AP1000核电机组燃料格架安装施工工艺探讨

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【摘 要】本文结合三门核电项目全球首台ap1000核电机组的安装施工经验，介绍了核岛换料系统所属重要设备燃料储存格架的安装施工工艺和安装技术要点，包括从设备开箱验收、插拔试验以及清洗、翻身、吊装就位、调整的安装全过程。

【关键词】AP1000；燃料格架；插拔试验；矫正；翻身；吊装

引言

燃料格架作为核电厂内储存新燃料和乏燃料的特殊设备，其设计结构和安装工艺异于常规通用机械设备。三门AP1000核电机组因其厂房结构布置以及厂房内吊车的布置特点区别于其他核电机组，对格架安装过程和安装后的成品保护也有着更高的要求。

1.燃料格架概况

AP1000核电机组燃料格架按使用功能分类共有3种，分别为换料水池内临时存储格架、新燃料存储格架和乏燃料格架。换料水池内临时存储格架就位于安全壳厂房换料水池内单独的坑室内，共有6个燃料储存单元格，用于在电厂停堆换料时对压力容器内燃料位置进行调整时临时存放吊出的燃料。新燃料格架单独就位于辅助厂房新燃料格架储存腔室内，格架共8行9列72个燃料储存单元格，用于在新燃料抵达电厂后吊入压力容器换料之前的储存。乏燃料格架共有8组，共同就位于辅助厂房的乏燃料水池内，8组格架代码分别为A1～A3、B1～B4、C1。其中A1～A3每个格架有81（9行9列）个储存单元格，B1～B4格架每个格架有132（12行11列）个储存单元格，C1格架共有108个储存单元格，其中包含5个独立的破损燃料储存单元格。每个基础格架单元的横向截面尺寸为223.5±1mm的正方形，格架组装材料为ASME SA-240 304型不锈钢，组成格架单元的钢板壁厚为2.3mm，底板壁厚19.1mm，相邻格架的壁板上都焊有一层中子吸附板。因8组乏燃料格架共同就位于乏燃料水池内，格架与格架之间存在严格的间隙要求，且吊装难度、水平调整以及后续的成品保护工作相对难度较高，本文就以乏燃料格架的安装工艺进行探讨。

2.格架结构特点和安装技术要点、难点

2.1结构特点

如下图燃料格架示意图所示，燃料格架储存单元格焊接就位在底板上，相邻的格架壁板通过焊接相连，每个单元格对应的底板上都开有一出水孔，其中4个是长孔，用于格架就位时的垂直吊装，其余为Φ152.4mm的圆型出水孔。格架就位于四块支撑底板上，其四个角上各有一螺柱，用于格架就位后标高的调整。

2.2.安装技术要点

标高要求：乏燃料格架安装完成后要求所有格架四角的高差在±3.2mm之内。

间隙要求：格架与格架以及格架与乏燃料池墙壁之间有严格的间隙设计要求，其中格架相互间的最小间隙及公差为38.1mm（0，+6.4mm）。

2.3.安装难点

防变形困难：燃料格架的壁板只有2.3mm，燃料格架安装过程中需进行多次的翻身、吊装以及清洗，需采取各种有效措施防止对格架壁板造成变形。

定位调整困难：燃料格架与高差调整螺栓为一整体结构，直接就位于支撑底板上，而底板直接铺设在乏燃料水池底部，三者间为接触式支撑。乏燃料水池结构以土建安装标准验收，精度要求不及格架的安装精度，这就对支撑底板的定位位置、平面度调整和标高调整具有很高的要求，并且在格架吊装调整过程中需防止支撑底板移位而影响最终的就位数据。

吊装困难：格架与乏池侧壁最小间隙为58.1mm，格架与格架间最小间隙为38.1mm，吊装过程中需采取各种有效措施防止部件碰擦。

清洁度保护困难：格架的清洁度等级要求高，格架就位后与乏池间空间狭小不能进行有效的清洗，这就要求在安装前后都需要注意对格架进行清洁度的控制，就位后需对整个乏燃料水池做好密封保护，困难相当大。

3.施工工艺

3.1格架物项接收检查

燃料格架因其预制壁板厚度薄，刚性差，在出厂后的包装、吊装、运输过程中容易产生碰撞变形，对后续的安装精度和插拔试验会产生影响，所以必须在物项接收时对燃料格架进行认真仔细的测量、检查，主要进行以下几方面的检查验收：

（1）外形检查，主要检查格架外形有无明显的变形，壁板有无明显的凹坑、凸起、裂纹，焊缝有无崩裂的状况，检查格架底部的调整螺栓是否旋转顺畅。

（2）尺寸检查，尺寸检查时需将格架从到货时的横躺状态翻身成竖直状态，翻身过程在后续施工流程中再做介绍。用千斤顶调整格架南北侧、东西侧垂直度在3mm范围之内，用水准仪检查格架顶部四个角的标高，标高差值应在±3.2mm范围之内。测量格架底板四条边的长度、直线度，测量格架底板边缘凸出最外层格架壁板的宽度。上述测量数据是为了保证乏燃料格架吊入乏燃料池内后，四个角的高差调整符合要求后，格架上部开口间的间隙也应满足设计尺寸要求。

（3）插拔试验检查，插拔试验是用一由厂家提供的测规，测规横向截面尺寸为218.1的正方形，比正式燃料宽度大3.9mm。用吊机匀速的将测规插入和拔出每个燃料存储单元格，测规与吊机吊钩间装有负荷测量仪器，能够读出测规在插拔过程中的摩擦力大小，在测规上下运动时其数据不应超过设计的222N。由于燃料格架壁板薄，预制过程中有大量的焊接作业等原因，多组格架存在单元格的插拔试验数据超出设计要求。

3.2格架单元格的矫正

未通过插拔试验的燃料格架单元格需要进行矫正，矫正工作由厂家人员在现场进行。厂家用插拔试验的流程检测数据超标的点，用强光手电检查格架壁板与测规接触的位置，做好标记。准备好专用工具，专用工具为一液压千斤顶，千斤顶上下各连接一块200×200mm的钢板，将千斤顶用绳索拉着慢慢的放置到标记好的位置。顶升千斤顶至一定的压力，过大的压力将有可能损坏格架单元格。然后再对格架单元格做一次插拔试验，合格后需对该格架单元格相邻的格架单元格进行插拔试验检查是否在矫正该格架单元格的时候对相邻格架单元格产生了影响，从而导致相邻格架单元格不能通过插拔试验。如果不合格需继续进行矫正，直至所有的格架单元格都能通过插拔试验。

3.3格架及乏池的清洗

乏燃料格架和乏燃料水池的设计清洁度等级为C级，但是考虑其承装燃料的特殊功能以及格架就位后后续清理工作的困难，三门核电项目参建各方一致要求以B级清洁度的要求来清理燃料格架和乏燃料水池。现场采用高压水枪和除盐水对格架进行冲洗，水枪的压力需调整至安全范围之内，再全面对格架的每个单元格进行擦洗。清洗完成后要求格架外壁、各单元格内无灰尘，杂物，壁板上无锈蚀。乏燃料池底部和四周墙壁则进行酸洗后再用除盐水擦净的方式，要求验收时用白布擦洗乏池任何位置，白布上无污物。因燃料厂房内的燃料装载桶吊机无法将格架吊装就位，现场需要打开燃料厂房的屋顶，从厂房外用吊机将燃料格架吊装就位，所以在乏燃料池清洗完成后在做好清洁度维护的同时，需尽快将燃料格架引入。

3.4燃料格架的翻身

格架的翻身是通过两台吊机借助厂家提供的专用工具“L”型吊架来完成的。如右图所示，先将格架吊于“L”型吊架上，并用三根绑带扎紧，在有磕碰的可能的地方放入道木进行保护，绑带与格架接触处应用白布包扎好的角钢进行保护。两台吊机吊起格架后右侧的吊钩继续提升，左侧的吊装则缓慢下降，直至格架成垂直状态后，两吊钩缓缓同步下降将“L”型吊架放于平整的场地上。

3.5燃料格架的吊装

燃料格架的吊装就位需通过厂家提供的专用吊具来完成。如右图所示：吊具顶部是一方形吊架，在其中平行的两根梁上装有两个定位杆，四个角上有四个吊杆，吊杆底部是一长方形吊装块。将专用吊具组装好，用吊机吊起专用吊具，吊钩与吊具需通过一根钢丝绳和3个可调节长度的手拉葫芦相连，用于后续格架的高差调整。将四个吊杆下部的长方块方位调整至与格架下部的长孔方位一致。将四个吊杆慢慢吊入四个长孔所在的单元孔内，通过吊具上的导向杆调整吊具位置，使吊杆下部长方块穿过四个长孔，然后在吊具顶部将四个吊杆旋转90°并锁定，即可吊起燃料格架。在格架吊入乏燃料池内后需设置专人监视格架与已吊入的格架以及乏燃料池墙壁间的间隙，密切与吊车司机联系，防止发生碰撞。

3.6燃料格架的调整

在第一个格架吊入乏池后，在乏池内选取一基准点来调整、控制各个格架的相互高差。将燃料格架慢慢吊入乏燃料池内，就位在已布置在乏池底部的支撑板上，用水准仪检查其四个角与基准点的标高差是否符合设计要求，在设计范围之外需进行调整。用吊机将格架慢慢吊起，通过吊钩与吊具间的3个手拉葫芦调整格架的水平度，并在格架底部支撑板不受力的情况下，根据测得的数据用专用长柄调整工具对调整螺栓进行相应的调整。完成后再将格架放下就位在支撑板上，用水准仪再次测量，重复上述步骤直至格架的四角高差满足设计要求。

在高差调整过程中测量该格架与乏池墙壁以及与其他格架间的间隙，通过移动吊钩进行调整，满足相互间间隙符合设计要求。

3.7燃料格架的成品保护

为保证格架安装完成后的清洁度，格架吊装过程中在乏池内的操作人员需要求戴鞋套，穿连体服，充分做好防异物措施。每一组格架就位完成后，检查是否有灰尘、杂物，用吸尘器进行彻底的清洗，然后用三防布对格架进行覆盖，再用三防布裹好的铁板压牢。乏池内格架全部安装完成后在乏池顶部均匀布置5根钢梁，在钢梁上铺设三防布封闭整个乏池，形成第二重保护。

4.结语

燃料格架的引入完成是AP1000核电机组施工过程中的一个重要的里程碑节点，格架组的成功引入为后续燃料厂房屋顶结顶、新燃料到货后的引入提供了条件。但因为格架引入后燃料厂房仍存在许多的施工作业，对格架的成品保护和清洁度控制工作的考验依旧严峻。

作者简介：

卢喜杰，男 （1984～）工程师，主要从事电力工程安装技术工作。