AP1000堆型反应堆冷却剂系统主要设备安装技术

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AP1000核电厂反应堆冷却剂系统布置设计

ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｒｅａｃｔｏｒｃｏｏｌａｎｔｓｙｓｔｅｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＡＰｌ０００；ｒｅａｃｔｏｒｃｏｏｌａｎｔｓｙｓｔｅｍ；ｌａｙｏｕｔｄｅｓｉｇｎ；ｍｏｄｕｌｅ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡＰ１０００ｎｕｃｌｅａｒｐｏｗｅｒｐｌａｎｔｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓａｄｖａｎｃｅｄｔｈｉｒｄｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｎｕｃｌｅａｒｐｏｗｅｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅｒｅａｃｔｏｒｃｏｏｌａｎｔｓｙｓｔｅｍｌａｙｏｕｔｄｅｓｉｇｎｎｏｔｏｎｌｙｓａｔｉｓｆｉｅｓｔｈｅ
ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｓｙｓｔｅｍｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｂｕｔａｌｓｏｃｏｎｓｉｄｅｒｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆＡＬＡＲＡ，ｉｎ－ｓｅｒｖｉｃｅｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎｆｏｒｎｕｃｌｅａｒｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ．ｍｏｄｕｌｅｄｅｓｉｇｎｃｒｉｔｅｒｉａａｎｄｃａｌａｍｉｔｙｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｆｒｏｍｉｎｔｅｒｎａｌｌｙｇｅｎｅｒａｔｅｄ．Ｔｈｅｃｏｍｐａｃｔｌａｙｏｕｔｄｅｓｉｇｎ

第三章 AP1000反应堆冷却剂系统

第三章 AP1000反应堆冷却剂系统
反应堆冷却剂系统 (Reactor Coolant System , RCS)
功能 RCS 将反应堆系统中堆芯核裂变放出的热能转化为高温饱和蒸汽，并输送到汽轮发电机组转化为电能(二回路系统)。
反应堆冷却剂系统压力边界为堆芯释放的放射性提供了一个包容的屏障，并使电厂在整个运行过程中都保持其高度的完整性。
压力容反器应和堆一压体力化容堆器顶结构
堆芯仪表通道设在 RPV 顶部一一取消了堆芯下部，即压力容器底部所有的贯穿件
3.3
3.3.1
压力容器的堆芯下壳体(活性段)采用了环型锻件结构，取消了纵向焊缝;
3.3 压力容器和一体化堆顶结构
3.3.2 一体化堆顶结构
一体化堆顶结构(Integrated Head Package , IHP) 由多个独立的设备组成，从而简化了反应堆的换料操作。在停堆换料期间，他通过与反应堆压力容器顶盖移动联合操作，减少了停堆时间和个人辐射剂量。另外，一体化堆顶结构减少了其相关部件在安全壳内的搁置空间。
堆内堆构内件的构功件能
冷却剂在反应堆压力容器和堆内构件内的流动
3.4.2
3.4
3.4 堆内构件
3. 4. 3 API000 堆内构件的技术特点
3.3 压力容器和一体化堆顶结构
3.3.2 一体化堆顶结构
3.3 压力容器和一体化堆顶结构
3.3.2 一体化堆顶结构
3.3 压力容器和一体化堆顶结构
3.3.2 一体化堆顶结构
一体化堆顶结构使得在其内的各个部件无需单独进行连接和断开。
冷却围筒是位于压力容器顶盖上方围绕在控制棒驱动机构周围的碳钢结构。在核电厂正常运行时，冷却围筒为控制棒驱动机构磁辄线圈提供冷却气流通道。

AP1000第三代反应堆系统介绍精讲

AP1000是AP600的扩大容量版，其设计保留了AP600的主要特点，同
时运用了一些已经验证的技术
AP1000的反应堆采用西屋成熟的Model314技术，该技术已成功地用
于比利时Doel-4、Tihange-3和美国South Texas Project电站上。
采用西屋公司三环路反应堆压力容器
31
非能动安全系统
AP1000的设计特点
由于非能动安全系统的采用，在万一发生事故时堆芯冷却及安全壳减压等，不依靠泵之类的能动设备，仅依靠所谓重力下降自然循环压缩气体膨胀力的自然力便可实现
由于没有能动设备所以取消了要求纵深防御安全系统的交流电源设备、应急用柴油发电机等，
由于取消了依靠泵的驱动力的安全系统设备系统得到了简化
17
AP1000的设计特点
高安全水平
18
AP600的高安全性（CDF对比）
19
AP1000的设计特点
简化的系统结构及设备
20
AP1000比标准1000MW压水堆的结构简化
1000MW 压水 AP1000
减少
堆
泵
280
180
36％
ASME阀门
2800
1400
50％
ASME管道系统
33500
采用西屋Performance+燃料组件
AP1000的反应堆冷却系统为二环路设计，每个环路通过冷却剂管道联
接有一台大容量蒸汽发生器和两台密封式的冷却剂泵，此外冷却系统上还联接有一台稳压器。
采用经验证的△125蒸汽发生器，其设计源自西屋-CE，已用于
South Texas Project-1、-2和Arkansas-2等机组

AP1000反应堆冷却剂系统主要设备安装技术

ａｄｖａｎｃｅｄｐａｓｓｉｖｅＰｗＲ（ＡＰ１０００），ｔｈｅｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｌｏｇｉｃａｎｄｓｅｑｕｅｎｃｅｏｆｒｅａｃｔｏｒｖｅｓｓｅｌ，ｒｅａｃｔｏｒｃｏｏｌａｎｔ
ＺＵＯＸｕｅ— ｂｉｎｇ，ＣＨＥＮＪｉｎｇ－ｊｉｎｇ，ＺＨＡＮＧＪｉｎ—ｄｏｎｇ，ＤＡＩＳｈｕａｉ，ＺＨＥＮＧＤｏＮｕｃｌｅａｒＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇＣｏｍｐａｎｙ，Ｈａｉｙａｎｇ２６５１１６，Ｃｈｉｎａ）
Ｉ类、质量Ａ０引言
、质保Ｉ级，其设计、制造、安
装都有严格的要求
。
ＡＰＩＯ００作为第三代先进压水堆，技术虽然先进，但作为世界上首次建造的新堆型，设计的成熟
１系统组成与设计功能
性、完善性还有待进一步的验证，且没有类似的参考电站可以借鉴。反应堆冷却剂系统作为核心系统，与常规的二代压水堆型核电技术相比，本体特
关键词：ＡＰ１０００；反应堆冷却剂系统；压力容器；蒸汽发生器；安装
中图分类号：ＴＨ４９；ＴＬ３５文献标识码：Ｂ文章编号：１００１ — ４８３７（２０１３）１１ — ００６２— ０８

AP1000主要设备的制造技术

AP1000主要设备的制造技术AP1000是2回路的百万千瓦级压水堆。

它采用了非能动安全系统，在减少发电站设备、安全、可靠性和减少投资成本等方面做出了突出了改进。

AP1000堆型的关键技术概念在于系统简化，从而使AP1000机组的建设周期缩短、造价降低，运行和维护简便。

斗山重工目前正在参与AP1000的设计，并将利用自己的制造经验和先进的技术，为中国的AP1000项目提供主要设备，如压力容器、蒸发器和一体化顶盖组件。

Manufacturing Technologies for AP1000 main componentsTae-Woo kimAbstract: The AP1000 is a two-loop 1000 MW pressurized water reactor (PWR). It uses passive safety systems to provide significant and measurable improvements in plant simplification, safety, reliability, investment costs. Simplicity is a key technical concept in the AP1000. It makes the AP1000 easier and less expensive to build, operate, and maintain.Currently, Doosan is participating in the design of AP1000 and will provide main components, such as reactor vessel (RV), steam generator (SG) and integrated head package (IHP) in AP1000 China projects with many manufacturing experiences and high quality technology.I 压力容器、蒸发器和一体化顶盖组件的技术特征1．1 压力容器表 1.1 压力容器的技术数据压力容器与西屋公司标准3回路核电站的压力容器相同，只是接管部分进行了调整以适应2回路的要求。

AP1000反应堆冷却剂系统主设备安装技术研究

·87·NO.12 2018( Cumulativety NO.24 )中国高新科技China High-tech 2018年第12期（总第24期）1　概述一回路系统又称反应堆冷却剂系统（RCS），作用是将核反应堆芯中核裂变产生的巨大能力转化成高温高压饱和蒸汽，通过蒸汽系统传送到汽轮机转子，从而带动发电机转子高速运转来切割发电机腔室内部的磁感线进而转化为电能。

美国西屋公司设计的AP1000反应堆冷却剂系统是由环路1、环路2两条环路构成，每环路包括反应堆冷却剂泵两台、蒸汽发生器（SG）1台、冷管2段、冷却剂主管道热管1段。

其中两条环路与反应堆压力容器共同组成闭式循环回路，如图1所示。

图1　AP1000反应堆冷却剂系统通过研究RCS核心设备安装技术，对第三代先进压水堆机组建设具有重要借鉴意义。

2　RCS系统主设备简介2.1　反应堆压力容器（RPV）筒体内径Φ3990mm，筒体壁厚203mm，总高12200mm，总重273t，属于安全A级、抗震I类设备。

2.2　主管道（RCL）环路1、环路2作为构成反应堆冷却剂系统的最主要的两个环路，每个环路包括2个冷段管段、1个热段管段。

冷段内径Φ559mm；热段内径Φ787mm；冷段长6.36m，热段长4.95m。

2.3　蒸汽发生器（SG）蒸汽发生器上部直径Φ5576mm，下部直径Φ4383mm，总高24826.8mm，单台净重约624.2t，属于安全A级和抗震I类设备。

2.4　反应堆冷却剂泵（RCP）AP1000的反应堆冷却剂泵是屏蔽电机泵，属于安全A级和抗震I类设备；泵名义功率：5.22MW，总高：6.69m，总重：67.4t。

2.5　稳压器（RCS）稳压器通过波动管与主回路热段相连，每个反应堆设置一台稳压器。

设备整体呈圆柱形，外形尺寸约为Φ2775mm×13739mm，重约100t。

AP1000反应堆冷却剂系统主设备安装技术研究张　震（山东核电有限公司，山东海阳 265116）摘要：海阳核电AP1000项目是世界第一批在建第三代先进压水堆机组，采用的非能动安全系统技术具有无可比拟的先进性。

AP1000核电机组反应堆压力容器的安装

优点：交叉作业小、对工期影响小、不受天气影响；缺点：吊装工作量大，需增加厂房高度，吊装费用较大［2］。
70
随着项目管理、制造、设计、施工水平和抗风险能力的提高，以及“模块化 ”施工法的运用，大型起重机吊装法成为首选。
AP1000 核电机组重要的施工特征就是“开顶法”吊装与“模块化”施工。它在技术上最为简单，吊装过程将设备在厂房外转运与厂内翻转吊装结为一体，节省了大量人力物力和施工时间。 2． 1． 2 起重机的选择
压力容器是核反应堆冷却剂压力边界的重要
设备，能承受各种工况的载荷，在设计期限内保持结构完整性。压力容器的设计压力 17． 06 MPa，设计温度 350 ℃ ，用 ASME SA － 508 低合金钢制造，上下封头为半球形，总高 10． 075 m，筒体法兰外径 3． 99 m，壁厚 175 mm，压力容器由容器筒体和一体化顶盖两组件组成。本次吊装对象为容器筒体部分［1］，其 RV 下筒体外形见图 1。
升高度达 117． 4 m。另外，压力容器及专用吊具与吊车主臂之间，吊车主臂与临时顶盖环形桁架之间都有足够的安全距离（ 5． 277 m），满足安全要求［5］。 2． 2． 3 风载荷计算
根据 Lampson 吊车要求，风载荷必须低于吊车在该工况下额定承载能力的 0． 5% 。标准设计载荷以风速 Vw = 20 mph（ 8． 89 m / s）为基础。
设备吊装就位
45． 389
405． 9
38． 14
31． 45
图 4 反应堆压力容器吊装工序图
图 5 RV 翻转示意
压力容器吊装前，平放在 T － Pad 吊装区，且与 J － SKID 相连。吊装就位需在安全壳外，将其由水平位置变为竖直位置，因此需要对反应堆压力容器翻转竖直。

AP1000建造施工技术-1

超声检查程序液体渗透检查程序磁粉检查程序材料验证程序
焊口X光检查程序目视检查程序
1.2.6. 组装程序
安全壳底封头现场组装程序安全壳筒体模块现场组装程序安全壳顶封头现场组装程序运输程序吊装程序 1.3. 安全壳板的预制安全壳板预制分为筒体板预制、球面板预制、贯穿件支座预制、设备闸门通道预制、人员闸门预制、环吊梁预制。安全壳板预制的关键在于安全壳的排版图的绘制。筒体预制工作包括板材的接收、下料、开坡口、卷板、焊接环吊梁支座、筒体板之间组对、焊后热处理、喷砂除锈、制作运输托架、运输到施工现场等。球面板预制包括压制成型（对于上、下封头球面板）包括板材的接收、下料、开坡口、喷砂除锈、运输到施工现场等。所有弧板与球壳板的成形除锈后，刷底漆（底封头除外），留出100mm宽的焊接边界不刷，底封头采用可剥性涂层加以保护。设备闸门通道、人员闸门、环吊梁的预制包括板材的接收、下料、开坡口、组对、焊接、焊后热处理、喷砂除锈、涂漆、运输到施工现场。 1.4. 安全壳板的组装
1.4.12. 安全壳安装要求及记录
安全壳内径39.624米，以此为测量直径的基准。安全壳直径允差100毫米，即最大39.724米，最小39.524米，不允许出现5毫米的台阶。安全壳筒身高度约42.5 米，筒身铅直度最大允差100毫米。为了在组装过程中进行质量控制，对每项工序进行质量控制。整个预制、组装和安装过程要进行测试和相应得的记录。 1.5. 安全壳组装和安装的主要设施
1. 钢制安全壳预制、组装和安装
1.1. 钢制安全壳概述 AP1000型压水堆钢制安全壳是反应堆厂房的内屏蔽结构，用SA738, GRADE
B材料制成。安全壳设计标准为ASME 第三卷NE分卷，MC级设备，设计压力 0.41MPa。

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AP1000堆型反应堆冷却剂系统主要设备安装技术
发表时间：2019-11-07T11:33:30.643Z 来源：《建筑学研究前沿》2019年16期作者：李仕杰[导读] 反应堆冷却剂系统（RCS）的主要功能是将堆芯产生的热量传递给二回路系统，同时还可进行中子慢化、反应性控制以及冷却剂压力的控制，是核电厂最重要的工艺系统。

本文详细探讨了AP1000堆型反应堆冷却剂系统的主要设备安装技术。

李仕杰
江苏核电有限公司江苏 222042 摘要：反应堆冷却剂系统（RCS）的主要功能是将堆芯产生的热量传递给二回路系统，同时还可进行中子慢化、反应性控制以及冷却剂压力的控制，是核电厂最重要的工艺系统。

本文详细探讨了AP1000堆型反应堆冷却剂系统的主要设备安装技术。

关键词：反应堆冷却剂系统；主设备；安装技术反应堆冷却剂系统是压水堆核电站的“心脏”，其安装技术水平直接影响核电厂的运行参数和性能，甚至影响核电站的安全性能，同时，优异的安装质量也是核电站高效运行的重要保证。

另外，反应堆冷却剂系统作为AP1000堆型核心系统，其设备本体特征及安装要求都有很大的改进。

一、反应堆冷却剂系统概述
反应堆冷却剂系统又称为一回路系统，具有冷却堆芯、传递热量、压力条件以及超压保护等功能。

其主要设备有压力容器、蒸汽发生器、反应堆冷却剂泵、主管道、稳压器、波动管。

二、RCS系统主设备安装 AP1000堆型反应堆冷却剂系统（RCS）设计位于反应堆厂房中的两个最大的结构模块CA01与CA04中，其中蒸汽发生器、稳压器和压力容器均固定在两个结构模块的混凝土基础上。

因整个结构模块设计紧凑，布局空间狭小，且所有主要设备均具有重量大、施工工艺复杂、安装精度要求高的特点，对反应堆冷却剂系统主要设备安装的要求极为苛刻。

若施工工序稍有偏差，将对安装质量造成重大影响。

因此，对主要设备的施工逻辑和安装技术进行详细而深入的研究显得尤为重要。

根据结构模块和反应堆冷却剂系统的特点，可总结出主要设备的施工逻辑。

以压力容器为系统的“心脏”，主管道为系统的“主动静脉”，严丝合密的串联蒸汽发生器与压力容器，待蒸汽发生器定位后悬挂反应堆冷却剂泵，最后，通过波动管和稳压器的组合，完成了整个反应堆冷却剂核心系统的安装。

1、反应堆压力容器（RPV）的引入安装。

在核岛反应堆厂房中心的CA04结构模块中，RPV通过其冷段管嘴下的支撑平台就位于结构模块CA04顶法兰上部的支撑上。

支撑通过定位螺栓加地脚锚固螺栓固定，反应堆容器的荷载通过锚固螺栓的支撑巧妙地转移到结构模块周围的混凝土内部结构中。

其中，反应堆压力容器的安装逻辑还包括七个其它主要物项，即模块CA04顶法兰、RPV支撑嵌入件、CA04结构模块、混凝土基础、检测井管、RPV筒体保温、RPV支撑。

其中，反应堆压力容器RV作为包容堆芯核燃料、控制部件、堆内构件和反应堆冷却剂的承压容器，是反应堆冷却剂系统的高压承压边界设备，由通体、顶盖、主管道接管、以及O形环、螺栓螺母组成。

而RV支撑作为核反应堆压力容器的主要支撑部件，RV支撑的安装施工精度和质量直接关系到核电站压力容器安装及运行。

反应堆压力容器支撑由位于主管道进管嘴下4个单独的空气冷却的箱型结构组成。

支撑结构最终将反应堆压力容器载荷传递给一次屏蔽墙（CA01结构模块墙体）混凝土中竖向和横向的预埋件，从而使反应堆压力容器平稳运行。

2、主管道（RCL）引入及二次建模安装。

反应堆压力容器（RPV）安装定位完成后，应考虑主管道与蒸汽发生器安装间的密切配合和相互穿插。

主管道安装核心是如何控制坡口及其组对焊接，应根据蒸汽发生器（SG）完工尺寸和RPV定位尺寸进行。

根据实测的RPV实际位置数据和蒸汽发生器SG的定位数据，完成三维虚拟实体建模，再对坡口加工尺寸和位置进行模拟计算。

在主管道和压力容器的一侧焊接完成后，因焊接变形和热应力的影响，致使主管道SG端会产生偏移，这与一次建模模拟数据不尽相同。

此时，有必要结合SG的安装要求，通过二次建模对其进行测量，以完成SG端面的坡口加工。

为保证焊缝在自然状态下能自由收缩而进行的主管道重量再平衡是整个安装过程中的一个关键突破。

根据焊接工艺评定数据，当单根焊缝完成50%时，主管道焊接基本上达到焊缝的最大收缩量，不会有进一步发生偏移。

主管道的安装逻辑为：压力容器/主管道/SG3D建模-主管道压力容器侧坡口加工-主管道就位并与压力容器组对-压力容器侧焊接（至少50%）-主管道SG侧3D建模复测-主管道SG侧坡口加工-SG吊装就位-主管道与SG对口调整-主管道SG侧焊接（至少50%）-完成剩余焊接-安装完毕。

3、蒸汽发生器（SG）引入安装。

主管道在SG侧坡口加工完成后安装蒸汽发生器，采用重型履带起重机将SG吊装引入临时支护，调整临时支护液压系统，以实现SG与主管道的对口。

在现场安装SG时，必须确保处于冷态位置。

SG与压力容器间的位置偏差调整合格，并根据主管道的对口参数微调SG的就位高程。

待压力容器RPV一侧主管道完成焊接后，通过主管道的实际位置和SG理论位置完成三维实体建模，通过三维模拟数据对主管道SG端进行下料。

不断调整SG与主管道间的间隙，直至满足对口间隙及错边量的技术要求，然后测量此时SG的实际位置。

SG的安装逻辑为：SG临时支撑安装-SG临时支撑调试-SG吊装引入- SG侧主管道3D建模-SG侧主管道坡口加工- SG与主管道对口-SG 与主管道焊接完成-SG永久支撑安装-SG安装完毕。

4、反应堆冷却剂泵（RCP）引入安装。

RCP的安装在蒸汽发生器安装完成后开始，它位于SG下方，所以需要通过蒸汽发生器筒体和CA04模块间的窄间隙进行吊装，其安装难度和要求都比较苛刻。

本次主泵由专用液压升降装置和安装小车将主泵安装至泵壳中，主冷却剂泵的安装逻辑为：蒸汽发生器房间临时楼板安装-主泵安装小车组装/主泵运输临时桥架安装-主泵可拆卸组件的引入SG房间-主泵可拆卸组件就位-安装并拉伸第一组8个主螺栓和螺母-密封环第一部分打底焊-安装并拉伸第二组8个主螺栓和螺母-拆除第一组8个主螺栓和螺母-完成密封环打底焊-密封环第一部分焊接-安装并拉伸第一组8个主螺栓和螺母-拆除第二组8个主螺栓和螺母-完成密封环焊接并做无损检测-安装剩余16个主螺栓和螺母-最终拉伸24个主螺栓、移除安装小车及成品保护。

5、稳压器（RCS）引入安装。

稳压器位于结构模块CA01的腔室中，与其它设备相比，稳压器的安装相对独立、不受其他主设备施工逻辑限制。

CA01稳压器腔体空间狭窄，波动管吊装引入困难，为防止空间狭小导致后续无法引入，需提前考虑策划。

调整稳压器的垂直支撑，将稳压器吊入CA01腔室，稳压器的标高由与波动管连接的底部管嘴控制，调整准确定位后，进行垂直支撑的二次调整安装，依次安装上水平支撑、下水平支撑、上环梁，并拆除相关临时支撑。

整个稳压器安装逻辑为：波动管引入-垂直支撑临时就位调整-稳压器翻转吊装-垂直支撑与稳压器连接-临时支撑安装-稳压器精调及固定-检查测量-吊车摘钩-垂直支撑二次灌浆-垂直支撑固定-下部水平支撑安装-检查测量-上部环梁安装及调整-检查测量-上部水平支撑安装-临时支撑拆除-检查测量-上部环梁间隙块加工及安装-检查测量-成品保护。

6、波动管引入安装。

当稳压器和主管道安装完毕，不再进行相关位置调整后，开始安装波动管。

波动管由五段不同长度的管段组成。

首先，测量稳压器上喷嘴与热管上喷嘴的相对位置；其次，根据波动管的尺寸和设计要求，确定各管段的端口位置，确定管段的坡口加工尺寸；最后进行个管段的组对焊接。

波动管施工逻辑为：主管道及稳压器安装完毕-主管道稳压器波动管嘴位置测量-波动管定位放线-波动管预组装及坡口加工量的确定-S001/S002/S003/S005坡口加工-S001段与稳压器焊接-S005段与主管道焊接-S002/S003段焊接-S003/S005段测量-S004段坡口加工-S004段焊接-最终检查/波动管安装完毕。

参考文献
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