“华龙一号”核岛主系统设备吊装新工艺的应用

张建军

(中广核工程有限公司，广东 深圳 518124)

2015年，“华龙一号”分别在国内和国外某项目开工建设。国外某项目建设期间，核岛主系统设备安装施工中采用了开顶法施工，优化了施工逻辑，缩短了主系统设备安装工期，为后续“华龙一号”施工提供了良好实践。2021年9月30日，中核漳州核电“华龙一号”1号机组采用相同工艺，顺利完成3台SG吊装就位工作。

“华龙一号”机组的核岛主系统设备及参数详见表1。本文仅以主系统设备中重量最重，体形最大的SG为代表进行吊装工艺分析，其他主系统设备的吊装与SG相比，仅是连接方式上的一些差别，吊装工艺基本上相同。

表1 核岛主系统设备参数Table 1 Parameters of NI primary system equipment

塔类设备具有显著的长细比，核岛主系统设备也具有相似的的型体特征，为方便进行吊装工艺比较分析，本文从型体上将核岛主系统设备归入塔类设备。

1 CPR1000/ACP1000核岛主系统重型设备吊装工艺

1.1 双机抬吊旋转法工艺原理

CPR1000主系统设备吊装前通过龙门架380 t吊车将SG从+0 m吊装至核岛+20.0 m设备平台，牵引至核岛内。安装时通过核岛厂房顶部环吊上的217 t工作小车和190 t安装小车并车后通过一组专用工具与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。

1.2 工艺特点

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。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，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：

1)环吊安装小车和工作小车起升动作必须同步；

2)设备底部翻转抱箍上的翻转耳轴不得悬空，整个翻转过程中应该始终压在翻转支架耳轴座内；

3)注意设备在翻转摆正接近90度角时，控制设备自倾旋转。

2 “华龙一号”核岛主系统设备开顶法施工吊装工艺

2.1 单机旋转法

以往受吊车起重能力的制约，一般常用吊车吊装中小型塔类设备，而一些特大的巨型塔类设备需要使用桅杆吊装。3 000 t级履带吊的出现为“华龙一号”核岛主系统设备吊装新工艺的使用创造了条件。

国外某项目在核岛主系统设备开顶法施工阶段，使用利勃海尔LR13 000/3 000 t履带吊通过专用吊具与SG连接。同时，在SG底部加装一套J型支架，将SG平置于地面的支撑上。在利勃海尔LR13 000/3 000 t履带吊提升力的作用下，通过J型架形成回转支撑，使SG在翻转过程中以J型支架圆心为中心旋转。通过利勃海尔LR13 000/3 000 t履带吊的起升动作和回转/变幅动作相配合，使SG逐渐直立，当至其自倾角临界值时(具体根据主系统设备及J型架参数计算)，停止起升，履带吊配合SG自重自倾立直落钩及回转，直至SG立直后拆除J型架吊装就位。此种吊装方法根据其吊装特点可以定义为单机旋转法。

单机旋转法：利用吊装机械或吊装设施(辅吊设备)将吊装物一端形成旋转点，另一端利用吊装机械(主吊设备)吊起并使吊装物绕旋转点旋转。随着吊起端的升高、旋转。吊装物被完全竖起，直接就位或由主吊设备独立完成吊装物的就位，适用于吊装物需竖立的场合。

2.2 工艺特点

SG吊装采用单机旋转法，在翻身过程中，履带吊和SG有两种布置形式，不同的布置形式，履带吊操作方式不同。

1)履带吊同SG在同一轴线时，SG翻转时，履带吊边起钩边变幅，随着SG旋转调整吊装重心，吊装过程需要履带吊起升、变幅两个动作配合，直至完全竖起。

2)履带吊同SG垂直布置，吊钩在提吊耳轴正上方。SG翻转时，履带吊边起钩边回转，同时应配合调整变幅机构，保证吊钩呈铅垂状态，吊装过程需要履带吊起升、变幅、回转三个动作配合，直至完全竖起。

重型设备吊装采用旋转法，避免了动载荷，工艺更为可靠。第一种方法易操作，应尽量采用。但两种方式都应关注SG在达到自动回转角位置时的吊装，如图1所示。

图1 自动回转角Fig.1 Automatic return angle

SG在翻身回转过程中，在SG的总重力Q，履带吊起升回转动作合力P和支反力T的作用下平衡。当SG斜立至一定角度以后，其整体重心A点和回转支点O点处于同一铅锤平面内的瞬间，即SG的总重力Q与支反力T点处于一个平面内，两力方向相反大小相等而平衡。此时SG的平衡是不稳定的，继而SG会因自身的重力作用绕O点自动回转，发生自动回转的角度称为自动回转角，也可称为自倾角。

自动回转角可按下式计算：

(1)

式中：α——自动回转角，°；

a——SG重心A至回转O间的距离，m；

R——SG中心到J型架支点的距离，m。

从上式可见，直径越大，自动回转角越小。另外，由于种种原因，理论计算的回转角的大小，与实际的会有差异。

3 “华龙一号”SG单机旋转法吊装时所用设备及工具

3.1 德国利勃海尔LR13000LR13 000/3 000 t履带吊

国外某项目使用德国利勃海尔LR13000LR 13 000/3 000 t履带吊通过单机旋转法翻转吊装SG，吊装参数详见表2。

表2 SG吊装参数Table 2 SG lifting parameters

3.2 SG吊装专用工具

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。使用前，应进行载荷试验，检验结构的承载能力，以保证其使用的安全性和可靠性。SG安装专用工具详见表3。

表3 SG安装专用工具Table 3 Special tools for SG installation

3.2.1 提吊耳轴

提吊耳轴也称为管轴式吊耳，广泛用于塔类设备吊装，其特点是结构简单，钢性好，钢丝绳可沿吊耳轴滑移，以适应外力方向的变化。SG在吊装时所用的提吊耳轴是SG吊装时的专用工具，也是主要受力点。

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。SG提吊耳轴及双头螺栓拧紧顺序详见图2。

图2 SG提吊耳轴及双头螺栓拧紧顺序Fig.2 SG lifting lug shaft and bolt tightening sequence

3.2.2 提升翻转用钢丝绳

SG专用的提升翻转钢丝绳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。

SG吊装过程中采用了两根环形钢丝绳，单根钢丝绳受力分析如下：

P拉=(K1G)g/N=
(1.1×390.6)×9.8/4=1 052.7 kN

(2)

式中:G——SG起吊时钢丝绳以下总重390.6 t;

N——钢丝绳股数;

K1——动载系数，取1.1;

g——重力加速度,9.8 kg/s2;

提升翻转钢丝绳额定起吊载荷为395 t

P额定=F额定g/N=395×9.8/2=1 935.5 kN；P拉=1 052.7 kN

3.3 翻转支架——J型架

J型架由四个支撑柱、两个鞍座以及J型结构件等组成。翻转SG时， SG本体的四个支撑面加装保护板后与J型架支撑连接，翻转抱箍箍紧SG，保证SG翻转时与J型架之间不发生相对移动，以J型架圆弧部圆心作为中心翻转。

因保护SG设备本体需要，SG与J型架之间固定采用了抱箍。抱箍呈半圆，用螺栓固定在鞍座支架上，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。连接抱箍的螺栓紧固时应按力矩要求紧固，保证受力均匀。J型架结构详见图3。

图3 J型架Fig.3 J frame

4 “华龙一号”SG单机旋转法吊装施工过程

SG吊装的主要过程为：利勃海尔LR13000/3 000 t履带吊通过提升装置将SG水从运输板车上水平吊装至预定位置后，拆除SG后部运输支架，安装J型架。

在SG的二次侧人孔处安装提吊耳轴，用销轴将SG吊梁与履带吊吊钩连接，用环形吊索将提吊耳轴和SG吊梁连接。

履带吊与专用工具全部连接完成后，应做提吊试验进行检验，用履带吊将SG前部缓慢地提升约150 mm。注意观察吊梁、吊索、提吊耳轴之间的连接部位，吊索的绳箍部位，吊梁与吊车吊钩的连接销轴应无窜动变位，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；观察 J 型架有无异响，整个 J 型架有无倾斜；履带吊性能良好无异常。

确认SG具备翻转条件后，由起重指挥发令，操作司机通过履带吊起升机构和变幅/回转机构交替运行，直至把SG竖立起来。整个吊装过程中的控制有：

(1)起吊时。起吊初始，吊装机索具受力最大。

(2)翻身时。翻身过程中注意使起升机构和回转/变幅机构动作相匹配，保持履带吊吊钩呈铅锤状态，出现偏差应在允许范围(<4°)。

1)在SG提吊耳轴上安装回转角度指示器，以便随时了解SG的回转角度，在SG自倾临界角度时重点关注。

2)在吊梁端部位置安装临时指针，用经纬仪监视履带吊吊钩偏斜角度，以便及时进行调整。

(3)立直时。立直时依靠SG自重自倾立直，在SG翻转接近自倾角时，设备重心和回转支点处于同一铅锤线瞬间，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。注意控制履带吊的起升动作和变幅/回转动作的配合，防止设备因自身的重力作用回转。

(4)吊装中。吊装中现场施工塔吊林立、防止同周边建筑物及塔吊碰撞。

(5)就位时。就位空间狭小，周边设备伸出多，应防止碰撞，尽快定位、调平、安装垂直支撑，避免履带吊吊载长时间悬停。

5 结论

核岛主系统设备开顶法的应用为核岛主关键路径施工优化提供了可能，同时也给现场施工带来了困难和挑战。现场吊装时受到众多客观因素的限制，在施工过程中如何设计合理的施工工艺和专用工具，是保证核岛主系统设备安全吊装和提高施工效率的关键，本文通过理论分析，数据计算，结合现场实际情况，详细论述了单机旋转法吊装工艺，安全高效地完成了核岛主系统设备SG的吊装，为今后的核岛主系统设备安装提供了经验和借鉴。