反应堆压力容器金属反射式保温层的整体安装方法与流程

本发明涉及压水堆核电站的建造方法，尤其涉及一种反应堆压力容器金属反射式保温层的安装工艺。

背景技术：

1、反应堆压力容器（rpv）是压水堆核电站的核心主设备，其外侧设置有金属反射式保温层。金属反射式保温层通常由多层不锈钢箔反射片、保温块、导流衬板以及支撑钢结构组成，环绕于反应堆压力容器筒体、管嘴及底封头外周。保温层一方面起到减少反应堆压力容器热损失的保温作用，另一方面在发生堆芯熔融严重事故时，其与反应堆压力容器外壁之间的环腔流道可供冷却水流通，实现堆腔注水冷却、将堆芯熔融物滞留于反应堆压力容器内的功能。

2、金属反射式保温层的安装是核电站核岛建造过程中的关键工序，安装质量直接关系到核电站运行期间反应堆压力容器周围的环境温度控制以及严重事故功能的实现。同时，保温层安装位于核电站建造的关键路径上，其工期和质量对整个核岛建造进度有显著影响。

3、目前，反应堆压力容器金属反射式保温层的安装主要有以下几类方式：

4、一种常规安装方式是在反应堆堆坑（亦称反应堆堆腔）内逐件逐层安装。具体而言，先在反应堆堆坑的钢制墙壁上逐层焊接或螺栓连接保温层支架，再在支架上逐层安装保温块，随后在保温块内侧安装导流衬板，之后安装中子屏蔽块等附属部件，最后再将反应堆压力容器吊装就位。这类安装方式的主要工作均在堆坑内完成，受限于堆坑内部空间狭窄，需要在堆坑内搭设脚手架，作业人员和工机具在有限空间内进行支架安装、保温块拼装、导流衬板固定等多道工序，现场安装部件数量多，作业空间小，吊装和搬运过程中保温层及导流衬板与周围构筑物发生磕碰的风险较高。同时，大量堆腔内的焊接、测量、调整工作占用核电站建造的关键路径时间，施工周期较长。

5、另一种安装方式是在核岛厂房内提前对筒体段保温层进行预制组装，再将预制好的保温层整体吊入反应堆竖井。这类方式通常利用槽钢圈作为辅助组装工装，将连接环、吊架、筒体保温板等在厂房内预先搭设的台架上逐层组装为预制整体，再通过环形吊车将预制整体吊装至反应堆竖井内并放置于压力容器支撑件上的千斤顶上。随后吊装反应堆压力容器，使压力容器筒体穿入预制好的保温层中。待压力容器下落一段距离后，将保温层的支撑环安装在压力容器管嘴上方并与吊架连接，最后拆除槽钢圈、千斤顶、连接板、调节板等辅助工装并将压力容器就位。

6、这类方式虽然将部分组装工作提前到压力容器到货前进行，在一定程度上缩短了压力容器到货后的安装工期，但仍存在不足之处：一方面，用于保持保温层圆度和刚度的槽钢圈为螺栓连接，保温板多采用抽芯铆钉铆接，整体直径和高度较大，吊装过程中槽钢圈和保温层在自重作用下容易产生变形，影响安装精度。另一方面，保温层外表面至反应堆堆腔内壁的间隙较小，整体吊装时保温层容易碰触堆腔表面造成保温层损伤。此外，保温层与压力容器筒体之间的最终连接工作仍需在堆腔内进行，堆腔内作业空间狭小，施工难度和安全风险仍然存在，且吊装完成后需要拆除槽钢圈等辅助工装，增加了工序步骤。

7、还有一类安装方式是在压力容器安装之前，将筒体部位的金属反射式保温层分层、分块逐次吊入堆腔，安装固定在反应堆堆腔墙体上的钢牛腿和环形钢支架上。在压力容器安装就位之后，再将管嘴和底封头部位的保温层分层、分块逐次吊入堆腔并安装。这类方式将筒体段保温层通过牛腿直接固定于堆腔墙体，避免了在被吊起的压力容器周围进行保温层安装作业，也无需在吊装后拆除辅助承重工装。

8、但是，这类方式本质上仍属于在堆腔内进行的分块式安装，需要在堆坑土建结构交付后，在堆腔内部进行多层钢牛腿的点焊、预安装、检查调整、满焊以及多层环形钢支架的就位调整、扩孔修正、螺栓紧固等大量焊接和调整工作，随后还需在堆腔内逐层安装保温板和导流衬板，堆腔内的支承件数量多、安装精度要求高、空间狭窄，现场安装调整的工作量仍然较大，施工周期较长。

9、此外，还有一种整体式保温模块方案，在核岛厂房外完成保温组件的预制和组装后，将保温模块整体吊装至堆坑内，通过设置在保温组件上端的上支撑结构（如挂耳或环形挂环）挂设到堆坑上端的支撑结构上，并在底部设置水平限位结构限制保温模块水平方向的位移。这类方式通过保温模块与土建结构的解耦，将堆坑内的分块式安装优化为整体式吊装，减少了堆坑内现场焊接和调整工作量。

10、但是，这类方案主要依赖上挂设机械结构和底部水平限位器实现就位后的定位，对于吊装下降过程中保温模块与反应堆堆腔的墙壁之间的窄小间隙缺乏有效的过程控制手段，保温模块在吊装进入堆腔过程中是否与墙壁发生磕碰、间隙是否满足要求，难以在吊装过程中实时获知和动态调整，仍然存在因组装误差、吊装变形或位置偏差导致保温层磕碰损伤的风险。

11、综上所述，现有的反应堆压力容器金属反射式保温层安装工艺在堆腔内作业工作量、吊装过程磕碰风险控制、安装精度保障以及关键路径工期方面仍存在改进空间。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中现有反应堆压力容器金属反射式保温层安装工艺中堆腔内作业量大、组装阶段尺寸偏差难以提前发现和修正、吊装过程窄小间隙缺乏实时监控从而导致磕碰损伤风险较高、安装周期长的缺陷，提供一种反应堆压力容器金属反射式保温层的安装工艺。

2、本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

3、一种反应堆压力容器金属反射式保温层的整体安装方法，其特点在于，包括以下步骤：

4、s1、对反应堆堆腔的墙壁、地面以及反应堆压力容器的外表面进行测量，获取实际尺寸数据，以所述反应堆压力容器的设计就位位置为基准建立虚拟安装模型；

5、s2、在核岛厂房外将保温层支架、保温块和导流衬板组装为保温层模块，组装过程中采集所述保温层模块的外形尺寸数据，将所述外形尺寸数据导入所述虚拟安装模型进行预安装校验，并根据校验结果调整组装尺寸，使所述导流衬板与所述反应堆压力容器外壁之间以及所述保温层模块与所述反应堆堆腔的墙壁之间的距离满足安装要求；

6、s3、将经校验合格的所述保温层模块整体吊装至所述反应堆堆腔，吊装下降过程中对所述保温层模块进行实时位置测量，并基于所述虚拟安装模型实时监控所述保温层模块与所述反应堆堆腔的墙壁之间的间隙；

7、s4、将所述保温层模块在所述堆腔内就位并固定；

8、s5、在所述保温层模块就位固定后，安装下部中子屏蔽部件，再将所述反应堆压力容器吊装就位至所述保温层模块内侧。

9、借助上述整体安装方法，将原本在堆腔内完成的大量组装工作转移至核岛厂房外宽敞场地进行，并在组装过程中即基于堆腔和压力容器的实测尺寸进行数字化预安装校验以提前发现和修正尺寸偏差，避免误差逐层累积。同时在吊装下降过程中基于虚拟安装模型对保温层模块与反应堆堆腔的墙壁之间的窄小间隙进行实时量化监控和动态调整，可以有效降低保温层在吊装过程中磕碰损伤的风险，提高安装精度和一次合格率，大幅缩短堆腔内现场作业时间从而缩短核电站建造关键路径工期。

10、根据本发明的一个实施例，所述步骤s1中对所述反应堆堆腔的墙壁和地面以及所述反应堆压力容器外表面布置测量点包括：在所述堆腔的钢制墙壁上沿高度方向和水平方向按预定间距均布测量点；在所述堆腔的地面上沿前后方向和左右方向按预定间距均布测量点；在所述反应堆压力容器的筒体上沿轴向按预定间距、沿圆周方向按预定角度均布测量点；在所述反应堆压力容器的管嘴上沿圆周方向按预定角度均布测量点；在所述反应堆压力容器的法兰外表面沿圆周方向按预定角度均布测量点。

11、通过对反应堆堆腔的墙壁、地面以及压力容器筒体、管嘴、法兰等关键部位按预定间距和角度系统布置测量点，可以全面获取堆腔和压力容器的实际三维尺寸数据，为虚拟安装模型的精确建立提供充分的数据基础，这可以使得后续预安装校验和间隙监控所依据的数字模型能够如实反映实际空间几何关系。

12、根据本发明的一个实施例，所述步骤s1中，使用激光跟踪仪对布置在所述反应堆堆腔的墙壁、地面以及所述反应堆压力容器外表面的测量点进行数据采集，所述虚拟安装模型以所述反应堆压力容器就位后的中心线、管嘴中心标高线、多个位置轴线以及法兰承载面水平度为基准建立。

13、采用激光跟踪仪进行高精度三维坐标测量，并以中心线、标高线、方位轴线和法兰水平度四个基准统一建模坐标系，可以保证虚拟安装模型与实际安装空间之间的坐标一致性，这可以使得预安装校验结果和实时间隙监控数据能够准确反映保温层模块在真实空间中的位置关系，避免因基准不统一导致的系统性偏差。

14、根据本发明的一个实施例，所述管嘴中心标高线的允许偏差为±1mm，所述位置轴线的允许偏差为±1mm，所述法兰承载面水平度小于等于0.3mm。

15、通过对建模基准设定严格的偏差限值，可以确保作为后续全部预校验和吊装监控比对基准的虚拟模型本身具有足够的精度，这可以使得组装阶段±1 mm级别的间隙校验要求和吊装阶段的窄小间隙监控建立在可靠的基准之上，避免因基准误差传递导致安装尺寸超差。

16、根据本发明的一个实施例，所述步骤s1中，所述虚拟安装模型中模拟有：所述保温层模块的组装标高和水平度；所述保温层模块相对于所述反应堆压力容器就位中心线的定位尺寸；所述导流衬板与所述反应堆压力容器外壁之间的距离；以及保温层支架的限位支撑工作端面与所述反应堆堆腔的墙壁之间的距离。

17、通过在虚拟安装模型中预先模拟上述四类关键尺寸，可以为后续组装阶段的预安装校验和吊装阶段的实时间隙监控提供明确的比对基准项，这可以使得组装过程中每完成一层或一个局部模块即可有针对性地核查关键间隙是否满足要求，避免遗漏关键尺寸检查项。

18、根据本发明的一个实施例，所述步骤s2中包括：

19、s21、在所述核岛厂房外的组装场地配置可升降操作平台；

20、s22、根据所述虚拟安装模型所确定的定位尺寸进行放样；

21、s23、将所述保温层支架、所述保温块和所述导流衬板组装为一个整体保温层模块，或者分多层、多区域并行组装为多个局部模块后再拼接为保温层模块。

22、通过在核岛厂房外宽敞场地配置可升降操作平台并基于虚拟模型定位尺寸放样，可以为组装工作提供良好的作业环境和精确的定位基准；同时支持整体组装或分模块并行组装两种方式，这可以根据现场吊装设备能力和工期要求灵活选择组装策略，在具备足够吊装能力时采用整体组装以减少拼接工作量，在需要加快进度时采用多模块并行组装以缩短组装工期。

23、根据本发明的一个实施例，所述步骤s2中，所述保温层支架采用可组合式支撑结构，所述可组合式支撑结构能够单独承载一个所述整体保温层模块或各所述局部模块的重量；

24、所述保温层支架的组装过程包括：先安装下部垂直支撑并临时固定；在所述下部垂直支撑上安装下部保温层支撑；于所述下部保温层支撑上组装下部保温块和下部导流衬板，形成下部模块；在分层组装平台上逐层组装各中部模块；并将各中部模块在整体组装平台上依次与所述下部模块拼接。

25、采用作为永久组成部分的可组合式支撑结构（区别于吊装后需拆除的槽钢圈等临时辅助承重工装），支撑结构随保温层模块一并吊装就位后无需拆除，减少了堆腔内拆除辅助工装的工序。按照从下部模块到各中部模块的顺序逐层组装并逐次拼接，组装路径清晰、便于质量控制，这可以使得组装过程中的尺寸偏差能够在逐层拼接时及时发现和纠正，避免偏差在多层组装后累积放大。

26、根据本发明的一个实施例，所述步骤s2中，对每完成组装的一个所述整体保温层模块或一个所述局部模块，均进行外形尺寸数据采集，并将采集到的外形尺寸数据导入所述虚拟安装模型进行预安装校验，检查所述整体保温层模块或所述局部模块的导流衬板与所述反应堆压力容器外壁之间的距离，以及保温层支撑限位块的限位工作端面与所述反应堆堆腔的墙壁之间的距离是否满足安装要求，合格后再进行下一层所述整体保温层模块或所述局部模块的组装。

27、通过分层、分模块逐步进行预安装校验（而非全部组装完成后一次性检查），每完成一层或一个局部模块即在虚拟模型中模拟其就位状态并检查两项关键间隙是否满足要求，可以及时发现该层或该局部模块的尺寸偏差并立即调整，这可以使得偏差在传递到后续组装之前即被消除，有效避免90%以上的局部间隙和距离超差情况，大幅提高组装精度和一次合格率。

28、根据本发明的一个实施例，所述步骤s2中，外形尺寸数据采集时布置测量点包括：在所述下部垂直支撑上沿周向每隔90°均布测量点；在所述导流衬板外表面沿轴向按预定间距、沿圆周方向按预定角度均布测量点；在所述保温层支撑限位块的限位工作端面的四角及中心位置设置测量点；并使用激光跟踪仪对各测量点进行数据采集。

29、通过在支撑结构、导流衬板表面和限位工作端面三类关键位置系统布置测量点并使用激光跟踪仪采集数据，可以全面获取已组装部分的实际外形尺寸，这可以保证导入虚拟安装模型的数据能够真实反映保温层模块的几何形态，为精确的预安装校验提供可靠数据。

30、根据本发明的一个实施例，如所述步骤s2中，安装偏差满足要求包括：

31、所述下部保温层支撑安装时，其标高允许偏差为±1mm，水平度不大于1mm，其与所述反应堆压力容器就位中心线的距离允许偏差为±1mm；

32、所述保温块组装后，相邻保温块之间的间隙不大于2mm，保温块所形成的内圆半径允许偏差为±2mm；

33、所述导流衬板安装后，所述导流衬板与所述反应堆压力容器就位中心线的距离允许偏差为±1mm；

34、预安装校验时，所述保温层支撑限位块的限位工作端面与所述反应堆堆腔的墙壁之间的距离允许偏差为±1mm；

35、所述导流衬板与所述反应堆压力容器外壁之间的距离允许偏差为±1mm。

36、通过对各关键安装尺寸设定毫米级的偏差限值，可以在组装阶段即对保温层模块的几何精度进行严格控制，确保组装完成的保温层模块在虚拟模型中与堆腔和压力容器之间保持均匀且满足设计要求的间隙，这可以使得保温层模块在吊装进入堆腔时四周均留有可控的间隙，为后续吊装过程的方位调整提供安全余量。

37、根据本发明的一个实施例，所述步骤s3中，将经校验合格的所述保温层模块通过大型履带吊进行二次运输或直接吊装至所述反应堆堆腔，吊装时采用具备水平度调节能力的吊具与所述保温层模块顶部连接。

38、采用大型履带吊作为吊装设备并配合具有水平度调节能力的吊具，可以在吊装过程中对保温层模块的水平姿态进行调整，保持保温层模块在下降过程中水平稳定，这可以避免因保温层模块倾斜导致一侧间隙过小而发生磕碰。

39、根据本发明的一个实施例，所述步骤s3中，当所述保温层模块被吊至所述反应堆堆腔的安装位置上方时，进行以下对中操作：

40、通过布置在所述堆腔底部的全站仪对设置在所述保温层模块底部的监控装置上的对中标识进行监测；通过牵引绳调整所述保温层模块的方位，使所述保温层模块完成位置和方向对中后再缓慢落钩。

41、采用全站仪在堆腔底部对保温层模块底部的对中标识进行非接触式实时监测，配合牵引绳进行水平方位调整，可以在保温层模块尚未进入堆腔时完成快速的粗对中，这可以使得保温层模块以正确的方位和水平位置对准堆腔入口，为后续进入窄小堆腔时的精细间隙监控创造良好的初始就位条件。

42、根据本发明的一个实施例，所述监控装置在步骤s2组装完成后安装于所述保温层模块底部导流衬板下方，所述监控装置的安装和调整包括以下步骤：

43、提供包括可调支架和对中标识的监控装置，所述对中标识设置在所述可调支架的基台上，所述可调支架具有多根可调支腿；

44、将所述可调支架初步安装于下部导流板底部；

45、调整各所述可调支腿的长度，使所述对中标识的中心与组装平台上放样的所述反应堆压力容器中心线位置重合；

46、当重合偏差小于等于0.3mm时，固定各所述可调支腿。

47、通过在组装阶段即安装并精调底部监控装置，使对中标识中心与反应堆压力容器中心线放样点精确重合（偏差不超过0.3mm），可以为后续全站仪粗对中提供可靠的基准参照，这可以使得全站仪在堆腔底部监测到的对中标识位置能够准确反映保温层模块相对于压力容器中心线的实际偏移量，保证粗对中精度。

48、根据本发明的一个实施例，在所述步骤s3中，在所述保温层模块的下部导流衬板外侧布置多层激光跟踪仪监控靶座，当所述保温层模块底部接近所述堆腔上部入口时，通过激光跟踪仪测量各所述监控靶座上的激光接收靶球位移，并基于所述虚拟安装模型实时监控所述保温层模块与所述反应堆堆腔的墙壁之间的间隙以控制下降。

49、采用激光跟踪仪配合监控靶座和激光接收靶球对保温层模块进入堆腔过程进行高精度实时测量，并将实时测量数据与虚拟安装模型进行比对以量化监控四周间隙，可以在保温层模块进入窄小堆腔入口后对四周间隙进行毫米级的实时监控和动态反馈，这可以使操作人员及时获知哪一侧间隙偏小并通过牵引绳等手段调整方位，有效避免保温层模块与反应堆堆腔的墙壁发生磕碰损伤。相较于传统依靠操作人员目视观察或事后通球检查的方式，数字化实时间隙监控将风险控制从事后检验转变为过程控制。

50、根据本发明的一个实施例，在所述步骤s3中，还包括以下监控操作：

51、所述激光跟踪仪监控靶座沿所述下部导流衬板外侧设置至少三层，每层沿周向均布多个监控靶座；

52、当所述保温层模块进入所述堆腔上部入口后，下降速度小于0.3m/min；

53、实时监控吊装载荷变化，当吊装载荷变化量超过预定阈值时，立即停止下降并排查原因。

54、通过在下部导流衬板外侧布置多层、周向均布的监控靶座实现360度全方位间隙监控；通过限制下降速度为不大于0.3m/min为方位调整留足反应时间。通过监控吊装载荷突变（例如超过1500n即停机）及时发现可能的卡滞或碰撞征兆，多重保护措施协同作用，可以确保窄小空间内吊装活动的安全顺利进行。

55、根据本发明的一个实施例，在所述步骤s4中，当所述保温层模块的垂直支撑完全就位后，将所述垂直支撑与所述堆腔墙体和/或底部固定连接。

56、根据本发明的一个实施例，在所述垂直支撑固定完成后，拆除吊装工具，拆除设置在所述保温层模块上用于吊装监控的激光跟踪仪测量靶座和底部监控装置。

57、通过将垂直支撑与堆腔墙体和/或底部进行固定连接（区别于上挂式方案中保温模块与堆坑无螺栓固定连接、水平限位器仅相抵的方式），可以使保温层模块在堆腔内形成稳固的固定连接，提升保温层在正常工况和地震工况下的结构稳定性。同时明确拆除的是用于吊装监控的测量工装而非承重支撑结构，保留保温层支架作为永久支承结构，这与需要拆除槽钢圈、千斤顶等临时承重辅助工装的方案有本质区别。

58、本发明的积极进步效果在于：

59、本发明反应堆压力容器金属反射式保温层的整体安装方法，具有如下诸多优势：

60、一、显著缩短核岛建造关键路径工期：将原本在狭窄堆腔内完成的大量支架安装、保温块拼装、尺寸调整等工作转移至核岛厂房外宽敞场地进行模块化组装，堆腔现场仅需进行下部中子屏蔽等附件安装、吊装路径检查、整体吊装及最终就位工作，现场作业时间由传统工艺的3至4个月缩短至约20天，相较于上挂式整体保温模块方案（一个月内）也进一步缩短了现场工期。

61、二、实现质量控制模式从“事后检验”向“事前预控”转变：在组装阶段通过虚拟安装模型对每一层、每一个局部模块进行预安装校验，提前发现并修正尺寸偏差，可有效避免90%以上的局部间隙和距离超差情况，解决了分块安装方式中气缝间隙需待rpv就位后才能通过通球等方式检查、发现问题整改难度大的不足。

62、三、从过程控制层面消除吊装磕碰风险：采用“全站仪底部粗对中、激光跟踪仪上部多层靶座精监控”的双设备数字化协同方案，在保温层进入窄小堆腔入口后对四周间隙进行毫米级实时量化监控，配合低速下降和载荷突变停机保护，操作人员可动态调整方位，有效解决了整体吊装方式中目视观察难以及时发现窄小间隙磕碰、上挂式方案缺乏吊装过程数字化监控的不足。

63、四、支撑结构体系更加合理可靠：采用作为保温层永久组成部分的可组合式支撑结构，就位后与堆腔墙体和/或底部进行固定连接，既无需像槽钢圈辅助工装方案那样在堆腔内拆除临时承重结构，又比上挂式方案中挂耳悬挂+底部水平限位器仅相抵不连接的方式具有更高的结构稳定性，有利于提升保温层在正常工况和地震工况下的安全性。

64、五、改善作业环境并提升施工安全性：大量作业从密闭狭窄的堆腔内转移至厂房外宽敞场地（配置可升降操作平台），减少了脚手架搭设、高空密闭空间作业和焊接烟尘暴露时间，同时避免了环吊长时间多次重载运行以及在被吊压力容器周围作业的安全风险。

65、六、推动核电安装工艺数字化升级：将激光跟踪仪、全站仪等高精度数字化测量设备系统性地贯穿“建模—组装预校验—吊装监控”全流程，实现了保温层安装从“经验+工装+人工卷尺测量”的传统工艺向“数字模型驱动+实时数据反馈”的数字化工艺转变，为后续同类大型环形构件在受限空间内的整体安装提供了可复制的工艺范式。