AP 系列核电蒸汽发生器更换方案设计

张 衍

（上海核工程研究设计院， 上海 200233）

0 引言

AP 系列3 代核电核岛是两回路设计，即每个核岛有一个反应堆压力容器、两台蒸汽发生器，压力容器和蒸汽发生器分别安装在各自的工作腔室内， 在进行方案设计时，考虑到了在极端情况下蒸汽发生器需要更换。

更换方案是在CV 钢制安全壳顶封头中间位置开一个直径约9m 的洞，在环形轨道吊车（简称环吊）主梁上安装一台起重能力较大的小车，先用环吊将蒸汽发生器从腔室内吊出搁置在环吊主梁中部的临时支架上， 小车移开，再用核岛外部大型履带吊将蒸汽发生器吊出核岛。因此环吊设计时考虑到了蒸汽发生器更换时的工况， 如AP1000环吊在核岛安装作业时主钩为300 美吨（272mt）， 主梁等按照更换蒸汽发生器的工况承载800 美吨（726mt）设计，且在主梁中部设计了蒸汽发生器临时搁置支架；CAP1400 环吊在核岛安装作业时主钩为320t，主梁等按照更换蒸汽发生器的工况承载1100t 设计，且在主梁中部设计了蒸汽发生器临时搁置支架。 但是，经验算环吊的吊钩起升高度达不到更换蒸汽发生器的要求，所以如果蒸汽发生器服役期内因故需要更换，则必须重新设计更换方案。

1 AP 系列3 代核电核岛总体布置简述

核岛总体布置见图1，钢制安全壳内底部中间位置是反应堆压力容器，压力容器两侧各有一台蒸汽发生器，安全壳内上部安装一台环吊。

图1 AP 系列3 代核电核岛总体布置图Fig.1 Overall layout of nuclear islands for AP series 3 generation nuclear power plants

2 环吊起升高度不满足原更换蒸汽发生器设计方案论证

本文以CAP1400 核岛环吊为例论证原蒸汽发生器更换方案设计存在的缺陷。

图2 为环吊主梁中部截面图，图中蒸汽发生器临时搁置支架为原设计用于蒸汽发生器从核岛腔室内吊出后临时搁置用， 临时搁置后，环吊小车移开，再用核岛外部吊车吊出核岛。

图2 环吊主梁中部截面图Fig.2 Middle section of ring girder

CAP1400 核岛蒸汽发生器腔室墙体最低标高17.20m，蒸汽发生器本体净高度25.56m（带泵壳高度，见图3），环吊320t 吊钩的起升高度为42.5m，吊钩下部尺寸0.85m。假设850t 小车与320t 小车尺寸相同（实际要大），则17.2+25.56 =42.76m ＞42.5 -0.85 =41.65m， 即在不考虑吊具尺寸的情况下环吊850t 吊钩与蒸汽发生器腔室墙体之间的净空间也容不下蒸汽发生器， 环吊起升高度不足以将蒸汽发生器吊出腔室。

环吊主梁中部的蒸汽发生器临时搁置支架圆弧底点标高计算值为45.53m。

换一个角度计算， 若蒸汽发生器从腔室中吊起后，搁置到该支架上（图3），则蒸汽发生器顶部高度超过环吊主梁上翼板3490mm。而在蒸汽发生器起吊位置，环吊主梁与CV 安全壳顶封头之间的空间距离只有12.15m，假设850t小车卷筒、滑轮、吊钩与320t 小车尺寸相同，并将850t 小车在环吊主梁上架高成高架门吊， 那么7.83+0.85+3.49=12.17m＞12.15m，即不考虑吊具尺寸、不考虑蒸汽发生器吊耳凸缘、不考虑支架圆弧支撑等情况下，再将850t 小车架高到挨着CV 安全壳顶封头，也才能刚刚将蒸汽发生器吊到吊耳底部与支架平齐、放不到支架上。 当然这些假设都是不成立的， 也就是说原设计用850t 小车更换蒸汽发生器已经不存在可能性。

图3 蒸汽发生器搁置在环吊主梁中部支架上Fig.3 The steam generator is placed on the central bracket of the ring girder

AP 系列核岛原设计环吊更换蒸汽发生器的功能不能实现，蒸汽发生器更换方案设计有缺陷。

实际上，AP 系列核岛原设计的蒸汽发生器吊具尺寸也相当大，考虑850t 小车尺寸比320t 小车尺寸大、吊具尺寸和吊具与蒸汽发生器、小车与CV 安全壳顶封头等需留有安全距离等， 小车要吊起蒸汽发生器并放到临时支架上，起升高度至少相差3m。

3 蒸汽发生器更换的可行方案

为解决更换蒸汽发生器的问题， 需要从2 个方面入手，一是提高提升机构（装置）的起升高度，二是重新设计吊具，减小吊具自身高度尺寸。

本设计方案采用简单经济、 技术成熟的液压提升装置，因更换蒸汽发生器是独立事件，所以使用液压提升装置相比使用特制的更换小车效率也会更高。 同时， 为解决CV 安全壳顶封头内空间高度较小的问题，本设计的吊具不再将蒸汽发生器临时搁置在环吊主梁上，而是直接用大吊车接钩吊出或吊入核岛。 新设计更换吊具见图4。

图4 蒸汽发生器更换吊具工作图Fig.4 Steam generator replacement sphanger working diagram

4 新设计更换方案工作步骤简述

（1）将环吊运行小车停置在跨端，在环吊主梁上中间相应位置摆放45# 槽钢作为更换吊具的移动导向轨道；然后将图4 中 的2 个4、6、7、8、9、10、12 组件分别吊放到环吊主梁上并用连系梁11 连接成整体上部吊具组件。

（2）将下部吊具组件（图4 中1、2、3、5、13、14）在核岛外组合完成后，用大型履带吊吊入核岛内，搁置在上部吊具组件上。 从预先放置在核岛内运转平台上的泵站引出油管和控制电缆连接提升油缸，调试提升系统。

（3）将组合吊具移动到需更换蒸汽发生器上方，提升油缸下放钢绞线，使小扁担连同下部吊具组件一起下降至蒸汽发生器上方部，将元宝座挂到蒸汽发生器的吊耳上。

（4）提升油缸上提钢绞线，将蒸汽发生器吊出腔室，组合吊具连同蒸汽发生器一起移动到环吊中间位置，见图5。

图5 吊具连同蒸汽发生器移动到环吊中间Fig.5 The spammer with the steam generator is moved to the middle of the ring lift

（5）核岛外大型履带吊车从CV 安全壳顶部将吊钩放进核岛，与上吊梁上方的吊耳板连接，将吊具下部组件和蒸汽发生器一起吊出核岛，见图6（新蒸汽发生器吊入核岛步骤相反）。

图6 蒸汽发生器吊出核岛Fig.6 The steam generator is hoisted off the nuclear island

5 结束语

通过本文研究，AP 系列3 代核电在进行方案设计时，原设计的蒸汽发生器更换方案并不可行，目前已有多台AP 系列核岛投入运行，如事故工况下需要更换蒸汽发生器，则必须另行制定方案，本研究是一个可行且经济、成熟的更换方案，可以弥补初始方案设计的不足，并作为以后的相关作业的指导方案。