第05版:核与辐射
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田湾核电七号机组穹顶球带成功吊装背后——
难度极高,为何能达到标杆水平?

吊机履带与路基箱边距实景。
MAG焊接机器人。邓玥摄
 

◆本报记者邓玥

黄海之滨、云台山下,位于江苏省连云港市的中核集团田湾核电7号机组穹顶球带5月19日成功吊装。

这次吊装作业难度系数极高,其成功意义重大。不仅是江苏核电落实习近平总书记关于“打造核安全领域全球标杆”的具体举措,也为田湾核电7号机组由建设全面转入安装阶段提供了有力保障。

国内罕见最重穹顶,对接控制在毫米级别

穹顶是核电站安全的重要屏障,是保证反应堆厂房完整性和密封性的重要组成部分,穹顶吊装因此成为核电站工程建设的重要里程碑节点。

吊装过程中,穹顶宛如一个巨型“帽子”,在吊机数条钢丝绳的牵引下,缓缓起、转、升、落,最后平稳落在核岛筒体上。

由于穹顶重量往往达数百吨,其与筒体的对接偏差要控制在毫米级别,加之过程中易受风力影响导致偏摆、或温度变化造成热胀冷缩等,吊装难度很大。

“7号机组穹顶是目前国内机组中最重的钢衬里穹顶,且球带内部已安装好各种设备,这在国内并不多见,其吊装难度也更高。”中核华兴田湾核电项目部项目副经理、钢结构专家裴习平告诉记者。

在7号机组施工现场,记者看到呈半球形的钢衬里穹顶被分为球冠和球带两部分,未吊装前,球带嵌套在球冠外部呈环形扣在地面。裴习平说:“我们将穹顶水平切割成两部分,下面是球带、上面是球冠,这次吊装的球带重达375.5吨,上口直径36.522米,下口直径44米,高度12.269米。拟于1个月后吊装的球冠重约210吨。”

裴习平解释,球带如此沉重,主要因为球带内部还分布着不同规格的安装设备,包括16台穹顶非能动热交换器、44件贯穿件、4台氢气复合器等设备。以往,穹顶吊装时的重量只包含钢衬里穹顶本体及喷淋通风系统等重量,不含设备。

吊装当天,早晨7时19分,伴随一声长鸣响号令,2000吨履带式吊机在暖阳下缓缓将球带吊离地面。首先将穹顶下口提升至距离地面17米,顺时针旋转17度,行走78.3米,再将穹顶下口提升至50.5米,逆时针旋转180度,继续向前行走18.3米,最后顺时针旋转54度,落钩就位。

整个过程长达3个多小时,其中,用时最长的是行走。裴习平说:“吊机总共行走了96.6米,球带的重量致使过程十分缓慢。吊机行走速度1小时不超过0.1公里,起降速度1分钟不超过5米,回转速度1分钟不超过10度。同时,我们在14天前就开始监控天气,当日风速不能超过8.8米每秒,以保证吊装平稳行进。”

球带和筒体对接时,球带下口和筒体上口周长偏差要控制在两厘米以内、同一个角度半径偏差要控制在1厘米以内。为了保证精度,吊装前,施工团队已经反复测量确认多个数值;穹顶下口及筒体上口也分布有环向限位、经向限位等装置,确保对接到位。

上午10时39分,球带精准落钩。

千吨吊机“走猫步”,直线偏差保持在20厘米以内

3个多小时吊装作业中,坐在2000吨吊机驾驶室内的机长注意力高度集中,每个角度、高度、精度都控制在毫厘之间,严格按起重总指挥指令准确进行。这位吊机机长的名字叫文欣,2021年荣获全国技术能手称号。

他曾参与国内秦山核电二期扩建、福建福清核电、方家山核电、海阳核电等大型核电吊装工作,还远赴国外,3次在巴基斯坦,参加了恰西玛C2、C3/C4核电项目、卡拉奇K2/K3核电援建。可以说,在中核机械重大工程吊装现场都留下了他的身影。

2000吨的履带式起重机并不是文欣遇到的最大吨位的吊机。此前,他还驾驶过利勃海尔3000吨、德马格3200吨等类型吊机;持续3个小时吊装,也不是他的体能极限。

文欣曾在-36℃的风电施工现场负责吊装作业,当时,现场施工的利勃海尔120吨和400吨两台吊机专用的柴油和机油液压油全部封冻,反复发动都不能运转,只能给吊机柴油油箱盖上厚棉被,尽量避免温度流失。作为机长的他,主动留下值夜班,每隔1—2个小时要去发动吊机,让吊机始终保持使用状态。白天干了一天的活,晚上定好闹钟,往往眼皮刚合上,就被闹铃叫醒,这样的状态持续了半个多月。

担任三一重工1000吨履带式起重机机长期间,文欣在6个月中完成了核电两个环吊、两个穹顶吊装、两次转场、3次拆、组装,平均1个半月就有一次重大吊装。高强度的工作,也让他的腰部受伤,留下后遗症。

尽管经验丰富,文欣仍然表示:“这是我从业近30年来,难度系数最高的吊装之一。”特别是在吊机吊起穹顶后,要一直提着“大家伙”保持直线行走96.6米。

在现场,吊机履带底部分别由路基箱铺设了两条“道路”,吊车履带边缘距离路基箱边缘只有50厘米,按照要求,1个多小时的走车过程,要将直线偏差保持在20厘米以内。

文欣坦言,毫米级对接正常情况下可以做到,最大的难点反而是行走:“这是我操作吊机连续带载行走的最长距离。面对这么长的距离,国内的履带吊机机长,没有哪一个能保证完完全全走直线。怎么保证吊机行走偏移量控制在允许的范围之内,是我面临的最大困难。”

常年户外施工给了文欣一副黝黑的面庞,多年“核级”吊装经验练就了他机敏的身手和非同一般的毅力。吊装当天,文欣担心的事没有发生,相反,在他全神贯注、干脆利落的操纵下,整个吊装过程安全、有序、可控,精、稳、快地顺利完成。

对标先进、力争一流,达到国内首创、国际领先水平

“这次球带吊装前,我们进行了4次模拟验算,根据验算结果,吊装后,球带下部变形约3.3毫米,远低于40毫米的设计要求。”江苏核电工程建设处科长张林涛告诉记者。

为了将田湾核电7、8号机组打造成“标杆工程”,在开工之初,其建设目标就是“为其他核电建设项目提供对标标准”。因此,对质量、管理、技术等方面的要求都更加严格、对标先进。

来自中核华兴的中国核建焊接首席专家程小华说:“未来,核工业建造必然朝着自动化、智能化方向发展,规模化使用机器人将为田湾核电转型发展打下良好基础。”因此,本次穹顶建造中首次大规模应用了中核集团自主研发的“MAG焊接机器人”。7号机组穹顶主焊缝1070多米,其中980多米实现了自动化焊接,也就是说,这项技术的应用比例超过91%,创造了国内穹顶建造智能焊接机器人工程应用记录,达到国内首创、国际领先水平。

程小华指出,这种机器人融合了激光智能跟踪技术和高效MAG焊接工艺。传统的激光智能跟踪技术依赖进口,进口一套激光智能跟踪焊接机器人成本上百万元,而自主研发的国产机器人成本在50万元左右。单是7号机组穹顶现场施工部分就投入了5台MAG焊接机器人,可减少超10个核级焊工,节约人工成本300万/年以上。相较人工焊接,“MAG焊接机器人”效率提高了3倍以上,比如,单条近13米的穹顶球带弧形焊缝,传统手工焊接大概6—7天,机器人只用1—2天,工期大大压缩,且质量更稳定可靠。

此外,7号机组不断创新BIM技术、钢筋模块化施工、混凝土结构模块化施工、不锈钢衬里模块化施工、钢衬里设计优化等施工技术。

不仅如此,据张林涛介绍,田湾核电7、8号机组均采用了智慧工地视频监控数字化系统。2021年至今,平台运用5G、云计算等新一代信息技术,充分发挥人车定位、视频监控、AI智能识别等13项功能,实现预警预控。特别是施工现场设置了86台安全监控设备,准确识别未戴安全帽、明烟明火等7种违章行为,及时消除安全隐患。这一系统填补了核电智慧工地数据采集治理、管理标准的空白。

江苏核电党委副书记杨富堂告诉记者,田湾核电目前已经按照全球最高标准策划建立了3个指标体系,即7、8号机组标杆工程、1号—6号机组生产运行和全过程生产运行成本管控指标体系。以标杆工程指标体系为例,包含130多项指标,定期对指标进行评价,如果发现管理上弱项,立刻制定改进方案,并且不断对标先进核电站,将好的经验融合到体系中。他透露,不久后将把该指标体系打造成WANO(世界核电运营者协会)标准。

据悉,田湾核电7、8号机组单机容量126.5万千瓦,每台机组每年预估发电约100亿千瓦时。其中,7号机组于2021年5月19日开工建设,计划2026年10月投入商业运行。田湾核电8台百万千瓦级压水堆核电机组发电,全部建成后装机总容量将超900万千瓦,每年可提供清洁电力超过700亿千瓦时,相当于每年减少二氧化碳排放量5740万吨,对构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系,实现“双碳”目标亦具重要作用。

 
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