模块四提前内壳1层混凝土浇筑时间安装(内壳7层具备安装条件),钢衬里模块五提前内壳1层混凝土浇筑及设备闸门套筒后浇区浇筑前安装,钢衬里模块6(筒体10段)提前内壳混凝土2层及设备闸门套筒3层后浇区安装。
2.4华龙一号反应堆厂房安全壳钢衬里施工逻辑优化工期前后对比
钢衬里模块四优化安装启动时间提前15天,钢衬里模块五优化安装启动时间提前60天,钢衬里模块六优化安装启动时间提前30天,设备闸门套筒后浇区优化安装启动时间提前30天,为外壳及周边厂房施工释放更多的施工空间。
3华龙一号钢衬里施工优化保证措施
3.1现场拼装射线检测对周边影响的解决措施
钢衬里模块现场拼装焊缝较多,均需进行不同比例的RT检测,过程中对周边厂房施工将造成停工影响。拼装场地对模块拼装焊缝进行RT检测过程中在周边厂房方向增加屏蔽罩,减少对周边区域辐射危害的影响。目前在曝光使用屏蔽罩对剂量进行了初步测量,同条件下,未使用屏蔽罩剂量检测为4.5mSv/h,使用后剂量检测约为225μSv/h,屏蔽罩的使用可使辐射剂量有效减少约20倍。后续根据现场实际工况使用屏蔽罩,保证周边厂房辐射剂量在可控的范围内。
3.2钢衬里模块施工精度的保障措施
钢衬里模块具有结构尺寸大、壁板薄、整体刚度小等特点,现场拼装、安装精度控制难度大,特别是加腋区部位存在厚薄板的全熔透焊缝及变截面的情况。
3.2.1 钢衬里模块壁板拼装
预制壁板(含该壁板内侧走道板)的吊装采用汽车吊,为了保证吊装壁板水平,使用四根钢丝绳(或加设倒链)吊装,两根主吊绳用卸扣连接在壁板上部的环向大角钢上,另两根副吊绳用两个倒链通过卸扣分别连接在壁板下缘的两个螺栓上,吊装时以加长板右侧或左侧壁板为起吊点,以顺时针或逆时针方向依次进行吊装,最后吊装加长板,每块板吊装就位后采用扶壁柱进行固定,固定方式一般采用挂接方式,必要时也可采用焊接方式。若采用焊接方式,应按照焊接工艺要求进行焊接,临时支撑在模块拼装完成后移除,采用机械打磨方式移除,移除后对焊接部位进行外观检查。
壁板组对设置不少于1 条伸缩缝(加长板余量一侧立缝),以伸缩缝对面的一张壁板为起点,利用扶壁柱上的调节装置先调整该壁板的竖直度和位置符合要求后,调整点焊与相邻壁板的立缝,向左右两侧沿扇形展开依次进行组对,加长板余量一侧立缝不组对。
焊接时应首先完成非伸缩缝立缝焊接,在焊完非伸缩缝立缝后检查圆度及其直径,符合要求后将最后壁板的余量切去,组对伸缩缝,焊接完伸缩缝后,对壁板的整体几何尺寸及其它项目如圆度、上口标高等进行复查,合格后拆除壁板外侧立缝焊接平台,拼装第二层壁板。
壁板组对设置不少于一条伸缩缝(加长板余量一侧立缝),壁板组对以伸缩缝对面的一张壁板为起点,向左右两侧沿扇形展开依次进场组对。组对时先调整其中一块板的竖直度和位置,并点焊其环缝,以此板为基准组对两侧壁板立缝,组对时应同时调整单块板上口的竖直度和下口的环缝,两者都符合要求后(环缝不得点焊)再调整点焊与相邻壁板的立缝,加长板余量一侧立缝不组对。
3.2.1钢衬里模块加腋区水平段焊接优化措施
钢衬里模块加腋区水平段结构为6mm筒体板与22mm加工成的渐变边组对结构且为全熔透焊缝,在水平段与竖直段焊缝焊接后会形成角变形,同样在水平段与筒体1段焊缝焊接后也会形成角变形。在两个角变形的共同作用下,C03薄板易产生鼓包变形,难以满足技术规格书1516JT0308中平整度±3mm要求。
加腋区水平段预制完成出厂前,于每块水平段构件(共13块)增设防变形工装,设置原则为:加设工装与构件进行焊接,焊接位置位于工装板与加厚板连接处;焊接采用双面角焊缝,每处焊缝长度40-60mm;工装加设间距约1.5m,并应避开插板焊缝、竖直段立缝、筒体1段立缝处。可有效解决组装、焊接变形问题。
3.2.2钢衬里模块加腋区水平段支撑结构优化措施
为了保证钢衬里模块安装的连续性,[3]通过在加腋区水平段处设置竖向支撑,承载模块二的重量,支撑沿着模块周长均匀设置48根,平面位置与模块吊耳位置相同,竖向支撑与加腋区上部模块的竖向角钢对齐。竖向支撑采用圆钢管,长度1910mm,下部带有锚固钉(或钢筋)及端板,圆钢管上端焊接至加腋区加厚板处(焊接完成后应确保支撑钢管垂直),跟钢衬里模块一起进行吊装。钢衬里筒体属于薄壁构件,钢衬里筒体壁板构件自身拼装精度较高,构件易变形、焊接质量要求高,筒体整体尺寸不易控制。钢衬里模块上分布有贯穿件套筒、锚固件等构件,其中定位、焊前及焊后测量精度要求高,施工过程中应重点关注钢衬里本体拼装精度、整体尺寸及贯穿件套筒、锚固件的安装精度。
3.3钢衬里模块环向焊缝局部几何尺寸超限问题的保障措施
钢衬里模块之间的组装环向焊缝焊,焊接时局部焊缝容易应力集中导致焊后变形,出现局部竖向凹凸度不符合技术规格书[4]的要求。后续对变形超差区域采用静压力法进行调整,在局部凹凸变形区域背部角钢设置门型架,用千斤顶进行静压调整,必要时在变形区域背部角钢上增加环形防变形角钢。
3.4钢衬里模块拼装逻辑优化保证措施
    传统钢衬里模块一[6]由加腋区竖直段、加腋区水平段、筒体1段组成(吊装时机:FCD+3.5),吊装前需完成钢衬里底板外环板的现场组装焊接,考虑筏基养护、钢衬里底板支撑系统安装及二次抹灰养护时间,底板外环板启动安装时机为FCD+2。钢衬里底板外环板由30mm加工成的渐变板组对结构且为全熔透焊缝,组装焊缝为100%RT(除插销板)。将底板外环(含加厚板)增加到钢衬里模块一上,不仅可提前在模块拼装场地启动底板外环板的拼装,而且避免了焊接人员在内壳钢筋狭小空间施工,有效地降低因施工环境带来的劳动强度增大。同时,在拼装场地完成组装及焊接,在拼装场采取屏蔽措施的情况下,可有效减少焊缝RT检测对周边厂房的影响。
3.5优化闸门套筒安装及移交保证措施
安全壳内壳浇筑到闸门套筒(人员、应急、设备闸门)下方时进行闸门套筒安装,安装时借助下方安全壳混凝土墙体设置安装支撑,。改变闸门套筒安装支撑体系,提前原方案一层启动闸门支撑安装,可提前启动闸门套筒安全,提前移交土建进行钢筋绑扎,保证土建人员、应急闸门套筒处不留后浇区。设备闸门套筒(本体内径8m)安装焊接量大,同时又规格C32 HRB400 钢筋149根。安装时,优先可考虑设备闸门下半部分验收移交,保证土建后浇区提前介入钢筋绑扎。整体可确保闸门套筒区域施工窗口前移,提高主体结构施工工期的抗风险能力。
4.结论
本文所述华龙一号堆型反应堆厂房安全壳钢衬里施工逻辑优化是在漳州华龙一号1号机组施工进度管理、技术管理实际经验、数据的技术上,结合当前漳州现场整体施工安排及管理要求进行工期优化分析。现阶段优化成果已证明可将安全壳主体结构施工工期进行有效调整及实施,并保证各子项工程施工介入窗口时间前移,提高整体进度计划的抗风险能力。随着后续技术创新的不断优化升级,持续改进施工逻辑,优化工期,保障华龙一号堆型反应堆厂房安全壳钢衬里施工顺利实施,不断为华龙一号堆型的先进性做加分项。
参考文献:
[1] 核电站钢衬里模块化制作和施工技术[J]. 王开华.  建筑. 2014(24)
[2] “华龙一号”首堆示范工程反应堆厂房+16.5m以上筒体钢衬里和混凝土施工逻辑优化及成果[J]. 马瀛,王其龙,邢辉,杨大伟.  产业与科技论坛. 2018(13)
[3] 核岛钢板混凝土安全壳施工精度分析与控制[D]. 赵岩.哈尔滨工业大学 2020
[4] NB/T 20159-2012. 压水堆核电厂反应堆厂房安全壳钢衬里施工技术规程[S]. 2012
[5] 核岛钢衬里筒体模块整体吊装网架结构设计及问题分析[J]. 于喜年,刘晓,王建国.  核科学与工程. 2011(04).
[6] 核电站模块化建造研究[J]. 曾晓敏.  中小企业管理与科技(下旬刊). 2010(09)

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