CPR1000核岛主系统设备双机抬吊旋转法吊装工艺浅析

2010-03-24张建军封茂龙霍亚邦

中国核电 2010年3期

关键词：岛主双机小车

张建军，梁健，封茂龙，霍亚邦

（中广核工程有限公司，广东深圳 518124）

CPR1000核岛主系统设备双机抬吊旋转法吊装工艺浅析

张建军，梁健，封茂龙，霍亚邦

（中广核工程有限公司，广东深圳 518124）

核岛主系统设备吊装是核电站核岛设备安装工作的重要环节。而重型设备吊装工艺方法复杂、技术难度大、安全技术高，需要耗用大量的人力物力。因此，核岛重型设备的吊装是核电站建设的重大关键技术问题。在核电蓬勃发展的今天，总结成熟的吊装技术，创造新的吊装工艺，推动核电重型设备吊装技术的发展，有着积极的现实意义。重型设备吊装技术作为一种社会财富，应该加以总结、提高和推广，以起到提供借鉴，开阔思路，指导吊装施工的作用。

核岛主系统；双机抬吊旋转法

1 工程概述

CPR1000是中广核集团(中国广东核电集团有限公司)在引进、消化、吸收国外先进技术的基础上，结合20多年来的渐进式改进和自主创新形成的二代改进型百万千瓦级压水堆核电技术；是目前国内自主化水平、安全可靠性、成熟性、经济性等各方面综合比较最佳的核电技术方案；是我国可以在“十二五”期间实现产业化的百万千瓦级二代改进型核电技术方案，可以为第三代核电技术成功示范后的批量建设打下坚实的技术基础，促进装备产业结构升级，加速实现新一代核电站的自主设计、自主制造、自主建设和自主运营。

CPR1000项目中一台机组的核岛主系统设备包括1台压力容器RPV，3台蒸汽发生器SG，3台主冷却剂泵，1台稳压器PZR，1套下部堆内构件。设备参数见表1。

表1 核岛主系统设备参数Table 1 Equipment parameters of the main system of NI

在主系统设备安装阶段，通过安装在核岛厂房顶部的环形吊车上的工作小车和安装小车并车联钩后通过吊装专用工具，在核岛+20.0 m设备平台，对主系统设备进行翻转后吊装至安装位置。核岛主系统设备是核电站的核心设备，其安装质量的优劣，将对整个核电站项目的成败起到决定性作用。

2 常规安装项目塔状重型设备吊装工艺

2.1 双机抬吊滑移法

常规安装项目中对于大吨位、长体形的设备需水平运输。安装时需要翻转直立后再吊装就位的塔状设备，常采用两台大吨位吊车通过一个受力平衡装置与需要吊装的设备连接，以达到设备提升中的均衡受力的效果。同时，在设备裙座下，加设一个专用滑移尾座，在两台吊车提升力的作用下，通过尾排的向前滑移，使设备由平卧状态逐渐达到直立状态，最后脱排就位，此吊装方法被称为双机抬吊滑移法。

例如，在建设镇海炼化公司蜡油厂加氢装置中，用两台TC2600型起重量为500 t的履带吊车，采用双机抬吊滑移法吊装了重达520 t（直径4.2 m，长度29.5 m）的反应器。

2.2 工艺特点

双机抬吊滑移法的特点是吊装机、索具受力较大，对设备尾排的滑移路线、吊车站车支腿处的地面承压要求较高。吊装过程中的关键环节主要有两个：一是设备顶部的平衡吊梁的水平控制；二是设备在进入临界角后的脱排操作控制。这两个环节是吊装工程的成败所在。

3 CPR1000核岛主系统重型设备吊装工艺

3.1 双机抬吊旋转法

核岛主系统设备因其吨位重、体形大，均采用水平运输，本文仅以主系统设备中重量最重，体形最大的SG为例进行吊装工艺分析。其他主系统设备的吊装与SG相比，仅是连接方式上存在一些差别，吊装工艺基本相同。

吊装前通过龙门架380 t吊车将SG吊装至核岛+20.0 m设备平台，安装时通过安装在核岛厂房顶部环吊上的217 t工作小车和190 t安装小车并车后用一组专用工具与SG连接。同时，在SG底部加装一套翻转抱箍，通过耳轴与翻转支架形成回转支撑，在环吊两台小车提升力的作用下，使设备在翻转过程中以翻转耳轴为中心旋转。通过吊车提升力的作用及吊车的移动使设备逐渐直立，直至设备垂直并脱离翻转支架。此种吊装方法根据其吊装特点可以定义为双机抬吊旋转法。

3.2 工艺特点

双机抬吊旋转法可确保设备在翻转过程中，始终处于稳定状态，吊具受力状态优于吊具固定的方式。但是翻转支架受力较大，翻转过程中产生的水平力和垂直力通过支架传给基础，对支架基础楼板的承压要求较高，后者要有足够的承载能力。翻转支架的可靠性是确保吊装成败的关键因素之一。吊装过程中的关键环节有3个：一是环吊安装小车和工作小车起升动作必须同步，具体反映在平衡梁的水平控制上，为此用两台经纬仪跟踪测量，并据实进行调整；二是设备底部的翻转抱箍上的翻转耳轴不得悬空，在整个翻转过程中应该始终压在翻转支架耳轴座内；三是注意设备在翻转摆正接近90度时，控制设备自倾旋转。

4 SG双机抬吊旋转法所用设备及工具

核岛主系统设备吊装所用吊具，统称为安装专用工具，均委托具备相关资质的专业公司设计制造。吊具加工完成后，须对重要零部件进行载荷试验和检验，目的是检验结构的承载能力，以保证其使用的安全性和可靠性，见表2。

试验时载荷因子：静载试验载荷因子为1.4，动载试验载荷因子为1.2。高于国家《起重机试验规范和程序》中静载试验载荷因子1.25，动载试验载荷因子为1.1的国标标准。

表2 SG吊装时重量汇总Table 2 Weight summary during SG lifting

4.1 环吊

环形起重机简称环吊，位于核岛厂房顶端，主要负责核电站安装期间各重型设备，如蒸汽发生器、压力容器、稳压器等设备吊装，同时也负责电站运行、维修期间核岛厂房各种设备吊运工作，见图1。

主要组成部件有：环形轨道及承轨梁、环吊端梁及主梁、5 tX-Y移动梁、190 t安装小车、217/10 t工作小车、中央拱架、联合起吊梁及平台、通道等附件。联合起吊最大起吊能力396 t。

SG翻转吊装前，将217 t安装小车与190 t吊装小车之间通过连接板以机械方式连接，通过联合操作进行并车抬吊。

吊装时通过一个偏心联合提升梁联钩，以保证两台起重设备在吊装过程中均衡受力，见图2。

P1：217 t工作小车负荷；P2：190 t安装小车负荷

217 t工作小车负荷率214/217=98.6﹪，190 t安装小车负荷率187/190=98.4﹪。

图1 环形起重机Fig.1 Polar crane

图 2 受力分配图Fig.2 Schematic of stress distribution

4.2 环吊联合提升梁

因为环吊安装小车和工作小车负荷不一致，为保证两台小车吊装时均衡受力，在两台小车联钩时使用的是一个偏心平衡梁的特殊技术措施，平衡梁的构造及外形尺寸见图3。

环吊联合提升梁设计额定载荷为396 t，SG吊装时实际负荷389.2 t，联合提升梁负荷率389.2/396=98.3﹪。

经超声检查后，本组60例患者均明确诊断，诊断符合率100%，其中慢性阑尾炎急性发作7例、阑尾周围脓肿6例、急性化脓性阑尾炎14例、急性单纯性阑尾炎26例，急性坏疽穿孔性阑尾炎7例、。其中阑尾腔有粪石者11例。见表。

4.3 SG用环吊专用工具

SG用环吊连接工具包括吊梁、吊索、提吊耳轴等部件。

联钩后的环吊通过联合提升梁下方吊杆上的销孔和吊梁上的销孔重合后，用销轴将联合提升梁和吊梁连接起来。

吊梁设计载荷396 t,实际载荷379 t,负荷率379/396=95.7﹪

将提吊耳轴前端插入SG二次侧人孔，使提吊耳轴与SG二次侧人孔的端面接触，用螺栓将提吊耳轴固定在SG二次侧人孔法兰凸台的螺纹孔内，按规定预紧力矩值紧固。

通过高性能无接头绳圈索具、吊梁、提吊耳轴将SG与环吊连接起来。翻转吊装SG专用的环形吊索也称高性能无接头绳圈，是通过专用的缠绕设备、经过特殊工艺编织而成的环形索具，其特点为柔软性好、强度高、使用方便，适用于空间有限或特大型吊装工程，在SG吊装时单根对折后使用，见图4。

图 3 偏心平衡梁Fig.3 Eccentric balance beam

图 4 高性能无接头绳圈索具Fig.4 High-performance jointless rope rigging

表3 环形索具的基本参数表Table 3 Basic parameter of round rigging

环形吊索，吊索直径为84 m m，周长28 m，使用时对折后单只额定载荷201.6 t,实际载荷1 8 9.5 t,单只环形吊索负荷率为189.5/201.6=94.0﹪,其总破段拉力为2015.6 t，安全系数为5，见表3。

4.4 翻转抱箍

翻转抱箍：由两个半圆套箍、两个耳轴以及连接件等组成。翻转SG时，翻转抱箍箍紧SG，耳轴置于翻转支架的支承座内，作为翻转SG的支点。

因SG设备本体不能直接焊接吊耳，故采用了抱箍这种形式，抱箍由两个半圆箍组成，用螺栓连成一体箍抱在SG上，靠抱箍与设备间的摩擦力承受载荷，为增大摩擦力在抱箍与SG接触面之间布置了一层胶皮。连接两个半抱环的M72的8.8级高强度螺栓，最终预紧力矩为5 500 N・m。螺栓紧固时应按一定顺序交替进行，并在装配翻转抱箍时要求翻转耳轴的中心线与SG二次侧人孔中心线必须平行，其平行允差0.6 mm。

4.5 翻转支架

翻转支架由焊接框架、耳轴座、调整垫片、连接螺栓等组成。

将SG运到翻转位置后，安装翻转支架，安装时要调整支架，保证翻转支架顶部的凹槽中心线在一条直线上，且垂直于SG的轴线，垂直度允差小于1 mm，两个翻转支架与地面连接通过44×M39的8.8级高强度螺栓固定，预紧力矩750 N・m，安装完成后，要求试吊时，翻转耳轴应能顺利的、平稳的在SG翻转支架耳轴座的半圆形支撑面内转动，且两个翻转耳轴均与耳轴座的半圆形支撑面良好接触，否则，应采取措施，重新调整翻转支架或SG重载车的位置。

5 SG双机抬吊旋转法吊装施工工艺

SG吊装的主要过程为：通过提升装置用380 t龙门吊车将SG水平提吊到+20 m设备平台上方，放置于重载小车上固定，用拖曳装置将SG向反应堆厂房内移动到预定位置后，在SG下部筒体上安装翻转抱箍组件；在SG的二次侧人孔处安装提吊耳轴，用销轴将SG吊梁与环吊联合提升梁连接，用环形吊索将提吊耳轴和SG吊梁连接；再用拖曳装置将SG向反应堆厂房内二次移动到翻转位置后，安装SG翻转支架，见图5。

图5 SG翻转图Fig.5 SG flipchart

设备与连接工具安装完成后，应做提吊试验进行检验，用环吊将SG前部缓慢地提升约200 mm。注意观察联合提升梁、吊梁、吊索、提吊耳轴之间的连接部位，吊索的绳箍部位，吊梁与联合提升梁的连接部位，提吊耳轴与SG二次侧的连接部位，在提升过程中应无异常响声，吊梁的水平中心线应无肉眼可见的倾斜，SG销轴应无窜动变位等情况。

确认SG具备翻转条件后，由起重指挥发令，操作司机通过环吊起升机构和小车行走机构交替运行，直至把SG竖立起来。在翻转吊装的整个过程中要注意以下几个关键环节。

一是必须保证环吊安装小车和工作小车起升动作同步，具体反映在环吊联合提升梁的水平控制上，为此在SG翻转过程中施工单位在环吊联合提升梁两端安装了两个测量标靶，由专业测量技术人员，用两台高精度经纬仪跟踪测量，并根据实测数据，及时通报起重指挥，在水平度不得大于3°的前提下，随时进行调整，以控制环吊联合提升梁的水平度，保证两台起重设备的均衡受力。

二是在翻转过程中，位于SG底部的翻转抱箍上的翻转耳轴不得悬空，在整个翻转过程中应该始终压在翻转支架耳轴座内，施工单位应派专人对SG两侧的翻转耳轴在支架内的接触情况进行监测，并及时向起重指挥汇报。

三是注意在SG翻转摆正接近90°时，要注意到设备整体中心和回转支点处于同一铅锤面内的瞬间，SG的总重力与翻转支架处的支反力大小相等方向相反而平衡。此时SG的平衡是不稳定的，要注意控制环吊小车的走位，防止设备因自身的重力作用自转。

SG翻转至垂直位置后，由环吊通过专用工具将SG提离翻转支架，此时，环吊及专用工具出力最大，根据受力校核，均接近设计载荷。拆除翻转支架、利用SG翻转抱箍拆除平台拆除翻转抱箍，确认SG从翻转位置到安装位置之间没有干涉后，使用环吊将SG缓慢吊装至安装位置进行定位、调平等安装工作。

6 改进及建议

在目前CPR1000核岛主系统设备的翻转过程中，均通过环吊大钩起升与小车水平运动交替工作直至设备翻转完成。但是以3台SG为主的主系统设备的吊运流程及翻转位置都是相对固定的，可以考虑在翻转过程中使用环吊在运行检修及换料期间使用的三维自动定位功能，将SG翻转时的初始位置代码、最终位置代码输入CPU，通过PLC系统程序的编制，操作时使用“自动运行”模式，使环吊的大钩起升机构、小车运行机构按照程序设定的步骤和路径，沿着最优的轨迹，稳定、精确地由初始位置运行到目标位置，环吊的定位精度能够达到5 mm。如果环吊的三维自动定位功能在主系统设备安装阶段得到使用，将大大提高主系统设备吊装工艺的精细化施工，减少人因不安全因素，提高工作效率，节省主系统设备的安装时间。

7 结束语

岭澳二期CPR1000核岛主系统设备的顺利吊装，标志着我国核电自主建设已经达到了一个全新的水平。

[1] 樊兆馥. 重型设备吊装手册［M]. 北京：冶金工业出版社，2006.

[2] 杨文柱. 起重吊装简易计算［M]. 北京：机械工业出版社，2007.

[3] 罗顶瑞,朱兆华.大型吊装组织设计与案例实例［M].北京：化学工业出版社，2007.

[4] 陆寅白，杨红军. 电力建设施工起重方案及实例精选［M]. 北京：中国水利水电出版社,2005.

[5] 刘银娥，胡亚东. 核岛环形起重机电控系统的开发及应用［J]. 起重运输机械，2008，(6):45-48.

Brief analysis of lifting technology used in two cranes
rotary lifting method for CPR1000 in main system equipment

ZHANG Jian-jun，LIANG Jian，FENG Mao-long，HUO Ya-bang
（China Guangdong Nuclear Power Engineering Co., Ltd., Shenzhen of Guangdong Prov. 518124, China）

The lifting of equipment which located in the main system of NI is an important link of erection. The lifting process of heavy equipment is characterized by complicated process, difficult technology, high safety requirement, and plenty of manpower and resources. So the lifting of NI heavy equipment is a critical and key technical issue for the construction of nuclear power plant. With the booming of nuclear power industry, it makes positive and realistic sense to summarize the proven technique of lifting, create new procedure, and promote the development of hoisting technology for heavy equipment of nuclear power plant. As a kind of social wealth, the lifting technique of heavy equipment shall be summarized, improved and spread to be a good reference for broadening our mind and guiding the lifting operation.

main system of NI；two cranes rotary lifting method