AP1000核电站设备模块制造技术及问题探讨
刘鹏飞1 周勇2
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刘鹏飞1 周勇2,. AP1000核电站设备模块制造技术及问题探讨[J]. 核工业与技术,2022.3. DOI:10.12721/ccn.2022.157021.
摘要: 针对浙江三门核电项目施工特点,文章对AP1000设备模块的制造进行了分析,并对制造过程中发现的问题进行了系统的分析,提出了建设性的意见。
关键词: AP1000;设备模块;设计;制造;建议
DOI:10.12721/ccn.2022.157021
基金资助:

0. 引言

AP1000是电功率为1000MWe级的先进压水堆,是美国西屋公司推出的第三代核电站堆型,首台机组在中国制造,其主要特点是利用自然循环原理,简化了设计,加强了电厂的安全与运行能力,减少了施工费用。

1.设备模块介绍

AP1000采用了模块化施工工艺,使核岛施工工厂化,质量得以保证,缩短建设周期,降低建设成本,提高电站的经济性。

设备模块组成元素多,有泵、罐、热交换器等设备;连接这些设备的管道、阀门等;以及固定这些设备与管道的支架等组合而成,部件繁多,制造精度要求高。

2. 制造技术

2.1 制造描述

安装允许公差:

尺寸0-304mm,公差要求±2.5mm以内;

尺寸304-609mm,±5mm以内,大于609mm,+7.6mm以内。

下料允许公差:长度、宽度为±2mm,对角线3mm,坡口角度+10°~ -5°,坡口钝边0~2mm。

2.2 关键工艺描述

1) 图纸转化

将设计的pdf图纸,转化到三维图中检查空间的碰撞,同时生成CAD图纸,为车间提供直观的下料与组装图纸。

2) 型材的下料组对、焊接

根据公差要求,对型材板材进行下料,端面有坡口的,应按图纸要求加工,然后根据构件图和组装图,按照工艺卡要求进行组对、焊接;

3) 设备安装并固定

设备安装偏差要求:

与其他设备无机械联系的:平面位置±10,标高+20,-10

与其他设备有机械联系的:平面位置±2,标高±1

4) 管道及其附件安装

管段预制安装

管段下料时需根据模块的不同而预留调节段,在结构架上预拼装好后,拆下管段进行最终下料、组对、焊接。

安装时,当图纸间不一致时,以流程图为准进行安装,安装期间,对未进行作业的管段外露口,进行封堵。

法兰连接

栓接法兰时,装上两个紧固件后,将密封垫插入两个法兰配合面间,然后安装第三个紧固件并使三个紧固件互成120°;

密封垫对中时用手或扳手轻微拧紧螺母直到其与支撑面接触;

安装其余紧固件并用手或扳手轻微拧紧螺母直到其与支撑面接触,拧紧螺母时,应对角和交叉进行,不得一个方向拧紧;然后加载力矩,螺栓丝扣外露长度为2~5扣;用塞尺和其它工具检查法兰间的间隙,以确保最终符合要求;

螺纹连接

连接后,约3.5个螺扣应留在外,螺纹连接应完全密封焊,当密封焊有要求时不要使用润滑剂;

管道与设备的最终连接

管道与设备在连接过程中,管道应有适当的支撑,防止对设备施加应力,若最终连接接头为焊接连接时,该焊接接头不包括在以前的水压试验范围内,焊接完成后,应用射线检查,确保无任何缺陷存在。

在线一次性仪表的安装

按管道平面图的位置安装,可拆式流量元件和孔板应在要求的位置安装,孔板附近的管道内表面应光滑、笔直,无任何污物。孔板法兰应对中,以便测量管线的流量传感器是笔直的,并按仪表数据要求定位,在管道底部一侧的排污孔和中心线定位销在一条直线上,方向应正确,清洗、试压时应拆除,用相同规格的法兰短管连接或盲板隔离。

阀门安装

按照阀门安装程序和制造商操作规程进行及维护保养。

大型阀门吊装时,索具不应拴在阀门手轮或电、气动阀门头部,应将索具拴在阀门起重吊耳或阀体与密封盖法兰处;

除特殊要求外,阀门手轮、电、气动阀门头部应垂直安装;

阀门铭牌上的流向应与系统介质流动方向一致;

各种控制阀的安装应与控制系统相符;

法兰阀门连接的操作步骤参照上面所述中的法兰连接步骤;

焊接阀门的连接参照相应焊接程序。

管道的清洁度保护

用于不锈钢的特殊工具,应单独使用和维护,对消耗材料应进行氯离子含量控制,施工时临时的堆放可用乙烯塑料布和枕木与地面隔离;

阀门安装时,检查接口处的清洁度,以确保法兰密封面和阀杆的锥心区干净清洁;

在进行管道设备连接时做好接口处的清洁工作,以确保接口处的清洁和设备内部无杂物和其它污物;

除正在施工时都应在管线上装设保护管帽;

安装组件时,应保证操作时产生的灰尘碎渣从开口端掉出来,而不进入管道或设备内部;

5) 模块检验与清洁

完成模块全部组装工作后,进行设备试运转、管道强度、严密性试验;

对试验管道进行清洗、吹扫,检验完成后,应对模块所有外露口进行封闭保护。

6) 包装运输

模块必须在喷砂补漆工作完成,漆面完全干燥后,进行包装运输;运输中避免碰撞和摩擦,保持标识和涂漆层的完整。

设备模块的外形尺寸都是根据欧洲铁路运输的标准设计的,运输时要根据模块的尺寸和国内公路运输要求,可采取分段或卧式运输,或海运方式。

3. 制造过程问题探讨

1) 设计不完善及设计变更导致的图纸转化的困难及建议

在浙江三门核电站模块制造过程中,图纸转化工作尤为重要。西屋对AP1000的设计工作没有结束,由于三门核电项目建设的紧迫性,导致了边设计边施工的状况,这不免会出现一些图纸错误和不完整的现象。设备模块部件繁多,管段及支架在狭小的空间内纵横交错,平面图中难以发现交叉的问题。为此为了避免在制造过程中出现返工、材料浪费,将图纸转化到三维模型中,做进一步检查,是非常重要的。

2) 物项准备的困难及建议

AP1000设计采用的标准为美国和欧洲标准,依托化项目建设中,难以在短期内实现设备与材料的国产化,对于型材,欧洲的规格与国内的规格有很大的出入,不仅是英公换算问题,它牵涉到需重新进行强度计算。盲目的以大代小,会造成模块整体重量的增加,而需重新考虑楼板的承重。因此,不从设计方考虑材料的换算问题,国产化的道路将是很难走下去。

设备模块材料种类多而繁杂,量少,在国际市场寻找的道路也很艰难。设计方、购买方和制造方应加强沟通,设计时应尽量减少型钢的种类,变更时避免提出新材料。

三门项目,由于泵阀供货滞后,造成很多设备模块不完整供货,因此,对于模块的采购方,对泵阀长周期设备或部件的订货工作要提前考虑,甚至比设备模块的订货时间还应早,才能跟上模块制造的进度。

3) 制造过程中,针对部件未供货的应对措施

对于模块而言,应该在工厂内最大化的完成车间能够完成的工作,以减少现场的工作,但在三门核电项目中,如果等待全部设备或部件安装完成的话,现场会因为此设备模块的不能就位而停止工作。为了不影响现场安装的时间,采取将未到设备现场安装方式,这在一定程度上失去了模块化制造的意义。建议在其他三台建设时,采购方应提前考虑长周期的设备或部件,使得模块化施工的优势体现出来。

4.  总结

模块化施工是非常先进的思路,在沸水堆建设中,在国内外的化工领域也得以很好的利用,它所带来的有利之处和经济效率也是有目共睹的,但这一技术路线的实施需从设计、采购、制造、安装等各个环节的密切配合,优势才能得以发挥。在AP1000的后续建设中,在设计趋于完善,供货链稳定之后,模块的制造也可以形成流水线,模块的供货也可平稳化。

参考文献

非能动安全先进核电厂AP1000【M】林诚格,郁祖盛,北京:原子能出版社

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