徐淼
（国核工程有限公司 上海 200233）
摘要：本文主要对AP1000核电站机械模块的应用进行介绍，从模块化的概念和机械模块的定义、组成、分类、以及机械模块的装配过程等方面进行了分析，阐述了机械模块的重要性和复杂性。
关键词：机械模块；核电站；装配过程
1引言
AP1000核电站属于第三代压水堆核电站，其特点是采用非能动安全措施和模块化设计。由于模块化设计可以提高电站施工质量和加工、安装效率，所以被广泛的应用在AP1000核电站中。AP1000核电站中的模块类设备主要有机械模块，结构模块，钢制安全壳（CV）模块。机械模块是各类模块中比较重要的一类模块，由于其结构复杂并且涉及众多管道接口，使得机械模块在核电站建设中成为至关重要的环节。
2模块的定义及特点
机械模块内包含泵、换热器、风机、空气处理机组、过滤器等设备，这些设备和与之相连接的管道、阀门、风管、托盘、仪表、电缆和支架等安装在一个共同的钢结构框架上。预先布置并组装在一起后，作为一个整体单元安装到厂房的指定区域。模块内材料和部件应该尽量在工厂制造阶段把测试和试验做好，以便尽可能减少现场工作[1]。
机械模块根据其组成内容，分为设备模块和管道模块，包括KB、KQ、KT、KU、Q、R和W类型，共计58个。
机械模块主要布置在反应堆厂房、核岛辅助厂房和汽轮机厂房，而布置在核岛辅助厂房的模块数量占到了机械模块总量的58%；设备模块是机械模块中数量最多的模块，占到了机械模块总量的66%。而布置在核岛辅助厂房的设备模块占到了设备模块总量的70%。
相对于设备模块而言，管道模块的功能相对单一，组成也比较简单。管道模块主要是由阀门、工艺系统管道、控制仪表、电缆桥架及管道支架等组成。这些模块主要位于厂房中管道相对集中的走廊、阀门操作间等位置。管道模块是将管道、阀门、箱罐等在工厂制作组装完成，在厂房整体就位后与厂房内的相关管道、通风部件连接在一起。管阀模块包含Q、R、W等三类模块，主要分布在核岛安全壳厂房、核岛辅助厂房以及常规岛厂房内，总共有20个。
3机械模块在核电站厂房内的布置情况
机械模块在核电站建造中的应用就是将其安装在厂房的设计位置，并实现机械模块的功能，使其成为厂房结构和工艺系统的有机组成部分，所以机械模块在核电建造中的应用就是机械模块在厂房结构中的一个综合装配过程。
作为AP1000核电站厂房内部结构的组成部分，机械模块根据其功能分布于厂房的不同位置。随着厂房主体结构的建造，机械模块被安装在厂房中不同楼层的特定位置，并与周围物项相连接形成系统的功能[3]。布置在核岛反应堆厂房的机械模块主要有Q223、Q233、Q240、KQ22和KQ23。如图3所示，布置在核岛辅助厂房的第一层标高的机械模块主要有KB04、KB11、KB12、KB13、KB14、KB15、KB16、R151、R155等。
布置在核岛辅助厂房第二层标高的机械模块主要有设备模块KB20、KB21、KB22、KB23、KB25、KB26、KB27、KB28等，以及管道模块R216、R219、R261等。如图5所示，布置在辅助厂房第三层及以上标高的机械模块主要有设备模块KB33、KB36和KB38，以及管道模块R451、R474、R501、R503、KU21等。
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4机械模块的制造工艺和装配过程
机械模块从工厂制造到布置在核电站厂房中，主要工作分为厂内预制、性能试验、厂房安装三个阶段，其建造过程中的主要工作包括[4]：
（a）绘制机械模块车间预制图，包括结构部分和管道、通风车间预制图的转化设计和加工图。
（b）机械模块的结构构件的划线、切割、成型、焊接、装配。
（c）机械模块内部的设备就位、调平和固定。
（d）机械模块所含的管道、通风、电气桥架和仪表管道下料、切割、成型、组对、焊接、装配等。
（e）机械模块的钢结构、管道及其支撑的防腐。
（f）机械模块内的管道冲洗和水压试验。
（g）机械模块内的设备、仪表的单体调试。
（h）机械模块内的管道保温。
（i）机械模块的包装和标识。
（j）机械模块运输到现场厂房的指定位置、装卸。
（k）机械模块在现场厂房的吊装和安装，最终调整固定。
（l）机械模块的竣工图绘制。
机械模块的制造精度和接口数量影响着安装工艺系统的质量，进而直接影响厂房工艺系统的整体性能。所以，机械模块的部件与厂房定位的尺寸控制要从模块的制造精度和公差控制为基础，这是机械模块总体装配尺寸链中的重要一环。
传统的核电建造的施工组织主要分为土建施工和安装施工两个阶段。除了个别的预埋件、预埋管、电缆套管和隐蔽工程外，通常是先土建后施工。采用模块化建造技术后，土建与安装的明显分界在区域上淡化了，在反应堆厂房和辅助厂房均采了“开顶法”施工，即土建先完成房间的底板和四周墙体的施工，然后将房间内的相应机械模块就位，再进行该房间的上部楼板的施工。由此，在现场施工中就产生土建施工与设备安装平行进行的过程，导致土建施工与安装施工出现深度交叉。在进行平行施工过程中，机械模块就是通过与钢平台或者墙、楼板上的预埋板进行焊接连接，或者通过与混凝土楼板上预埋的锚固螺栓进行固定安装。所以，机械模块就位有两种主要形式：
（1）土建专业混凝土基础施工完毕且强度达到设计要求后，机械模块就位到混凝土基础上；
（2）机械模块就位于焊接在立面墙体的墙体托架上。
采用第一种就位形式，机械模块一般是在模块的钢制框架四周设计有地脚螺栓孔，通过土建在混凝土基础上预埋的地脚螺栓固定机械模块。通过一系列的临时就位、初步定位、测量、最终定位、二次灌浆等工序，实现模块的最终固定。其中有个别就位于大型结构模块内部的，如KB20、KB23、KB37、KB38等模块则是直接就位在CA20内部的钢结构上，通过局部焊接方式，将模块与基础连接，实现模块的最终安装定位。采用第二种就位形式，一般是土建专业在浇筑相关墙体前，按照设计预先在立面墙体上埋置预埋板，并进行定位尺寸检查。在灌浆完毕、养生期满后，相关专业依据设计图纸在墙体上焊接墙体托架，最后将模块就位在墙体托架上，通过螺栓将模块与墙体托架进行联接，从而实现模块的最终就位。
除了上述两种主要就位方式外，还有一类特殊的模块，是直接被浇灌在混凝土中，如KB10、KB13、KQ11等三个模块，均是由下部箱体、上部泵阀及管道等组成，属于地坑泵模块类型，分别就位于核岛辅助厂房、核岛安全壳厂房的底层，就位后，混凝土地面距箱体上口平面约为250mm，箱体其余部分埋置在混凝土中。
所以，从机械模块的就位形式可以看出：机械模块的安装是与土建施工存在交叉的施工工艺逻辑，机械模块是对传统厂房施工工艺逻辑的一种调整。这也决定了机械模块在厂房的定位形式是多样的，通过定位尺寸的控制将机械模块的整体控制尺寸与模块内部组件的控制尺寸要求相关联起来，从而实现机械模块的整体功能。
5结论
综上所述，核电站的模块化设计可以提加快核电站的建造进度，降低电站的建造成本，提高生产效率和工程质量。机械模块作为核电厂模块化建造的一个重要组成部分，它的应用综合了车间工艺制造技术和厂房安装接口管理，是核电厂建造技术的发展趋势。同时，通过模块类产品制造工厂的专业化生产，以及核电现场拼装技术的不断完善，核电站的模块化建造必将展现出它的优势。
参考文献：
[1]林诚格.非能动安全先进核电厂AP1000[M]北京原子能出版社2008
作者简介：
徐淼，男，1983年7月生，黑龙江人，毕业于大连理工大学工程热物理专业，研究生，硕士学位，工程师，现主要从事核岛内机械设备及模块采购管理工作。
论文作者:徐淼
论文发表刊物:《河南电力》2018年19期
论文发表时间:2019/4/12
标签：模块论文; 机械论文; 厂房论文; 核电站论文; 管道论文; 土建论文; 墙体论文; 《河南电力》2018年19期论文;