AP1000燃料厂房封顶后核燃料格架后安装介绍

AP1000燃料厂房封顶后核燃料格架后安装介绍

倪菁

（三门核电有限公司浙江台州317112）

摘要：核电安装阶段，各厂房施工逻辑安排及关键设备的安装顺序是影响核岛施工工期的关键，其中核岛辅助厂房燃料厂房的施工逻辑及设备安装路径是影响核岛厂房安装的关键一环，西屋公司设计的燃料厂房开顶吊装方案要求，在厂房主体结构封顶前完成核燃料格架的吊装就位及安装与国内通用的引入安装方式存在设计理念的偏差。且开顶法施工不满足三门核电现场气候条件，于是根据三门核电地理情况开发一套适合实际情况的核燃料格架安装方法对于三门核电一期工程施工显得尤为重要。本篇重点介绍三门核电2#机组核燃料格架后引入安装技术。

关键词：燃料厂房；核燃料格架；吊装作业

1.引言

三门核电厂区地处东南沿海，春夏季节雨水多发，西屋公司设计的核燃料格架核燃料格架开顶法吊装方案难以控制吊装过程的防异物控制以及安装就位后的成品保护工作。在2号机组燃料厂房施工时考虑开顶法安装的诸多问题及成平保护难度，结合燃料厂房可用等工期安排核燃料格架核燃料格架安装前提前完成燃料厂房结构封顶。无论实处与成品保护或进度安排的等要求均只能采用核燃料格架后引入的安装方法，核燃料格架安装安装过程主要包括格架翻转吊装、存放区引入及引入后间隙调整等步骤，优点：后引入安装方法与开顶法安装相比更易于防异物管控满足并行施工节约工期等优点，缺点：安装前期准备工作内容多，吊装精度要求高改及间隙调整难度大等。

2.核燃料格架后引入方法介绍

首先对燃料厂房布局及燃料存储区域进行介绍，AP1000燃料厂房位于核岛辅助厂房第5区和第6区属于核岛附属厂房的一部分，燃料厂房地面层分为两层其中燃料引入通道标高为100＇0＂，燃料操作区域标高135＇3＂。单台机组燃料存储区域分为新燃料存储池和乏燃料存储池两个独立存储空间，如图1所示。核燃料格架安装工作需要将新核燃料格架及乏核燃料格架从燃料引入通道通过吊装孔吊装至燃料操作区域，再分别通过厂房顶部临时吊装葫芦引入各自的存储区域进行就位安装。

图1：核燃料格架安装位置示意图

AP1000核燃料格架安装设计为开顶法吊装施工，所以燃料操作区域内的乏燃料吊车以及燃料抓取机都没有设计核燃料格架吊装功能，厂房房顶后无法通过现有已安装设备进行格架引入安装。所以核燃料格架的安装工作需要利用已有构筑物进行临时吊装工具敷设安装所以核燃料格架安装工作主要分核燃料格架引入设备安装及核燃料格架引入工作两部分。

1）核燃料格架引入设备安装：包括厂房顶部临时钢梁及钢梁间轨道安装—临时吊装葫芦安装及载荷实验—地面牵引临时轨道敷设等步骤。

步骤1：厂房顶部临时钢梁及轨道安装

根据核燃料格架尺寸及重量，燃料厂房已有的两台大型吊装设备乏燃料吊车和燃料抓取机设计运行路径和最大载荷都不能满足核燃料格架的运输及安装故需要根据实际安装路径在核燃料格架运输路径上方的的主梁之间使用螺栓连接安装临时用次梁，在次梁安装完成后焊接两条平行于主梁的临时葫芦运输轨道，再安装吊装用的临时电动葫芦。次梁及轨道如图2所示。红色长条部分为临时轨道示意。临时轨道安装完成需进行吊梁载荷试验校验。

图2：燃料厂房顶部钢梁及临时轨道示意图

步骤2：临时葫芦安装及载荷试验

次梁及轨道安装完成需要在两条轨道上分别安装临时电动葫芦，用于核燃料格架的提升和移动和就位以及间隙调整等设计动作，为满足吊装使用要求电动葫芦安装完成后需及时进行载荷试验和行走功能验证，以满足整个格架安装期间的吊装使用需求。

步骤3：地面牵引临时轨道敷设

核燃料格架通过厂房吊车吊装至厂房内，需要在地面安装临时牵引轨道，满足核燃料格架的运输要求。详见图3示意

图3：核燃料格架引入路径

2）核燃料格架引入：引入流程通过燃料吊车及运输车配合将核燃料格架安装至翻转托架固定—核燃料格架运输运输至燃料吊装孔正下方—核燃料格架翻转竖立及吊入燃料厂房—核燃料格架牵引—核燃料格架引入燃料池等几大步骤步骤。

步骤1：核燃料格架安装至翻转托架并运输至吊装孔下方

将核燃料格架吊装并绑扎至L型翻转支架，使用50T汽车吊吊装并翻转使其平躺防止至20t平板拖车上，通过20t平板拖车倒运至辅助厂房12371轨道房间吊装孔下方（其中翻转支架高度4.3m、车体高度1.4m、卷帘门6.096m、屏蔽门高度6.142m，厂房设计尺寸保证了在平板吊车将核燃料格架运输至轨道间后上方有足够的空间保证核燃料格架起吊）。

步骤2：核燃料格架翻转竖立及吊入燃料厂房

通过双机台吊方式完成核燃料格架翻转，具体操作使用燃料运输轨道间（12371房间）14吨行吊及乏燃料吊车两台吊车配合（乏燃料吊车起钩后14吨行吊同时起钩）见下图4，先两台吊车同时起钩保证核燃料格架距离地面50cm以上，保持静止1-10min确认吊装静载荷满足要求，后续通过乏燃料吊车缓慢提升以及14吨行吊的缓慢下放使核燃料格架又水平状态逐渐过渡至竖直状态，同时缓慢将运输车辆退出12371房间。在核燃料格架竖直翻转完成后，将核燃料格架竖直放置地面，将双机吊车进行脱钩，并更换安装核燃料格架吊装专用吊具，安装完成后使用乏燃料吊车将核燃料格架吊装至燃料厂房地面第二层12562房间地面的燃料操作区域。

图4：双机台吊示意图

步骤3：核燃料格架牵引

但是由于乏燃料吊车设计行程有限，乏燃料吊车仅仅能将核燃料格架通过吊装孔而不能将核燃料格架吊装至乏燃料池上方以及新燃料池上部，需要使用乏燃料吊车将其吊装至预先铺设好的临时地轨道上（吊装孔盖板设计厚度为152mm，能够实现核燃料格架的承压）。使用预先设置在运输路径顶端墙面的固定锚点作为牵引点，使用手动葫芦牵引格架至临时单轨吊的正下方（注：为防止核燃料格架金属污染在吊带与格架接触面需要使用不锈钢包角过渡）。

步骤4：核燃料格架牵引及引入存放池

首先使用临时电动葫芦将核燃料格架吊离地面合适高度，悬停1~10分钟，测试吊装静载荷确保临时葫芦的吊装安全可靠，然后操作临时葫芦将核燃料格架吊装至就位的具体位置，在核燃料格架下降的过程通过溜尾绳人工调整就位点确保首次就位的准确性。

核燃料格架就为至指定位置后单轨吊脱钩最终就位至预先安装的地坦克装置上。，由于单轨吊的安装路径受临时吊梁限制，轨道安装通过预先设置的地坦克实现核燃料格架在池底的行走和就位，位置调整完成后使用千斤顶顶升格架后移出地坦克，为了满足新燃料及乏燃料在存储过程中能够顺利吊装，需要确保吊装完成后的核燃料格架水平度及垂直度要求能够满足设计规范所有的乏核燃料格架全部安装完成后再进行核燃料格架之间的间隙调整，间隙调整方法使用千斤顶配合临时葫芦调整整个格架的水平度和垂直度，达到设计要求的间隙后再最终摘钩。新核燃料格架牵引就位后使用临时葫芦吊装至新燃料存放池，就位完成后进行新核燃料格架盖板安装。

3.施工难点及控制措施

核燃料格架后引入的安装方法和开顶法施工相比较，后引入增加安装步骤，开顶法不涉及核燃料格架翻转以及水平牵引，存在核燃料格架变形风险由于增加了施工步骤以及和原本设计安装方案不符所以在实际安装的过程中存在很多的施工难点。

难点1：核燃料格架翻转竖立

常规核燃料格架在运输和存放的过程的都处于水平放置的状态，由于核燃料格架后引入安装方案在吊装和牵引过程中只能使用专用吊具固定格架竖直方向移动，所以需要使用双机台吊的方式通过控制核燃料格架的上部和下部反方向移动，核燃料格架最大的单体重量为10吨左右，使用双机台吊的方式原本是比较简单的方式，可以再开阔场地翻转完成使用平板运输车将核燃料格架运输至吊装孔下方，但是实际操作过程由于轨道间大门高度限制，无法在翻转完成后再将核燃料格架运输至吊装孔下方。轨道间房间略高于核燃料格架格架高度，高度限制要求核燃料格架在翻转过程中对吊车的操作以预先的在各计算必须过关，对格架极限位置需进行把控。

控制方法：采取最大重量的核燃料格架进行计算，进行现场吊装建模，计算出吊装过程中最大的位移量以及14吨行车的最大受力点，经过以及建模计算数据分析，发现最大受力部分刚好满足1.1的吊装全系数，加上在吊装过程中严控吊装指挥控制点，保证了整个的吊装过程中下部和上部同时处于可控状态，确保在整个吊装过程中核燃料格架不会与已经安装物项发生干涉。进而确保完成整个的吊装工作。

难点2：核燃料格架就位后格架间隙调整

核燃料格架间隙调整是核燃料格架安装过程中另一个难点，由于临时葫芦的轨道安装位置已经固定，导致在实际的核燃料格架安装过程中，核燃料格架在垂直于燃料转运通道轴线方向的位置无法进行位置调整，就位后需要通过人工地坦克进行位置精调。

控制方法：在核燃料格架就位后，在核燃料格架底部预先水平放置千斤顶，在就位间隙不满足的条件下，使用千斤顶顶住核燃料格架地板，通过千斤顶的顶升使得核燃料格架实现竖直以及说平放下的微小移动，从而保证了核燃料格架之间以及核燃料格架和存放水池壁之间的间隙。

4.总结

2#机组核燃料格架采用后引入的方式进行安装，通过安装前对厂房高度及主梁承重能力的核算，在强度满足的情况下增加了临时轨道和吊装葫芦，确保了吊装的可行性。并通过科学的建模方式进行双机台吊的受力分析，在厂房吊车的合理载荷范围内下实现了核燃料格架的顺利翻转，进一步实现厂房封顶后核燃料格架引入安装。为燃料厂房的进一步可用创造条件。

三门核电2#机组燃料厂房核燃料格架后引入安装方法的成功验证，突破了原有西屋西屋的设计安装思路，为厂房多路径并行施工创造了条件。燃料厂房安装周期大幅缩短，同时格架安装过程中防异物得到良好控制。总的来说厂房封顶后核燃料格架后安装技术是三门核电集合现场春夏多雨的实际情况独立总结开发的一套安装技术。

参考文献：

[1]第三代核电技术AP1000/孙汉洪等编著.—北京：中国电力出版社，2010

[2]AP1000核电厂系统与设备/顾军主编.—北京：原子能出版社，2010.3