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摘要：第三代核电AP1000核岛安全壳冷却水箱外形尺寸大、箱壁薄、子模块多、形状不规则、材质较为特殊、拼装尺寸要求高，该水箱在室外拼装难度非常大，本文针对室外拼装的难点进行分析并确定应对措施
关键词：CB20；露天拼装尺寸控制焊接工艺难点
1.引言
第三代核电AP1000核岛安全壳冷却水箱（以下简称CB20）模块位于CV（安全壳）正上方，为非能动安全壳冷却水储存水箱的不锈钢钢板衬里，是AP1000核电站安全壳屏蔽厂房顶部喷淋系统的水箱钢结构模块，是非能动安全壳冷却系统的重要组成部分，属于AP1000核电厂内抗震等级1级、安全等级C级、质保等级QA1级设备。
CB20是一个多部件的组合体，由17种类型共112个子模块焊接拼装而成。子模块主要由δ=1/2″和δ=3/4″的A240S32101双相不锈钢板、A36碳钢型钢及A108剪力钉构成。
CB20模块外形尺寸大，结构复杂，需露天组装。
2.主要技术参数
CB20模块整体由底部模块组合件、内环模块组合件、外环模块组合件、顶部模块组合件4大模块组合件组成，具体划分如下图所示。
图1CB20模块整体外形图
CB20底部模块组合件的主要形状为圆锥体，在圆锥体的下部有一圈圆环形的边幅板，下口直径25908mm，上口直径10668mm，高度4806mm，其中圆锥体共有32个子模块组成，边幅板共有8个子模块组成。
CB20内环模块组合件直径10668mm；内环高5486mm，由上下2圈组成，每圈被平分为4个子模块，共有8个子模块组成。
CB20外环模块组合件直径25908mm；外环高度10292mm，由上下4圈组成，每圈被平分为8个子模块，共有32个子模块组成。
CB20顶部模块组件主要为一个圆环形状，顶部圆环外径25908mm，内径10668mm，其中圆环共有32个子模块组成。
CB20模块共由112个子模块组成（不含直爬梯等附件），整体重量（含附件）301.437t。CB20模块现场组装焊缝总长度约3300米，其中组装主焊缝为A240S32101的双相不锈钢对接全焊透焊缝，长度约1150m。
3.现场拼装难点分析
CB20模块外形尺寸大，结构复杂，需露天组装拼装顺序如下：拼装平台设计安装→测量网建立、子模块倒运→底部8块环形板安装→斜向32块锥底板安装→内部作业平台搭设完成→外墙32块环形板安装→内墙8块环形板安装→顶部盖板安装→楼梯等附件安装→酸洗钝化→整体验收移交及清理。
根据主要拼装步骤，结合其实际条件，其难点主要集中在以下几个方面：
1）CB20模块需露天组装，现场靠风大、空气潮湿，且存在雨雪天气，因而焊接防护要求高；
2）CB20模块的结构复杂，底部为圆环形与半圆锥形的组合形状，内外环为圆环形，不能在平面上进行拼装，因此在模块拼装前必须根据模块的底部形状设计一个专用胎架，对模块底部进行有效支撑，然后才能进行拼装。
3）CB20模块外形尺寸大、罐壁结构单薄且单片重量轻，现场存在大风大雨大雪等天气，对模块组装过程中的设备稳定性有较大影响；
4）CB20子模块数量多，且每个子模块均有一个定位基准，拼装精度要求高，组装时整体外形尺寸控制难度较大；由于焊缝收缩等原因，子模块焊接前的尺寸位置与焊接后的尺寸位置变化大，焊前的子模块位置定位难度较大；
5）CB20模块组装涉及材料众多，且焊接工艺多，焊工操作难度大；
6）CB20模块罐壁结构单薄，焊缝长，整体重量大，在焊接组装过程中需设置防变形措施；
7）CB20模块基本由双相不锈钢板组成，在整个施工过程中需采取不锈钢成品保护措施；
8）CB20腔室形成之后，属于密闭受限空间，在其中施工作业需完善通风、照明、排水等措施；
9）CB20模块腔室内部基本呈一个斜面，如何搭设组装用脚手架和测量用脚手架也是一大难点。
4.主要应对措施
（1）根据场地实际情况对CB20拼装场地进行设计；设计CB20拼装运输平台，保证其经济性与实用性，使其能够满足CB20的拼装运输要求；
（2）CB20模块的结构复杂，底部为圆环形与半圆锥形的组合形状，内外环为圆环形，不能在平面上进行拼装，因此在模块拼装前必须根据模块的底部形状设计一个专用胎架，对模块底部进行有效支撑。CB20整体拼装运输平台设计及施工，整体由三部分组成，最底部的立柱支撑，起承载作用；中间部分为运输平台要满足运输时支撑模块以及平板车的运输要求；最上部为模块支撑结构，要满足模块的底部形状，满足模块的拼装支撑要求。
（3）设计出防变形工装及焊接对口工装；A240S32101双相不锈钢焊接工艺，该双相不锈钢板薄厚度为12.7mm且焊缝长度均在6米以上，焊接时极易产生纵向的波浪变形，及焊接收缩引起变形，针对该情况，在焊缝背面设计了楔形工装、焊接防变形卡块等以控制其变形。
（4）在整体拼装过程中实施全过程测量，保证安装精度。CB20模块外环半径约13m，罐壁厚度12.7mm，高度约10m，其半径、标高公差要求±6.4mm，而且焊接时具有一定的焊缝收缩，为此在现场进行拼装时首先根据子模块的实际尺寸、安装公差及焊缝收缩量计算好每块板的三维位置，对每块板的位置进行精确测量，然后进行就位焊接，焊接完成后再次进行测量，后续的子模块按测量数据进行修正，计算出三维位置进行精确定位，以保证整体尺寸满足设计要求。
（5）针对长焊缝双相不锈钢的焊接以及焊接过程中的变形控制展开专题研究，并进行适当的工艺模拟，根据研究成果对焊接参数、防变形工装加设、焊接顺序、焊接位置及方向进行固化，以达到控制双相不锈钢的焊接变形与尺寸变形的目的；
5.结束语
目前，AP1000和CAP1400型核电站作为第三代核电项目将在国内外推广建设。根据最近发布的国内核电发展规划，至2020年国内核电站装机规模将达5300万千瓦，在建核电站将达3000万千瓦。CB20模块作为AP1000机组中位置最高、子模块最多、双相不锈钢焊接长度最长、拼装变形控制最难的结构模块，根据其结构特点，分析出现场拼装主要难点及应对措施，总结出适合现场施工及其特点的拼装、焊接技术，保证施工安全和质量。
作者简介：
王杉——男，中级工程师，主要从事核电施工技术研究及施工管理工作。