AP1000主蒸汽贯穿件安装精度控制方法

摘 要：AP1000辅助厂房主蒸汽贯穿件安装精度影响到核级主蒸汽管道的组对和安装质量。分析了主蒸汽贯穿件安装精度要求和影响因素，提出了主蒸汽贯穿件安装精度控制措施，在安装前建立统一的测量基准线和稳定的支撑体系，安装过程中结合测量控制点对贯穿件进行跟踪测量和精度调整。

关键词：AP1000；主蒸汽管道；贯穿件；安装精度

1 引言

AP1000核电主蒸汽管道用来输送两台蒸汽发生器二次侧产生的蒸汽，从安全壳厂房出来后的主蒸汽管道由辅助厂房11#轴墙体来支撑[1]，该支撑结构为辅助厂房两个设计结构相同、独立的主蒸汽贯穿件。单个主蒸汽贯穿件由主蒸汽套管和主蒸汽封头管组成，其中封头管与公称直径为38”主蒸汽管道对接焊接，形成二回路压力边界[2]，封头管同心贯穿于辅助厂房11#墙体的主蒸汽套管，两者对接焊接，其焊缝满足ASME B&P 规范 Section Ⅲ-NF分卷要求[3]。由于主蒸汽贯穿件最终将主蒸汽管道的支撑力传导到辅助厂房墙体，其安装精度将影响主蒸汽套管的安装精度，进而影响到主蒸汽管道的组对和安装质量，因此，必须对主蒸汽贯穿件特别是主蒸汽套管的安装精度进行严格控制。为此，本文对主蒸汽贯穿件的安装精度影响因素，提出有效控制措施，为AP1000核电建设提供参考。

2 主蒸汽贯穿件的特点与安装技术要求

主蒸汽贯穿件外径为1905mm、吊装前周围绑扎的环向筋后整体外径为4574mm，长度为2083mm；本身重约10t，连同环向筋总重量达21.5t，具有尺寸大、重量大、安装要求高、施工难度大的特点[4]。

主蒸汽贯穿件为核三级主蒸汽管道提供支撑，属于质保一级、核安全三级（C级）、抗震Ⅰ类物项[5，6]。其安装位置设计允许公差为±25.4mm，且不能倒坡，安装坡度应与主蒸汽的流向一致。

3 主蒸汽贯穿件安装精度的影响因素

为给主蒸汽管道组对精度控制预留足够的余量，在考虑贯穿件安装设计允许的基本安装精度要求的同时，还应主要考虑以下因素：

（1）安全壳贯穿件安装精度。由于安全壳贯穿件因钢制安全壳开孔偏差和焊接变形等原因而导致其无法精确定位[7]，从而产生一定位置偏差和角度偏转。另外，由于相连于安全壳贯穿件和辅助厂房贯穿件的主蒸汽管道为大口径、厚壁管道，在垂直介质流向上无调节段，沿介质流向仅有三道焊口可作调节口，焊口组对允许公差应满足PFS ES-3的要求[8]，因此，安全壳贯穿件的位置偏移和角度偏转实际上会提高辅助厂房贯穿件的安装精度要求。

（2）土建测量基准线与安装测量基准线之间的误差。海阳核电一期主蒸汽贯穿件安装由土建单位负责，主蒸汽管道安装由安装单位负责。两个单位均建立了各自的测量控制线，但测量精度不同，土建单位可用的厂房轴线精度为±5mm，安装单位的测量基准线精度为±3.2mm，虽然理论上均能控制主蒸汽贯穿件的定位公差（±25.4mm），但是通过现场相互检查发现土建测量基准线与安装测量基准线平均差值超过±2mm，这将难以确保主蒸汽管道顺利组对和安装精度。因此，贯穿件安装应考虑土建测量基准线与安装测量基准线之间的误差。

（3）安装坡度设计要求。为防止主蒸汽管道局部倒坡，贯穿件安装时也不能倒坡。另外，贯穿件安装应考虑到辅助厂房主蒸汽管道存在最小设计坡度的要求。主蒸汽管道是由两段理论弯曲角度为0.6°的弯管对接而成，以便确保安全阀管段的最小设计坡度（1/8 Inch/Feet），以利于主蒸汽中的凝结水能够自然排向常规岛。通过计算可知，贯穿件安装标高应比对应的安全壳贯穿件理论上至少低81.0mm。两者具体高度差应由主蒸汽弯管的实际弯曲角度而定。

（4）安装支撑体系稳定性。为确保贯穿件施工安全和安装精度，应搭设稳固的支撑系统。然而，现场的支撑条件比较复杂，如，贯穿件安装标高离常规岛侧回填土的高差约13.7m；辅助厂房与常规岛的夹层的地基回填土设计为素土，作为支撑基础，压实度无法满足要求。

（5）贯穿件在混凝土浇筑后存在一定沉降。虽然采取稳定的支撑体系，但是由于贯穿件安装整体重量大和其它施工活动影响，测量发现贯穿件在混凝土浇注前后存在1mm左右的沉降。

4 安装精度控制措施

（1）安装前建立统一的测量基准线。安装前应先建立测量基准线，用于贯穿件的安装水平坐标和标高的测量定位[9]。由于不同建筑物内部的原有独立的测量控制网存在一定的误差[10]，而主蒸汽管道经过反应堆安全壳厂房、辅助厂房和常规岛，因此，应建立跨厂房的统一测量基准线，将辅助厂房贯穿件、安全壳贯穿件以及辅助厂房主蒸汽管道安装的测量基准线统一，为整条主蒸汽管线上所有物项的安装提供依据，减少不同测量基准线之间的误差，提高辅助厂房主蒸汽贯穿件安装精度。建立一条长距离测量基准线实施要点如下（如图1所示）：

1）测量基准线应取一点在反应堆厂房靠近主蒸汽弯管的底部，即1#点处，另一点放置在常规岛第一跨的2#点处。

2）根据测量基准线控制和复测安全壳贯穿件的位置值和偏转角度。

3）通过直线延伸，理论计算出辅助厂房11轴主蒸汽套管的安装坐标。

4）将贯穿件的理论计算坐标和其设计坐标进行比较，如超出设计允许公差，应按照不符合项处理流程进行适应性处理；如未超出设计允许公差，则可以在该公差允许范围内进行调整主蒸汽套管的安装位置和偏转角度。

（2）搭设稳定的支撑体系。就位前应搭设稳定支撑体系，包括内部支撑和外部支撑，防止贯穿件安装位置变动。首先，应进行载荷分析；其次，进行支撑选型和型钢规格选型，并验算合格；最后，按照批准的方案现场搭设支撑。

内部支撑为三排弓形型钢支撑，每排支撑上沿圆弧方向均匀地设置一些调整螺栓（如图2所示），以便弓形钢梁支撑上的每个螺栓能够均匀分担重量和贯穿件两端标高调整。贯穿件外部较短的支撑柱坐落在辅助厂房EL.117’6”楼板上，并用膨胀螺栓固定；常规岛侧支撑柱的基础由原设计的回填素土改为混凝土墩，加强了原设计地基回填土的承载力，并用膨胀螺栓将支撑与基础固定。另外，由于常规岛侧支撑高达13米，应用连墙件将其固定在辅助厂房11#轴墙体外表面上。

（3）主蒸汽贯穿件就位精度的控制。主蒸汽贯穿件就位标高在混凝土浇筑前、后由于各种载荷以及混凝土浇筑时振捣等原因，贯穿件存在最大1mm的不均匀沉降。为防止沉降导致其倒坡，就位时应根据两端标高在设计公差范围内预设一定坡度。

安装精度控制从控制部位可分为坡口端面控制、预埋板控制、内撑型钢控制。贯穿件就位前现场已分别对坡口端面，预埋板及内撑型钢上设置了平面和标高控制线（如图3所示），将坡口端面内径上设置上、下、左、右四个测量控制点（分别对应于图3中的3#、4#、1#、2#点）。

安装精度控制从施工阶段可分粗调、精调、监控三个阶段。

（1）粗调。根据测量基准线和理论计算结果，测量外支撑柱上的支撑板的标高，必要时用垫铁调整标高，同时，放出贯穿件水平定位线并做好标识；吊装就位时内撑水平梁与该水平定位线基本重合。粗调应以预埋板控制为主，以内撑型钢控制为辅。

（2）精调。贯穿件就位脱钩后，对其两端的中心坐标值进行测量，如尚未到达定位精度要求，使用千斤顶和调整螺栓配合进行微调。精调应以坡口端面就位控制为主，以预埋板控制为辅。现场调整过程跟踪测量，最终复测贯穿件的安装位置符合要求并固定。

（3）监控。为了监控贯穿件安装后土建施工活动影响到其安装精度，应在关键活动前、后对其安装精度进行监控，具体分为周围钢筋绑扎前复测、周围钢筋绑扎完成后复测、墙体混凝土浇注模板安装后复测和最终的混凝土浇注后复测。

5 结论

（1）AP1000辅助厂房11#轴墙体主蒸汽贯穿件在安装时不能仅满足设计允许公差±25.4mm，其安装精度由对应的安全壳贯穿件的实际安装位置、辅助主蒸汽0.6度的弯管安装最小坡度要求、本身的安装坡度要求、土建与安装的测量基准线之间的误差、支撑体系稳定性、主蒸汽贯穿件与其下部的主给水贯穿件的位置关系等多种因素共同决定，应有利于保证辅助厂房主蒸汽管道的组对和安装精度的保证。

（2）为保证主蒸汽贯穿件的安装精度，所采取的措施应重点放在以下方面：

1）安装前建立统一的测量基准线以消除不同测量基准线的误差；

2）搭设稳定的支撑体系以避免主蒸汽贯穿件安装后位置变动；

3）以及安装过程中对贯穿件位置精度调整和跟踪测量。

参考文献：

[1]林诚格，郁祖盛.非能动安全先进核岛AP1000[M].北京：原子能出版社，2008：326.

[2]ASME， Boiler & Pressure Vessel Code， SECTION III： Division 1-Subsection ND Class 3 Components Rules for Construction of Nuclear Facility Components. 2010.

[3]ASME， Boiler & Pressure Vessel Code，SECTION III： Division 1-Subsection NF Supports Rules for Construction of Nuclear Facility Components. 2010.

[4]吴钢磊，夏光照等.AP1000核电站主蒸汽墙体贯穿件模块化施工技术[J].施工技术，2013（21）：14.

[5]孙汉虹.第三代核电技术AP1000[M].北京：中国电力出版社，2010：59，308.

[6]宋平，李岚.APl000核电建造阶段的质保分级管理研究[J].四川建筑科学研究，2014，40（01）：348.

[7]林金平，黄娜.山东海阳核电站APl000钢制安全壳贯穿件焊接组装工艺研究[J].施工技术，2012，41（370），26.

[8]PFI， Standard ES-3： Fabricating Tolerances.2004.

[9]蒲敏，汪涛等.AP1000核电站屏蔽墙预埋电气贯穿件套管安装技术[J].建材发展导向，2014（02）：369.

[10]刘步成.核电站建设测量控制[J].中国高新技术企业，2010（04）：104.

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