EPR堆型核电站核岛建造特点浅析

2374 · 发表于 2008-1-6 17:01:42

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张  军  杨  杰
　　[摘要] EPR是法国法玛通公司与德国西门子公司联合开发的第三代压水堆核电站，采纳了最新投入运行的N4和Konvoi反应堆所应用的新技术。EPR作为迄今为止设计和技术最为先进的新一代压水堆之一，将有可能成为中国第三代核电站自主化和国产化示范工程。本文通过与AREVA-NP公司技术交流和相关的技术资料，浅析了EPR堆型核岛设计、厂房布置和安装的主要特点以及AREVA采用的IMS系统结构，希望与同行一起共同探讨、学习。

　　Brief Analysis on Characteristics of Nuclear Island Construction of EPR Power Plant

　　ZHANG Jun, YANG Jie

　　Abstract: EPR is the third generation of pressurized water reactor power plant developed jointly by Framatome, France and Siemens, Germany. It adopts new techniques applied in N4 and Konvoi Reactor recently put into service. As one of the most advanced generation of pressurized water reactors in engineering and technology so far, EPR will likely become a demonstration project of China’s  3rd generation nuclear power plant in self-reliance and localization. This article briefly analyses the main characteristics of Nuclear Island’s  design, building arrangement and installation through technical communication with AREVA-NP Company and related technical data, along with IMS system structure adopted by AREVA. We hope to discuss and study together with persons of the same industry.

　　1  EPR核电站简介

　　EPR 是法马通和西门子公司联合开发的第三代压水堆核电站。法国电力公司和德国各主要电力公司参加了项目的设计，法德两核安全当局协调了EPR的核安全标准，统一了技术规范。在设计上，EPR经历了如图所示的改进过程，保持了压水堆技术的延续性，采纳了法德两国最新投入运行的N4和Konvoi反应堆所应用的新技术，并采用独立的机组、4个环路、4个独立的安全通道、双壁安全壳和数字化仪控的主控室布置及人机界面，其单台发电能力为160万千瓦级，是目前国际上最先进的核电站之一，现已在芬兰奥尔基洛托动工兴建。与传统的压水堆型相比，它达到了法国核安全局对未来压水堆核电站提出的核安全标准，并提高了核电的经济竞争力，EPR的发电成本将比N4系列低10％。

　　随着社会和经济的迅速发展，为符合不断增长的能源需求和能源结构调整的需要，我国决定促进核电事业的发展和推进中国核电自主化的进程。EPR作为迄今为止设计和技术最为先进的新一代压水堆堆型之一，将有可能成为中国第三代核电站最初的自主化和国产化示范工程。通过对国外转让技术的吸收和掌握，自主化和国产化的目标必将逐渐得以实现，从而进一步增强我国自主设计、建造和运行核电站的能力。

　　2  EPR核电站核岛建造特点分析

　　2.1  设计特点

　　与核岛施工相关的设计特点如下：保持压水堆技术的延续性，并在N4和Konvoi基础上的改进型设计；独立机组；一次侧采用四个环路;四个独立的机械和电气安全系统，在实体的布置上，采用实体隔离理念；反应堆厂房、四个安全厂房和核燃料厂房设计在同一筏基上（如图1所示）；反应堆厂房、2号和3号安全厂房、核燃料厂房采用掩体设计技术；反应堆厂房安全壳采用双层带有金属衬里设计；燃料棒采用17X17正方形排列，241个核燃料组件和89根控制棒的堆芯设计；主蒸汽阀和给水阀站采用两两分离设计；应急柴油发电机、重要厂房用水采用实体隔离设计；采用墙体处理技术，取消了现场预制储罐；吸收和应用了先进的模块化施工理念;设计过程中应用了3D技术，并将3D模型应用到现场施工管理；文件系统采用KKS编码；仪控系统采用DCS设计；设计寿命60年。

　　2.2  核岛厂房布置特点

　　核岛组成:核岛厂房由反应堆厂房、四个安全厂房、核辅助厂房、核燃料厂房、废物厂房、两个柴油机厂房和进出厂房组成，如图1所示。

　　主要厂房的特点：

　　反应堆厂房

　　反应堆厂房周围是核燃料厂房和四个安全厂房如下图所示，它采用双层安全壳，内层为直径46.8米的带有金属衬里预应力混凝土壳，壁厚1.3米、高度57.5米；外层为钢筋混凝土，壁厚1.3米（辅助厂房屋顶以上部分为2.0米）；内外之间为环行空间，相距1.80米；在筒身上设有设备和应急人员闸门。在反应堆厂房内部设有换料水贮存池；环路之间和每个环路的热段和冷段之间设有钢筋混凝土墙保护；环吊设于38.60米处，四台蒸发器分布在反应堆压力容器周围，如图2所示。

　　安全厂房

　　1号与4号安全厂房、2号与3号安全厂房大致具有对称性;1号和4号安全厂房采用实体隔离设计，分布于反应堆厂房的两侧；2号和3号安全厂房的内部构筑物和外墙是分离的，在2号和3号安全厂房内均设有主控制室和远距离停堆站；所有与安全有关的系统都设计成四重冗余分布于四个安全厂房中。如1号和4号安全厂房分布安注系统。安全相关的电气、仪控等系统主要分布于2号和3号安全厂房等等。

　　核燃料厂房

　　核燃料厂房与反应堆厂房、四个安全厂房位于同一个筏基上，内厂房构筑物和外面保护墙是分离的。厂房内涉及的主要系统有燃料水池冷却系统、硼化系统、化容系统等等。

　　核辅助厂房

　　核辅助厂房设在核燃料厂房、放射性废物厂房和4号安全厂房之间，厂房内设有维修区域和非放射性区域。该厂房涉及的主要系统有硼回收系统（冷却剂和除盐水贮存、冷却剂处理和冷却剂净化）、燃料水池处理系统、气体废物处理系统、蒸发器排污系统的部分、核辅助厂房通风和运行冷冻水系统等。

　　柴油机厂房

　　柴油机发电机厂房位于1号和4号安全厂房的外侧；应急柴油机厂房装有四台应急柴油发电机和两台全厂断电柴油发电机组以及柴油贮罐和相关的电气、仪控、通风等设备。

　　2.3  核岛安装特点分析

　　2.3.1  EPR与M310 对比

　　计划方面(以EPR工期54月为参考)

　　注：FCD：第一罐混凝土  ESD：安装开工日

　　工程量

　　依据EPR堆型核岛安装的工程量，参照岭澳一期M310堆型《进度计算指示书》的计算规则，EPR项目工程量的总点值为840万点，相当于岭澳一期工程量的1.4倍（均不含EM2工作包）。

　　工期方面

　　主要的施工工艺对比

　　2.3.1  主要安装特点

　　环吊

　　根据阿海珐所提供的资料显示，EM1环吊安装与岭澳相比施工工艺有较大的改进。如环吊轨道梁地面组装和环吊轨道梁的整体吊装就位。另外，为吊装大型设备在环吊梁上加装一套特殊的液压提升装置，作为重型设备翻转、就位的吊装装置，完成重型设备的吊装工作。

　　主设备

　　主设备介绍

　　EPR主设备包括:一台反应堆压力容器、四台蒸汽发生器、四台主泵、一台稳压器以及相互之间连接的主管道。（见图3）

　　反应堆压力容器: 重409t，长11m，直径Φ6m，环形锻件，无纵向焊缝，活性区无焊缝。堆芯采用燃料棒17X17正方形排列，有241个核燃料组件和89根控制棒。

　　反应堆压力容器是一个能维持控制核裂变的反应装置，其容纳反应堆堆芯、堆内构件、控制棒以及与堆芯直接相关的其它部件。一回路的冷却剂通过反应堆容器的四个入口和出口，将堆芯核裂变产生的热量输送至蒸汽发生器。

　　压力容器、蒸汽发生器和主泵由主管道连接，形成一个封闭的环路。压力容器位于四个环路的中心部位，由浇铸在混凝土中的支撑环支撑。通过水平和径向滑动垫块来调整压力容器的标高与方位。（见图4）

　　蒸汽发生器: 数量4，单位重量539t，长25m，直径Φ6m。蒸汽发生器下封头采用一体锻制而成。蒸汽发生器由一次侧和二次侧两部分组成。一次侧由U形管束和半圆形封头焊接到管板构成。二次侧由下部壳体、过渡锥形体、上部壳体、椭圆形封头、汽水分离器和干燥器等组成。蒸汽发生器安装包括：垂直支撑安装、下部横向支撑安装、上部横向支撑（包括支撑环和阻尼器）安装。（见图5）

　　稳压器: 重150t，长14m，直径3m。稳压器由焊在底部封头上的圆筒形裙座来支承，裙座的连接法兰盘用24只螺栓固定在底板上。在稳压器相应的高度上安装有横向支撑（止档限位），以减轻一旦发生地震或稳压器的接管破裂时能限制稳压器横向运动。机组在运行时它能允许稳压器轴向和径向热膨胀。（见图6）

　　主泵: 主泵是主回路设备中的高速旋转设备，用于驱动一回路的冷却剂，使冷却剂以很大的流量通过反应堆堆芯，把堆芯产生的热量传递给蒸汽发生器，从而完成一回路冷却剂的循环。主泵安装范围包括：垂直支撑安装、横向支撑安装（包括阻尼器）、泵壳安装、水力部件安装、电机支撑及电机安装、密封安装、电机泵组对中、附件安装。（见图7）

　　主回路管道：材质采用奥氏体超低碳不锈钢；主回路管道为Z2CN19.10型，主回路管道尺寸为Φ780X76mm；波动管为Z2CND18.12型，波动管尺寸为Φ325.5X35mm。（见图8）

　　主设备的安装方法

　　1) 在设备的吊装引入上，采用先进的液压提升设施，将设备提升到临时搭设的钢结构的轨道上，设备通过轨道运送到厂房内的吊装位置处，再利用液压提升装置将设备吊装就位。要特别注意的是，蒸汽发生器在厂内吊装就位时，由于蒸汽发生器的高度(25M)大于引入平台到环吊的垂直高度（21M），而且环吊的起重吨位也小于蒸汽发生器的重量。因此，要在环吊梁上加装临时液压装置来提升蒸汽发生器。

　　具体操作步骤：

　　① 蒸发器运至岛内19.5M平台处；

　　② 利用液压提升装置主、副钩将蒸发器平抬高15米；

　　③ 转动环吊梁至需就位的蒸发器位置的上方；

　　④ 副钩均匀缓慢地下落，主钩不动；

　　⑤ 在下落至一定位置时，移动主钩提升装置，直至便于蒸发器能垂直的位置；

　　⑥ 松开副钩，利用主钩提升装置均匀缓慢地移动至就位位置的正上方；

　　⑦ 主钩缓慢落下，蒸发器调整就位。

　　注：蒸汽发生器在引入就位的过程中处于倾斜状态，施工难度很大，存在一定的风险。（见图9、图10、图11和图12）

　　2) 在主管道的焊接上，EPR大大的增加了车间预制量，减小了现场安装焊口量。现场焊接有31条焊口，其中每个环路热段2道焊口，冷段2道焊口，过渡段2道焊口，共有4个环路，另外波动管共有7道焊口。由于波动管的工作压力比主管道的压力高，所以波动管必须在7段组对焊接完成之后，末段加盲板进行水压试验，试验完成之后再与热段和稳压器相连。过渡段安装通过蒸发器端焊口进行调节。坡口（H2、U1）采用专用设备加工。主管道的焊接采用先进的窄间隙自动焊。该技术已成功应用于法国国内蒸发器的更换。（见图13和图14）。

　　窄间隙自动焊的优点：

　　① 节省工期；

　　② 便于质量控制；

　　③ 减少焊接变形；

　　④ 无需经焊前预热和焊后热处理。

　　3) 先进的3D激光测量技术的应用：在设备的调整定位上，由于EPR主管道焊接采用窄间隙自动焊，焊口间隙要求≤1mm，对设备安装的精度要求特别高，传统的测量技术已无法满足其安装精度的要求，必须采用先进的3D激光测量技术（测量精度为0.1 mm）。

　　优点：① 减少主管道的现场焊口数；

　　② 过渡段采用整体供应，取代了M310堆型 3段2焊口的工作。

　　难点：① 此技术是一项新技术，其对现场操作人员、相关数据处理人员都有严格的要求。对此技术的使用也存在逐渐熟练的问题，对现场的施工存在着一定的影响；

　　② 现场安装与主管道制造商之间的协调。由于没有调整段，所以现场测量的数据必须反馈至主管道制造商，制造商按照现场测量的数据在车间加工主管道。

　　4) 在专用工具上，由于EPR的设备吊装、引入、就位等和以前在施工方法上有了很大不同。配置了专用于反应堆厂房内的大件设备运输、装卸和安装专用系列工机具。

　　以主管道过渡段就位的支架为例：（见图15/16/17/18/19）

　　该支架优点：

　　① 集运输、吊装、安装、就位、调整为一体，克服了以往主管道安装需单独自制运输、吊装、安装工具的缺点；

　　② 保证焊接过程中主管道自由变形。

　　5) 在工期要求上，EPR进行了一系列的工艺上的改进，要求的工期也更短，因此对进度计划和现场协调的要求也更高。

　　6) 人力配置：由于主设备安装采用自动焊和3D数字激光测量技术等先进技术和工艺，从而对现场操作人员及质量检查人员素质具有很高的要求。

　　2.4  EPR信息管理系统（IMS）的应用

　　阿海珐采用信息管理系统（IMS）包括表中主要系统工具:

　　其中实际的系统设计，即系统图中系统功能的确定，最初是在VPE模块P&ID中建立，系统图一旦释放，即可从VPE数据库和VPE工作台获得数据。

　　同样在VPE工作台中生成的数据表也是是订货流程的依据，由材料管理模块VPRM执行计划和跟踪，同时通过模拟物体管理器（MOM）将数据传输给VPD，在这里，该材料将被加到三维模型中，并将材料使用情况传输给VPRM。通过VPD三维模型即可生成管道、通风、电缆桥架等详细设计图纸、应力计算和现场修改等。

　　作者简介：张军，高级工程师、中国核工业第二三建设公司阳江项目部总经理；

　　杨杰，高级工程师、中国核工业第二三建设公司阳江项目部技术部经理

triton · 发表于 2008-4-8 13:57:01

正在找这样的材料呢谢谢楼主

hulong1 · 发表于 2008-7-21 13:42:39

不错，写的还比较客观

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