壓水堆核電站用起重設(shè)備簡介

 

    核能是地球上儲量*豐富、高度濃集的能源，核能發(fā)電具有不排放C2等溫室氣體的優(yōu)勢，還有燃料價格穩(wěn)定，可確保能源安全的優(yōu)點。目前隨著國家能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，我國已進(jìn)入了核電的快速發(fā)展期，我國核電站的年建造數(shù)量位居世界第。

 

    核電站中需要大量的起重運(yùn)輸設(shè)備搬運(yùn)物料，其使用的起重設(shè)備有10余種類型，數(shù)量多達(dá)250余臺。下面主要介紹核電站用重型和專用起重設(shè)備，對葫蘆型等起重設(shè)備不予介紹。

 

    2核電站起重設(shè)備的特點由于特殊的運(yùn)行環(huán)境和功能要求，核電站用起重機(jī)與其他常規(guī)起重機(jī)相比有較大區(qū)別。核島內(nèi)采用的起重設(shè)備，如環(huán)行起重機(jī)、PMC系統(tǒng)起重機(jī)及130t乏燃料容器起重機(jī)等專用起重設(shè)備均有以下特點。

 

    高可靠性。由于起重設(shè)備吊運(yùn)的物料具有高危險性，在運(yùn)行期間如出現(xiàn)墜落事故，其后果是非常嚴(yán)重的，為此，核電站起重設(shè)備的可靠性要求很高，從設(shè)計到制造、試驗及運(yùn)行等均要考慮其可靠性要求。

 

    運(yùn)行平穩(wěn)且定位精度高。核電站起重機(jī)采用先進(jìn)的調(diào)速和控制系統(tǒng)，因此具有沖擊小和運(yùn)行平穩(wěn)等優(yōu)點。PMC系統(tǒng)起重設(shè)備定位精度為±3mm；環(huán)行起重機(jī)和乏燃料容器起重機(jī)等定位精度為±自動化程度高。為了提高工作效率和減少對人的輻射危害，同時也為減少操作人員的誤動作，如PMC系統(tǒng)中的一些起重設(shè)備具備自動定位功能。

 

    具備單一故障保護(hù)功能和其他保護(hù)功能。

 

    環(huán)行起重機(jī)、裝卸料機(jī)、人橋吊等起重設(shè)備，其臨界載荷的安全操作主要依靠起重機(jī)系統(tǒng)，這些起重設(shè)備均按單一故障保護(hù)功能設(shè)計，以免因單一事故導(dǎo)致起重機(jī)系統(tǒng)喪失持住載荷的能力。

 

    特殊的抗地震要求。反應(yīng)堆廠房和燃料廠房的起重設(shè)備，對抵抗地震有一定的要求，通常是根據(jù)用戶提供的電站特定條件下的地震反應(yīng)譜進(jìn)行計算。對于其他廠房的起重機(jī)，般要設(shè)置防震反鉤，以保證在地震情況下不脫離軌道。對于那些只在安裝階段使用的起重設(shè)備則不需要做抗震方面的考慮。

 

    復(fù)雜的安全保護(hù)系統(tǒng)。核電站中的起重設(shè)備，根據(jù)所在場合的不同需要具備鋼絲繩斷裂監(jiān)測、鋼絲繩疊繞監(jiān)測、起升和運(yùn)行行程開關(guān)、位置和速度監(jiān)測編碼器、傳動鏈故障監(jiān)測編碼器、超速開關(guān)及稱重傳感器等特殊安全保護(hù)措施，用來完成故障診斷和安全保護(hù)等功能。

 

    特殊的材料要求。主承載件不允許用沸騰鋼；反應(yīng)堆廠房起重設(shè)備表面不允許用鋅、鋁等材料；水下操作或與水有接觸的部件需要采用不銹鋼和特殊油漆；鑄鋼材料在一些場合受到限制性使用等。

 

    特殊的許用應(yīng)力要求。不同的設(shè)備有自己特殊的許用應(yīng)力要求，通常在技術(shù)規(guī)格書中提出明確的要求，這些規(guī)定關(guān)鍵是用以提高設(shè)備的可靠性和安全性及免維護(hù)性。

 

    特殊的環(huán)境。需要考慮溫度、濕度以及事故等情況下的腐蝕、壓力和放射性等的影響。

 

    制造工藝復(fù)雜。環(huán)吊的環(huán)梁環(huán)軌和PMC系統(tǒng)中不銹鋼材料部件的焊接加工對制造工藝提出了較高的要求。

 

    質(zhì)量保證體系嚴(yán)格。設(shè)計部門和制造廠應(yīng)根據(jù)業(yè)主所提供的設(shè)備質(zhì)保文件和設(shè)備質(zhì)保等級編制設(shè)計、制造、安裝、試驗和操作運(yùn)行的質(zhì)保文件和實施計劃。不同的質(zhì)保等級質(zhì)量保證體系有著很大的區(qū)別，核電站中起重設(shè)備質(zhì)保等級*高為Q1級。

 

    3核島用起重設(shè)備反應(yīng)堆廠房及其緊臨的核輔助廠房稱為核島，它是一類核安全建筑物，是核電廠的中心。核島可分為反應(yīng)堆廠房、電氣廠房、核燃料廠房和核輔助廠房等四個部分。

 

    3.1反應(yīng)堆廠房起重設(shè)備反應(yīng)堆廠房起重設(shè)備包括環(huán)行起重機(jī)和裝卸料機(jī)。

 

    3.1.1環(huán)行起重機(jī)環(huán)行起重機(jī)位于核反應(yīng)堆安全殼廠房的頂端，在環(huán)形軌道上運(yùn)行，由工作小車、安裝小車、橋架、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和水平輪、環(huán)軌環(huán)梁及電控設(shè)備等組成（見），主要功能如下：在核電站安裝設(shè)備期間（電站建設(shè)期），該設(shè)備用于吊運(yùn)蒸汽發(fā)生器、反應(yīng)堆壓力容器、穩(wěn)壓器、下部堆內(nèi)構(gòu)件和上部堆內(nèi)構(gòu)件以及其他設(shè)備。

 

    在核電站運(yùn)行期間反應(yīng)堆正常工作或停堆時），它用于反應(yīng)堆停堆換料和反應(yīng)堆廠房內(nèi)設(shè)備維修所需的各種吊運(yùn)服務(wù)。

 

    環(huán)行起重機(jī)環(huán)行起重機(jī)起重量根據(jù)地面設(shè)備重量及臨界載荷重量來決定，例如217+190t、406t、320/35/5t等，起重量隨核電站容量和形式的變化而變化，該設(shè)備是核電站中聯(lián)合起吊重量*大的起重設(shè)備。在電站安裝設(shè)備期間，有時需要兩臺小車工作小車和安裝小車）聯(lián)合作業(yè)，用來吊運(yùn)蒸汽發(fā)生器和反應(yīng)堆壓力容器。安裝小車主要用于安裝重型部件，通常，多臺核電機(jī)組共用一臺安裝小車，在電站運(yùn)行期間拆下單獨(dú)存放。

 

    環(huán)行起重機(jī)在電站運(yùn)行期間要吊運(yùn)的*犬臨界載荷“是壓力容器頂蓋。所謂臨界載荷，即能夠直接或間接引起放射性釋放的操作載荷。環(huán)行起重機(jī)下方中心位置是反應(yīng)堆堆心，運(yùn)行所需的所有燃料組件均安裝在堆心壓力容器內(nèi)部，環(huán)行起重機(jī)起吊載荷時一旦出現(xiàn)故障對堆心的損害后果非常嚴(yán)重，因此其可靠性至關(guān)重要。

 

    雖然環(huán)行起重機(jī)是一個與核安全無關(guān)（非LS級）的設(shè)備，但在設(shè)計上，設(shè)計人員往往將臨界載荷的墜落作為一個嚴(yán)重的潛在事故考慮，因此，在功能上按單一故障保護(hù)設(shè)計。盡管環(huán)行起重機(jī)屬非抗震類設(shè)備，但對它有特殊的抗震要求，在地震發(fā)生期間和之后要保證持住載荷，保持其機(jī)電設(shè)備的完整性，起重機(jī)的運(yùn)動不會對建筑外殼及其上的設(shè)備產(chǎn)生任何破壞。地震后起重機(jī)可進(jìn)行修復(fù)，恢復(fù)正常使用。

 

    裝卸料機(jī)裝卸料機(jī)安裝在反應(yīng)堆安全殼中部，由大車、小車、提升機(jī)構(gòu)、固定套筒和伸縮套筒，以及燃料組件抓具、自動定位系統(tǒng)、輔助提升機(jī)構(gòu)和電氣控制系統(tǒng)等部分組成。裝卸料機(jī)在反應(yīng)堆堆心和轉(zhuǎn)運(yùn)裝置傾翻架區(qū)間運(yùn)行，主要有以下功能：在反應(yīng)堆首次裝料和換料時裝卸燃料組件；在堆芯與燃料轉(zhuǎn)運(yùn)裝置之間運(yùn)輸燃料組件；輔助提升機(jī)構(gòu)可操作專用工具對控制棒組件和其他對象進(jìn)行操作，或當(dāng)主提升失靈時，使用專用工具對燃料組件進(jìn)行操作；借助在線啜吸裝置，進(jìn)行輻照燃料組件破損檢查。

 

    裝卸料機(jī)起重量為2t，除主起升機(jī)構(gòu)外，還有一個2t的輔助起升機(jī)構(gòu)，是核電站燃料操作與貯存系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一，也是核電站中設(shè)計和加工制造難度*大、結(jié)構(gòu)*復(fù)雜的起重設(shè)備，與人橋起重機(jī)、轉(zhuǎn)運(yùn)裝置和輔助起重機(jī)共同構(gòu)成PMC系統(tǒng)（見），即燃料操作與貯存系統(tǒng)。當(dāng)主起升機(jī)構(gòu)失效時，2t輔助起升機(jī)構(gòu)可掛上專用吊具操作燃料組件。提升機(jī)構(gòu)、固定套筒、伸縮套筒、抓取機(jī)械手及電控系統(tǒng)是裝卸料機(jī)的核心。裝卸料機(jī)操作燃料組件時是在水下操作，其相應(yīng)部件如固定套筒、伸縮套筒、抓取機(jī)械手和鋼絲繩等均為不銹鋼材料。為了在斷電或設(shè)備出現(xiàn)故障的情況下，能完成正在進(jìn)行的操作，除輔助起升裝置外，各機(jī)構(gòu)均設(shè)有手動裝置。

 

    裝卸料機(jī)吊運(yùn)的燃料組件為"臨界載荷"，該設(shè)備屬于非承壓設(shè)備中核安全級設(shè)備、1I類抗震設(shè)備，在安全停堆地震：SSE）引起的荷載作用下必須保持其完整性，不得有零部件掉落。

 

    燃料廠房起重設(shè)備燃料廠房通過一個可以封閉的通道與反應(yīng)堆廠房相連，燃料廠房的起重設(shè)備用來運(yùn)輸、貯存燃料組件或乏燃料組件。

 

    PMC系統(tǒng)1.裝卸料機(jī)2.人橋吊3.輔助吊4.轉(zhuǎn)運(yùn)裝置注：A為反應(yīng)堆廠房，B為燃料廠房。

 

    3.2.1乏燃料容器起重機(jī)乏燃料容器起重機(jī)位于燃料廠房的設(shè)備吊裝口、容器準(zhǔn)備井和容器裝載井的上方。由小車、大車和橋架，以及小車驅(qū)動機(jī)構(gòu)、大車軌道、水平輪和吊具等組成；見）。該起重機(jī)主要用于乏燃料運(yùn)輸容器的接受、裝載和發(fā)送的吊運(yùn)工作。

 

    乏燃料容器起重機(jī)起重量為130t，小車靠近橋架一側(cè)，為了將小車與下面容器運(yùn)載車輛的中心線調(diào)整一致，使小車能在一定范圍（±動，也為了優(yōu)化設(shè)備，橋架按梯形結(jié)構(gòu)制作。大車由三個車輪組成，1/3驅(qū)動。

 

    130t乏燃料容器吊車是一種與核安全無關(guān)非LS級）的設(shè)備，但由于在操作過程中容器可能掉落，影響乏燃料貯存水池和乏燃料貯存格架的安全，因此在設(shè)計上應(yīng)將容器掉落作為一個嚴(yán)重的潛在事故考慮，對起升機(jī)構(gòu)應(yīng)設(shè)置單一故障保護(hù)。雖然乏燃料容器吊車屬非抗震類設(shè)備，但對它也有特殊的抗震要求，應(yīng)考慮在發(fā)生安全停堆地震；SSE）時，乏燃料容器吊車能防止容器掉落等。

 

    燃料池起重機(jī)燃料池起重機(jī)俗稱人橋吊，是PMC系統(tǒng)設(shè)備之一，位于燃料廠房的乏燃料貯存水池的上方，在轉(zhuǎn)運(yùn)裝置、燃料轉(zhuǎn)運(yùn)艙閘門、新燃料升降機(jī)、乏燃料貯存格架及破損乏燃料貯存小室等區(qū)域運(yùn)行。人橋吊只用于堆芯裝卸料，主要由小車、大車、橋架、人橋平臺、大車軌道及水平輪等組成見），其功能如下：用懸掛在吊鉤上的長桿工具，在各種不同高度位置操作燃料組件包括水下）；吊裝和轉(zhuǎn)運(yùn)新燃料組件和乏燃料組件；更換或抽插控制棒組件和阻力塞組件；適應(yīng)于各種工具的更換操作；接近裝在乏燃料池內(nèi)的設(shè)備。

 

    操作人員可以在人橋平臺上用懸掛在吊鉤上的長桿式專用工具操作燃料組件。人橋吊起重量為2t，其提升機(jī)構(gòu)與裝卸料機(jī)相同，是由不銹鋼制作的。為了在斷電或設(shè)備出現(xiàn)故障的情況下，能夠完成正在進(jìn)行的操作，人橋吊各機(jī)構(gòu)均設(shè)有手動裝置。

 

    人橋吊吊運(yùn)的燃料組件為臨界載荷“，該設(shè)備屬于非承壓設(shè)備中核安全級設(shè)備、1I類抗震設(shè)備，在安全停堆地震SSE）引起的荷載作用下必須保持其完整性，不得有零部件掉落。

 

    轉(zhuǎn)運(yùn)裝置轉(zhuǎn)運(yùn)裝置位于燃料廠房和反應(yīng)堆廠房內(nèi)，是核電站中**跨越兩個廠房的起重設(shè)備。它主要由傾翻起升機(jī)構(gòu)、小車驅(qū)動機(jī)構(gòu)、閥門開啟機(jī)構(gòu)，以及緊急裝置、傾翻裝置、燃料廠房輥道、反應(yīng)堆廠房輥道、轉(zhuǎn)運(yùn)小車、轉(zhuǎn)運(yùn)容器和轉(zhuǎn)運(yùn)通道等組成見），主要有以下功能：在燃料廠房和反應(yīng)堆廠房之間轉(zhuǎn)運(yùn)燃料組件；閘閥的關(guān)閉和開啟操作，可確保當(dāng)需要時可以將換料水池與轉(zhuǎn)運(yùn)艙隔離。

 

    轉(zhuǎn)運(yùn)裝置大多數(shù)部件在12m深的水下，燃料轉(zhuǎn)運(yùn)的所有主要動作也都在水下進(jìn)行，因此對轉(zhuǎn)運(yùn)裝置的可靠性、材料等要求較高，轉(zhuǎn)運(yùn)裝置的主要部件均用不銹鋼制作，轉(zhuǎn)運(yùn)裝置各機(jī)構(gòu)均設(shè)有手動裝置。

 

    轉(zhuǎn)運(yùn)裝置運(yùn)送的燃料組件為臨界載荷“，該設(shè)備在非承壓設(shè)備中屬于核安全級設(shè)備、1I類抗震設(shè)備，在*大運(yùn)行應(yīng)力和安全停堆地震；SSE）產(chǎn)生的組合應(yīng)力作用下不得失效，不得有零部件掉落。

 

    輔助起重機(jī)輔助起重機(jī)與人橋吊均位于燃料廠房的乏燃料貯存水池的上方，與人橋吊共用套軌道。該機(jī)在新燃料運(yùn)輸容器貯存和操作區(qū)、新燃料檢查裝置、新燃料貯存格架、新燃料升降機(jī)及乏燃料運(yùn)輸容器裝載井閘門等區(qū)間運(yùn)行。輔助起重機(jī)主要由工作小車、安裝小車、大車、橋架及水平輪等組成，具有以下功能。

 

    燃料廠房中沿三個方向；X、Y、Z）水上操作新燃料組件及其容器；在核電站運(yùn)行階段，輔助吊車用于吊運(yùn)新燃料組件和新燃料運(yùn)輸容器及其支架；裝上專用操作工具進(jìn)行乏燃料容器裝卸等輔助操作。

 

    輔助起重機(jī)工作小車起重量10+5/2t，5t主鉤用于吊運(yùn)新燃料容器，2t副鉤配合新燃料抓具操作新燃料組件。安裝小車起重量為10t，在核電站建造階段，用于吊運(yùn)和安裝乏燃料貯存格架，與多臺機(jī)組共用，在電站運(yùn)行時拆下保存。輔助起重機(jī)除安裝小車外，各機(jī)構(gòu)均設(shè)有手動裝置。

 

    輔助起重機(jī)工作小車吊運(yùn)的組件為“臨界載荷”，該設(shè)備在非承壓設(shè)備中屬核安全級設(shè)備、1I類抗震設(shè)備，在安全停堆地震：SSE）引起的荷載作用下必須保持其完整性，不得有零部件掉落。

 

    3.3反應(yīng)堆設(shè)備閘門區(qū)起重機(jī)設(shè)備閘門區(qū)是核電站建造、維修期間以及在電站退役階段吊運(yùn)大型設(shè)備和維修設(shè)備等的通道。3.3.1龍門架起重機(jī)龍門架起重機(jī)位于反應(yīng)堆廠房外，正對設(shè)備閘門龍門架上，由起升機(jī)構(gòu)、運(yùn)行機(jī)構(gòu)、門型車架、軌道及錨定裝置等組成見）。其主要功能是吊運(yùn)壓力容器、蒸汽發(fā)生器和穩(wěn)壓器等重型設(shè)備。在電站建造期間，龍門架起重機(jī)將需要運(yùn)送的設(shè)備從地面起吊至一定標(biāo)高的運(yùn)送車輛上，以便運(yùn)入反應(yīng)堆廠房進(jìn)行安裝。

 

    龍門架起重機(jī)屬于室外用常規(guī)起重機(jī)，起重量―般為380t.由于吊運(yùn)的設(shè)備非常重要，其起升機(jī)構(gòu)鋼絲繩纏繞采用冗余設(shè)計。通常，多臺核電機(jī)組共用一臺龍門架起重機(jī)，即當(dāng)一臺核電機(jī)組的吊運(yùn)工作安裝結(jié)束后，便可將其拆下供另臺核電機(jī)組使用，使用完成后單獨(dú)貯存。該設(shè)備是與核安全無關(guān)的設(shè)備，也不用做抗震方面的考慮。

 

    3.3.2龍門架低跨小車起重機(jī)龍門架低跨小車起重機(jī)位于反應(yīng)堆廠房外設(shè)備閘門龍門架起重機(jī)的下方，低跨小車由起升機(jī)構(gòu)、運(yùn)行機(jī)構(gòu)、車架、葫蘆及軌道等組成（見），主要用于反應(yīng)堆停堆換料及檢修期間，在±0.00m標(biāo)高的地面和+20.00m標(biāo)高的操作平臺之間吊運(yùn)螺栓拉伸機(jī)和主泵電機(jī)等設(shè)備；在反應(yīng)堆建造和運(yùn)行期間也可吊運(yùn)其他設(shè)備。

 

    龍門架起重機(jī)屬于室外用常規(guī)起重機(jī)，起重量―般為70/5t，因為吊運(yùn)的設(shè)備比較重要，起升機(jī)構(gòu)鋼絲繩纏繞采用冗余設(shè)計，平時停放在反應(yīng)堆廠房外設(shè)備閘門處高架的防護(hù)棚內(nèi)。

 

    龍門架起重機(jī)是與核安全無關(guān)的設(shè)備，在核安全分級中屬非抗震類設(shè)備，但應(yīng)進(jìn)行必要的抗震計算，保證在發(fā)生地震時起重機(jī)零部件不掉落、不產(chǎn)生飛射物或撞擊安全殼。

 

    常規(guī)島用起重設(shè)備核電站中安裝汽輪發(fā)電機(jī)組及其輔助系統(tǒng)以及其他有關(guān)設(shè)備的廠房、構(gòu)筑物、設(shè)施統(tǒng)稱為常規(guī)島。常規(guī)島可分為汽輪發(fā)電機(jī)廠房、主控制室及輸配電廠房等。

 

    在每個汽輪機(jī)大廳內(nèi)安裝有兩臺橋式起重機(jī)，用于在安裝以及維修期間為整個主廠房內(nèi)的汽輪發(fā)電機(jī)組及其輔助設(shè)備提供吊裝服務(wù)。

 

    該起重機(jī)起重量一般為200/30t，兩臺起重機(jī)可以進(jìn)行機(jī)械和電氣連接，用于聯(lián)合抬吊380t重的發(fā)電機(jī)定子。起重機(jī)主鉤和副鉤能同時工作，副鉤表1核電站中起重設(shè)備分級分類起重設(shè)備安全等級抗震類別質(zhì)保等級備注機(jī)械環(huán)行起重機(jī)NC級N0Q2級（主要部件）乏燃料容器起重機(jī)NC級N0Q2級裝卸料機(jī)LS級11Q2級轉(zhuǎn)運(yùn)裝置LS級（核安全2級）11Q2級（Q1級）括號內(nèi)為轉(zhuǎn)運(yùn)通道人橋吊LS級1IQ2級輔助吊LS級11Q2級NC級NOAQ3級安裝小車龍門架起重機(jī)NC級NOQ3級低跨小車起重機(jī)NC級NOQ3級汽輪發(fā)電機(jī)廠房起重機(jī)：200/30t）NC級NOAQR1級熱機(jī)修車間起重初（70/5t）NC級NOQ3級熱機(jī)修車間起重初（55/5t）NC級NOQ3級電環(huán)行起重機(jī)NC級NOQ2級（主要部件）乏燃料容器起重機(jī)NC級NOQ3級裝卸料機(jī)NC級NOQ3級轉(zhuǎn)運(yùn)裝置NC級NOQ3級人橋吊NC級NOQ3級輔助吊NC級NOQ3級龍門架起重機(jī)NC級NOQ3級低跨小車起重機(jī)NC級NOQ3級汽輪發(fā)電機(jī)廠房起重機(jī)：200/30t）NC級NOQR1級熱機(jī)修車間起重初（70/5t）NC級NOQ3級熱機(jī)修車間起重初（55/5t）NC級NOQ3級注“表示該設(shè)備有特殊的抗震要求或進(jìn)行必要的抗震計算”A“表示該設(shè)備只需要設(shè)置抗震反鉤。

 

    （下轉(zhuǎn)第20頁）應(yīng)能協(xié)同主鉤傾翻或翻轉(zhuǎn)起吊構(gòu)件。該起重機(jī)屬于常規(guī)起重機(jī)，但設(shè)計時應(yīng)考慮使用環(huán)境的特殊性適變參數(shù)PID控制器單位階躍響應(yīng)5結(jié)論從以上的分析可以看出，變參數(shù)PID控制器由于各個參數(shù)隨著誤差信號e的變化而變化，所以適應(yīng)能力更強(qiáng)。能夠得到比一般的不變參數(shù)PID控制器更優(yōu)的結(jié)果。因此應(yīng)用到工程實踐中可得到更好的控制效果。