CN104992738A - 一种基于三维高精度测量的核岛主设备安装工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于三维高精度测量的核岛主设备安装工艺，包括如下步骤：压力容器就位：采用三维高精度测量装置计算出垫块的加工厚度，将加工的垫块放置支撑环上，将压力容器吊装在支撑环上，二者之间采用垫块进行位置调整；冷段管道和热段管道分别就位：将冷段管道的冷压力容器端口和热段管道的热压力容器端口分别与压力容器进行管口组对；主泵就位：将主泵与冷段管道的冷主泵端口进行管口组对；过渡段管道就位：将过渡段管道的过渡主泵端口与主泵进行管口组对；蒸汽发生器就位：采用三维高精度测量装置分别测量过渡段管道的过渡蒸发器端口和热段管道的热蒸发器端口的中心位置，将蒸汽发生器分别与过渡蒸发器端口和热蒸发器端口进行管口组对。

Description

一种基于三维高精度测量的核岛主设备安装工艺

技术领域

本申请涉及核电站建造的工艺，具体涉及一种基于三维高精度测量的核岛主设备安装工艺。

背景技术

以CPR1000核岛主设备的安装为例，CPR1000核岛主体结构由反应堆和3条并联的闭合环路组成，这些环路以反应堆压力容器为中心作辐射状布置，每条环路都由一台主冷却剂泵（简称主泵）、一台蒸汽发生器和相应的管道和仪表组成，CPR1000核岛主设备包括压力容器、主泵、蒸汽发生器和相应的管道。

每个闭合环路分为冷段、热段和过渡段三个部分，通常每个部分分为2个管段制造并供货至现场，然后通过现场测量、组对并切割掉多余管段等若干步骤后与压力容器、蒸汽发生器等主设备焊接连接；压力容器和蒸汽发生器的安装过程也比较繁琐，如压力容器安装时，由于压力容器安装于压力容器支撑环上，为了保证压力容器就位后标高和水平度满足设计要求，要在压力容器与支撑环的接触面加入调整垫块，而调整垫块需要根据压力容器现场吊装测量计算，然后将计算结果反馈给厂家，厂家根据该结果加工调整垫块，在调整垫块加工期间压力容器就无法安装，使得后续的相关工作也需顺延，工期延长，现有CPR1000核岛主设备的安装工艺比较复杂，而且施工过程中需要耗费大量的时间和人力。

发明内容

由于核岛主设备的安装过程中需要根据主设备的现场测量结果进行后续的施工，使得主设备的安装过程比较复杂以及安装工期过长，本申请提供一种基于三维高精度测量的核岛主设备安装工艺，包括如下步骤：

核岛的压力容器就位：采用三维高精度测量装置进行压力容器的竣工测量和支撑环灌浆后测量，计算出垫块的加工厚度，根据加工厚度加工垫块，将垫块放置于支撑环上，将压力容器吊装在支撑环上，二者之间采用垫块进行位置调整； 

核岛的冷段管道和热段管道分别就位：将冷段管道的冷压力容器端口与压力容器进行管口组对，热段管道的热压力容器端口与压力容器进行管口组对；

核岛的主泵就位：将主泵与冷段管道的冷主泵端口进行管口组对； 

核岛的过渡段管道就位：将过渡段管道的过渡主泵端口与主泵进行管口组对；

核岛的蒸汽发生器就位：采用三维高精度测量装置分别测量过渡段管道的过渡蒸发器端口和热段管道的热蒸发器端口的中心位置，将蒸汽发生器分别与过渡蒸发器端口和热蒸发器端口进行管口组对。

本申请的有益效果是：本申请提供的基于三维精度测量的核岛主设备安装工艺采用主设备就位之前，先利用三维高精度测量装置对主设备进行竣工测量和安装过程中需要的垫块进行测量与计算，根据三维高精度测量装置反馈的测量结果放置主设备或和加工垫块，避免了人工现场测量过程中来回移动主设备的繁琐过程，以及因加工垫块而顺延后续工作，本申请提供的安装工艺有效地缩短了主设备的安装时间，缩短了核电建造工期，节约了人力成本和工程造价。

附图说明

图1为核岛主体结构示意图；

图2为核岛主设备立体结构示意图；

图3为本例核岛主设备安装工艺流程图；

图4为本例的垫块加工厚度测量示意图；

图5为本例的主泵和管道安装工艺流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

核岛主设备包括压力容器1、蒸汽发生器2、主泵3和相应的管道4，如图1和图2所示，CPR1000核岛主体结构由反应堆和3条并联的闭合环路组成，这些环路以反应堆压力容器1为中心作辐射状布置，每条环路都由一台主泵3、一台蒸汽发生器2、相应的管道4和     仪表组成；每个环路中，位于反应堆压力容器1出口和蒸汽发生器2入口之间的管道称为热段管道41，主泵3和压力容器1入口间的管道称为冷段管道43，蒸汽发生器2与主泵3之间的管道称为过渡段管道42。

目前，核岛主设备的安装过程通常采用传统测量方法计算安装过程中所需的数据，传统测量装置使得安装过程比较复杂，而且施工期限比较长，以压力容器和主管道的安装过程为例进行说明。

1)压力容器1的安装过程。

压力容器1安装在压力容器支撑环5上，为了保证压力容器1安装后标高和水平度满足设计要求，要在压力容器1与支撑环5的接触面加入垫块6。

现场具体操作是：用环吊将压力容器1吊入到支撑环5上，保持吊装状态，在接触面上塞入模拟垫块。通过测量压力容器吊篮支撑面的标高和水平度，不断调整垫块厚度，直至满足要求，然后根据最终获取的模拟垫块厚度加工最终的垫块6。

由于压力容器1重达300多吨，现场调整需要占用大量的时间和人力，共需耗费5天左右时间完成测量与计算。另外，由于正式垫块6需根据测量计算结果在厂家加工，共需15天左右。由于垫块6加工期间压力容器1无法最终安装于支撑环5上，使得后续的相关工作也就顺延15天后才可开展。

2)管道4的安装过程。

管道4分为冷段43、热段41和过渡段42三个部分，通常每个部分分为2个管段制造并供货至现场，然后通过现场测量、组对并切割掉多余管段等若干步骤后与压力容器1、蒸汽发生器2等主设备焊接连接。

为了得到每个管段余量切割的尺寸，在施工现场要耗费大量的时间和人力对主管道每个管段进行余量切割前测量。同时，由于焊接存在变形和收缩，当每个管道4第一段焊接完后，还要根据焊接后的实际位置再测量一次管道4，从而调整剩余一段的切割量和切割角度。由于测量精度的限制，现场还需多次移动蒸汽发生器2和主泵3来配合管道4的测量工作。一个环路的相关工作时间需要10天左右，三个环路共需30天。

由以上的测量过程及相关工作所需时间统计可以得出：压力容器1和管道4用传统测量方法安装其工期需50天左右。

为了简化上述安装过程，以及缩短上述安装期限，本例提供一种基于三维高精度测量的核岛主设备安装工艺，其中，三维高精度测量装置包括近景摄影测量仪、高精度激光全站仪和精密水准仪，采用的软件为三维平差处理软件和近景摄影测量数据处理软件，其中，近景摄影测量仪为INCA3+V-STARS，高精度激光全站仪为TDRA6000，精密水准仪为NA2+GPM3。在施工现场利用高精度激光全站仪建立高精度的三维测量控制网，精确定位主设备的安装位置，本例的核岛主设备安装工艺的流程图如图3所示，工艺过程包括如下步骤。

S1：核岛的压力容器1就位。

采用三维高精度测量装置进行压力容器的竣工测量和支撑环灌浆后测量，计算出垫块6的加工厚度，根据加工厚度加工垫块6，将垫块6放置于支撑环5上，将压力容器1吊装在支撑环5上，二者之间采用垫块6进行位置调整。

具体的，如图4所示，使用近景摄影测量仪得到压力容器1的竣工测量数据，根据竣工测量数据计算压力容器1堆内构件吊篮支撑面到管口下支撑台的距离A；使用高精度激光全站仪测得支撑环5的位置，采用精密水准仪测得灌浆后的支撑环5的标高H以及水平度；根据计算公式D=7050.7mm-A-H+α，式中α为沉降经验常数，一般α取0.3mm，计算出垫块6厚度。

由于垫块6加工计算是在压力容器1运至现场前就可完成的，不需要在现场单独占用15天完成相关工作，实现压力容器1一次吊装即完成安装过程。因此，压力容器1运至现场后相关测量工作仅需要2天，这部分工作相比老办法“现场吊装调整计算垫块”缩短了约18天的安装工期。

S2：核岛的冷段管道43和热段管道41分别就位。

冷段管道43设有冷压力容器端口和冷主泵端口，热段管道41设有热压力容器端口和热蒸发器端口，过渡段管道42设有过渡主泵端口和过渡蒸发器端口，将冷段管道43的冷压力容器端口与压力容器1进行管口组对，热段管道41的热压力容器端口与压力容器1进行管口组对，具体的，本例的S2步骤又包括以下步骤。

1)核岛的冷段管道43测量就位。

具体的，在环路中架设高精度激光全站仪，利用靶球棱镜配合专用工具（带有螺纹的测量基座），测量垂直支撑的中心点；利用精密水准仪测量水力部件支撑面的标高和水平度，确保主泵泵壳可达到热态条件下的理论位置。

由工作人员将冷压力容器端口同压力容器1进行管口组对完成后，测量人员通过高精度激光全站仪和冷段管口中心测量工具对冷主泵端口均匀测量8个点，计算出其中心位置，满足冷主泵端口轴线偏差±1mm，标高偏差±1mm的精度要求。

2)核岛的热段管道41测量就位。

具体的，由工作人员将热压力容器端口同压力容器1进行管口组对完成后，测量人员通过高精度激光全站仪和专用工具对热蒸发器端口均匀测量8个点，计算出中心位置，满足热蒸汽发生器端口轴线偏差±1mm，标高偏差±1mm的精度要求，然后再将热压力容器端口与压力容器1组对的管口进行焊接。

S3：核岛的主泵3测量就位。

将主泵3与冷段管道43的冷主泵端口进行管口组对，具体的，工作人员将主泵与冷主泵端口进行管口组对后，测量人员再次对主泵位置中心及水平度进行测量，通过高精度激光全站仪和专用工具对主泵表面的点测量计算出中心位置，满足冷主泵端口与主泵3的管口组对间隙偏差0~1mm，组对错边量0~1.5mm的精度要求，确保其满足就位状态理论位置的精度要求，然后再将冷压力容器端口与压力容器1组对的管口进行焊接，以及冷主泵端口与主泵3组对的管口进行焊接。

S4：核岛的过渡段管道42测量就位。

将过渡段管道42的过渡主泵端口与主泵3进行管口组对，具体的，由工作人员将过渡主泵端口同主泵3进行管口组对完成后，测量人员通过高精度激光全站仪和专用工具对过渡蒸发器端口均匀测量8个点，计算出中心位置，满足过渡主泵端口与主泵3的管口组对间隙偏差0~1mm，组对错边量0~1.5mm的精度要求，然后再将过渡主泵端口与主泵3组对的管口进行焊接。

S5：核岛的蒸汽发生器2就位。

在放置蒸汽发生器2之前，采用三维高精度测量装置分别测量过渡段管道的过渡蒸发器端口和热段管道的热蒸发器端口的中心位置，然后将所述蒸汽发生器分别与过渡蒸发器端口和热蒸发器端口进行管口组对。

本例中，在蒸汽发生器2分别与过渡蒸发器端口和热蒸发器端口进行管口组对之前包括：计算过渡蒸发器端口的位移量，将过渡蒸发器端口移位，测量热蒸发器端口和过渡蒸发器端口的坡口切割量，根据坡口切割量将热蒸发器端口和过渡蒸发器端口切割成坡口，以及打磨加工坡口，具体过程如下，其流程图如图5所示。

S51：计算过渡蒸发器端口的位移量。

本步骤测量热蒸发器端口和过渡蒸发器端口的中心位置，计算出过渡蒸发器端口的位移量。

具体的，将与主泵3相连的过渡主泵端口、与压力容器1相连的热压力容器端口分别焊接完成之后，需要对过渡蒸发器端口和热蒸发器端口进行测量，使用高精度激光全站仪配合专用测量工具测量端口的中心三维坐标，一方面验证过渡蒸发器端口和热蒸发器端口的中心标高是否满足设计要求，另一方面是确定过渡蒸发器端口的位移量，因为管道焊接时存在焊接收缩，必须在管道上预留一定的焊接收缩量来抵消这种效应，所以需要移动过渡蒸发器端口方可使蒸汽发生器顺利落位组对。在适当的位置架设高精度激光全站仪，以三维控制点作为后方交会基准，通过专用测量工具和球棱镜在管口上采集8个点，计算得到过渡蒸发器端口和热蒸发器端口的三维坐标。使用数据计算软件以蒸汽发生器两个管口的竣工测量数据为基准，得到过渡蒸发器端口的位移量。在过渡段移位过程中使用上述测量方法监测过渡蒸发器端口中心点位置，保证移位之后的中心点位置和计算位置的距离偏差在1.0mm之内。

S52：测量热蒸发器端口和过渡蒸发器端口的坡口切割量。

采用三维高精度测量装置测量热蒸发器端口和所述过渡蒸发器端口的管口中心坐标和端头坐标，将管口中心坐标和端头坐标与所述蒸汽发生器的管口竣工尺寸进行最优匹配计算，得到热蒸发器端口和过渡蒸发器端口的坡口切割量，具体的，采用近景摄影测量仪对热蒸发器端口和过渡蒸发器端口测量得到精确的管口中心和端头的坐标，其用于坡口加工量的计算。在热蒸发器端口和过渡蒸发器端口的坡口处安装专门的摄影测量标志，各采集8个点来计算管口和端头中心的坐标。通过管口和端头中心点构造的管道轴线，在软件下与蒸汽发生器的管口竣工尺寸进行最优匹配计算，得到管口需要切割的量。

S53：打磨加工坡口。

由于坡口加工的精度要求很高，所以在加工过程中一般分为4次依次打磨加工。在近景摄影测量中，将反光片粘贴在热段管道和过渡段管道的内壁和四周，并沿着坡口面内圆粘贴8个点，完成之后开始拍摄采集照片，计算出坡口剩余加工量。

利用V-STARS软件对相片进行处理解算，分别计算出粘贴的8个点到理论位置的8个距离，判断8个距离是否相等，如果不相等，表示目前坡口面倾斜，现场调整坡口加工机的姿态，并根据坡口剩余加工量打磨加工坡口。

V-STARS软件是当今数字近景摄影测量系统的优秀代表，其测量相对精度可达十二万分之一，且具有测量速度快，自动化程度高，能够在恶劣条件下工作等优点。

在热蒸发器端口和过渡蒸发器端口的坡口加工合格之后，垂直支撑垫块(放置在蒸汽发生器垂直支撑和蒸汽发生器之间的垫块)根据之前模拟计算的蒸汽发生器2的位置和垂直支撑上表面的标高数据提前加工，蒸汽发生器2可以顺利引入。

本例提供的安装工艺，如能够合理利用资源和不考虑管道和设备之间的焊接所占用的时间，仅就设备引入和测量安装，单个环路占用的工期为：冷段管道43测量和主泵3测量工作需1天，热段管道41测量安装及其调整占用工期0.5天，过渡段管道42测量安装及其调整占用工期0.5天，过渡蒸发器端口和热蒸发器端口的测量和计算占用工期1天，过渡蒸发器端口和热蒸发器端口的坡口测量和打磨加工占用工期1天，共占用工期4天。

本例的安装工艺中单个环路仅仅占用工期4天，3个环路共12天，而传统的安装过程单个环路占用工期10天，3个环路需30天，由此可知本例的安装工艺明显优化了核岛主设备的安装过程，在保证安装质量的前提下，有效压缩了主设备安装在关键路径上的时间，缩短了核电建造的工期，本例环路施工期所用时间仅为原环路施工期的25%，节约了工程的造价。由于本例中提到的三维高精度测量装置都是成熟的技术，有很大推广的价值，可以应用于常规电厂建造、汽车工业、航空工业、铁路等多领域工程。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (9)

1.一种基于三维高精度测量的核岛主设备安装工艺,其特征在于，包括如下步骤：

核岛的压力容器就位：采用三维高精度测量装置进行压力容器的竣工测量和支撑环灌浆后测量，测算出垫块的加工厚度，根据所述加工厚度加工所述垫块，将所述垫块放置于支撑环上，将所述压力容器吊装在所述支撑环上，二者之间采用所述垫块进行位置调整；

核岛的冷段管道和热段管道分别就位：将所述冷段管道的冷压力容器端口与所述压力容器进行管口组对，所述热段管道的热压力容器端口与所述压力容器进行管口组对；

核岛的主泵就位：将所述主泵与所述冷段管道的冷主泵端口进行管口组对； 

核岛的过渡段管道就位：将所述过渡段管道的过渡主泵端口与所述主泵进行管口组对；

核岛的蒸汽发生器就位：采用三维高精度测量装置分别测算所述过渡段管道的过渡蒸发器端口和所述热段管道的热蒸发器端口的中心位置，将所述蒸汽发生器分别与所述过渡蒸发器端口和热蒸发器端口进行管口组对。

2.如权利要求1所述的安装工艺，其特征在于，所述采用三维高精度测量装置计算出调节垫块的加工厚度包括：

采用三维高精度测量装置进行所述压力容器的竣工测量，并测量出堆内构件吊篮支撑面到管口下支撑台面的实际尺寸A，以及测量灌浆后的支撑环的标高值H，采用计算公式D=7050.7mm-A-H+a计算所述加工厚度，所述a为沉降经验常数。

3.如权利要求2所述的安装工艺，其特征在于，所述a为0.3mm。

4.如权利要求1所述的安装工艺，其特征在于，所述蒸汽发生器分别与所述过渡蒸发器端口和热蒸发器端口进行管口组对之前，包括步骤：根据所述过渡蒸发器端口的中心位置和热蒸发器端口的中心位置测算所述过渡蒸发器端口的位移量，根据所述位移量将所述过渡蒸发器端口移位。

5.如权利要求4所述的安装工艺，其特征在于，所述过渡蒸发器端口移位之后，所述蒸汽发生器分别与所述过渡蒸发器端口和热蒸发器端口进行管口组对之前，还包括步骤：测算所述热蒸发器端口和所述过渡蒸发器端口的坡口切割量，根据所述坡口切割量将所述热蒸发器端口和所述过渡蒸发器端口切割成坡口，以及打磨加工所述坡口。

6.如权利要求5所述的安装工艺，其特征在于，所述测算热蒸发器端口和所述过渡蒸发器端口的坡口切割量的具体过程包括：

采用三维高精度测量装置测量所述热蒸发器端口和所述过渡蒸发器端口的管口中心坐标和端头坐标，将所述管口中心坐标和端头坐标与所述蒸汽发生器的管口竣工尺寸进行最优匹配计算，得到所述热蒸发器端口和所述过渡蒸发器端口的坡口切割量。

7.如权利要求5所述的安装工艺，其特征在于，所述打磨加工坡口的具体过程包括：

将反光片粘贴在所述热段管道和所述过渡段管道的内壁和四周，并沿着所述坡口面内圆粘贴8个点，计算出坡口剩余加工量；

通过三维高精度测量装置分别测算出所述8个点与理论位置的8个距离，判断所述8个距离是否相等，如果不相等，则根据所述坡口剩余加工量打磨加工所述坡口。

8.如权利要求1-7任一项所述的安装工艺，其特征在于，所述三维高精度测量装置包括近景摄影测量仪、高精度激光全站仪和精密水准仪。

9.如权利要求8所述的安装工艺，其特征在于，所述高精度激光全站仪为TDRA6000。