壓水堆核電站用起重設備簡介

 

    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構的調整，我國已進入了核電的快速發(fā)展期，我國核電站的年建造數量位居世界第。

 

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

 

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

 

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

 

    運行平穩(wěn)且定位精度高。核電站起重機采用先進的調速和控制系統(tǒng)，因此具有沖擊小和運行平穩(wěn)等優(yōu)點。PMC系統(tǒng)起重設備定位精度為±3mm；環(huán)行起重機和乏燃料容器起重機等定位精度為±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)中的一些起重設備具備自動定位功能。

 

    具備單一故障保護功能和其他保護功能。

 

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

 

    特殊的抗地震要求。反應堆廠房和燃料廠房的起重設備，對抵抗地震有一定的要求，通常是根據用戶提供的電站特定條件下的地震反應譜進行計算。對于其他廠房的起重機，般要設置防震反鉤，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備則不需要做抗震方面的考慮。

 

    復雜的安全保護系統(tǒng)。核電站中的起重設備，根據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、起升和運行行程開關、位置和速度監(jiān)測編碼器、傳動鏈故障監(jiān)測編碼器、超速開關及稱重傳感器等特殊安全保護措施，用來完成故障診斷和安全保護等功能。

 

    特殊的材料要求。主承載件不允許用沸騰鋼；反應堆廠房起重設備表面不允許用鋅、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。

 

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

 

    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。

 

    質量保證體系嚴格。設計部門和制造廠應根據業(yè)主所提供的設備質保文件和設備質保等級編制設計、制造、安裝、試驗和操作運行的質保文件和實施計劃。不同的質保等級質量保證體系有著很大的區(qū)別，核電站中起重設備質保等級*高為Q1級。

 

    3核島用起重設備反應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反應堆廠房起重設備反應堆廠房起重設備包括環(huán)行起重機和裝卸料機。

 

    3.1.1環(huán)行起重機環(huán)行起重機位于核反應堆安全殼廠房的頂端，在環(huán)形軌道上運行，由工作小車、安裝小車、橋架、旋轉機構和水平輪、環(huán)軌環(huán)梁及電控設備等組成（見），主要功能如下：在核電站安裝設備期間（電站建設期），該設備用于吊運蒸汽發(fā)生器、反應堆壓力容器、穩(wěn)壓器、下部堆內構件和上部堆內構件以及其他設備。

 

    在核電站運行期間反應堆正常工作或停堆時），它用于反應堆停堆換料和反應堆廠房內設備維修所需的各種吊運服務。

 

    環(huán)行起重機環(huán)行起重機起重量根據地面設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，該設備是核電站中聯(lián)合起吊重量*大的起重設備。在電站安裝設備期間，有時需要兩臺小車工作小車和安裝小車）聯(lián)合作業(yè)，用來吊運蒸汽發(fā)生器和反應堆壓力容器。安裝小車主要用于安裝重型部件，通常，多臺核電機組共用一臺安裝小車，在電站運行期間拆下單獨存放。

 

    環(huán)行起重機在電站運行期間要吊運的*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)行起重機下方中心位置是反應堆堆心，運行所需的所有燃料組件均安裝在堆心壓力容器內部，環(huán)行起重機起吊載荷時一旦出現(xiàn)故障對堆心的損害后果非常嚴重，因此其可靠性至關重要。

 

    雖然環(huán)行起重機是一個與核安全無關（非LS級）的設備，但在設計上，設計人員往往將臨界載荷的墜落作為一個嚴重的潛在事故考慮，因此，在功能上按單一故障保護設計。盡管環(huán)行起重機屬非抗震類設備，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，保持其機電設備的完整性，起重機的運動不會對建筑外殼及其上的設備產生任何破壞。地震后起重機可進行修復，恢復正常使用。

 

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

 

    裝卸料機起重量為2t，除主起升機構外，還有一個2t的輔助起升機構，是核電站燃料操作與貯存系統(tǒng)的關鍵設備之一，也是核電站中設計和加工制造難度*大、結構*復雜的起重設備，與人橋起重機、轉運裝置和輔助起重機共同構成PMC系統(tǒng)（見），即燃料操作與貯存系統(tǒng)。當主起升機構失效時，2t輔助起升機構可掛上專用吊具操作燃料組件。提升機構、固定套筒、伸縮套筒、抓取機械手及電控系統(tǒng)是裝卸料機的核心。裝卸料機操作燃料組件時是在水下操作，其相應部件如固定套筒、伸縮套筒、抓取機械手和鋼絲繩等均為不銹鋼材料。為了在斷電或設備出現(xiàn)故障的情況下，能完成正在進行的操作，除輔助起升裝置外，各機構均設有手動裝置。

 

    裝卸料機吊運的燃料組件為"臨界載荷"，該設備屬于非承壓設備中核安全級設備、1I類抗震設備，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。

 

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

 

    PMC系統(tǒng)1.裝卸料機2.人橋吊3.輔助吊4.轉運裝置注：A為反應堆廠房，B為燃料廠房。

 

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

 

    乏燃料容器起重機起重量為130t，小車靠近橋架一側，為了將小車與下面容器運載車輛的中心線調整一致，使小車能在一定范圍（±動，也為了優(yōu)化設備，橋架按梯形結構制作。大車由三個車輪組成，1/3驅動。

 

    130t乏燃料容器吊車是一種與核安全無關非LS級）的設備，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，因此在設計上應將容器掉落作為一個嚴重的潛在事故考慮，對起升機構應設置單一故障保護。雖然乏燃料容器吊車屬非抗震類設備，但對它也有特殊的抗震要求，應考慮在發(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。

 

    燃料池起重機燃料池起重機俗稱人橋吊，是PMC系統(tǒng)設備之一，位于燃料廠房的乏燃料貯存水池的上方，在轉運裝置、燃料轉運艙閘門、新燃料升降機、乏燃料貯存格架及破損乏燃料貯存小室等區(qū)域運行。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）；吊裝和轉運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；適應于各種工具的更換操作；接近裝在乏燃料池內的設備。

 

    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，其提升機構與裝卸料機相同，是由不銹鋼制作的。為了在斷電或設備出現(xiàn)故障的情況下，能夠完成正在進行的操作，人橋吊各機構均設有手動裝置。

 

    人橋吊吊運的燃料組件為臨界載荷“，該設備屬于非承壓設備中核安全級設備、1I類抗震設備，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。

 

    轉運裝置轉運裝置位于燃料廠房和反應堆廠房內，是核電站中**跨越兩個廠房的起重設備。它主要由傾翻起升機構、小車驅動機構、閥門開啟機構，以及緊急裝置、傾翻裝置、燃料廠房輥道、反應堆廠房輥道、轉運小車、轉運容器和轉運通道等組成見），主要有以下功能：在燃料廠房和反應堆廠房之間轉運燃料組件；閘閥的關閉和開啟操作，可確保當需要時可以將換料水池與轉運艙隔離。

 

    轉運裝置大多數部件在12m深的水下，燃料轉運的所有主要動作也都在水下進行，因此對轉運裝置的可靠性、材料等要求較高，轉運裝置的主要部件均用不銹鋼制作，轉運裝置各機構均設有手動裝置。

 

    轉運裝置運送的燃料組件為臨界載荷“，該設備在非承壓設備中屬于核安全級設備、1I類抗震設備，在*大運行應力和安全停堆地震；SSE）產生的組合應力作用下不得失效，不得有零部件掉落。

 

    輔助起重機輔助起重機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。該機在新燃料運輸容器貯存和操作區(qū)、新燃料檢查裝置、新燃料貯存格架、新燃料升降機及乏燃料運輸容器裝載井閘門等區(qū)間運行。輔助起重機主要由工作小車、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；在核電站運行階段，輔助吊車用于吊運新燃料組件和新燃料運輸容器及其支架；裝上專用操作工具進行乏燃料容器裝卸等輔助操作。

 

    輔助起重機工作小車起重量10+5/2t，5t主鉤用于吊運新燃料容器，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，用于吊運和安裝乏燃料貯存格架，與多臺機組共用，在電站運行時拆下保存。輔助起重機除安裝小車外，各機構均設有手動裝置。

 

    輔助起重機工作小車吊運的組件為“臨界載荷”，該設備在非承壓設備中屬核安全級設備、1I類抗震設備，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反應堆設備閘門區(qū)起重機設備閘門區(qū)是核電站建造、維修期間以及在電站退役階段吊運大型設備和維修設備等的通道。3.3.1龍門架起重機龍門架起重機位于反應堆廠房外，正對設備閘門龍門架上，由起升機構、運行機構、門型車架、軌道及錨定裝置等組成見）。其主要功能是吊運壓力容器、蒸汽發(fā)生器和穩(wěn)壓器等重型設備。在電站建造期間，龍門架起重機將需要運送的設備從地面起吊至一定標高的運送車輛上，以便運入反應堆廠房進行安裝。

 

    龍門架起重機屬于室外用常規(guī)起重機，起重量―般為380t.由于吊運的設備非常重要，其起升機構鋼絲繩纏繞采用冗余設計。通常，多臺核電機組共用一臺龍門架起重機，即當一臺核電機組的吊運工作安裝結束后，便可將其拆下供另臺核電機組使用，使用完成后單獨貯存。該設備是與核安全無關的設備，也不用做抗震方面的考慮。

 

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

 

    龍門架起重機屬于室外用常規(guī)起重機，起重量―般為70/5t，因為吊運的設備比較重要，起升機構鋼絲繩纏繞采用冗余設計，平時停放在反應堆廠房外設備閘門處高架的防護棚內。

 

    龍門架起重機是與核安全無關的設備，在核安全分級中屬非抗震類設備，但應進行必要的抗震計算，保證在發(fā)生地震時起重機零部件不掉落、不產生飛射物或撞擊安全殼。

 

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

 

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

 

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

 

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