AP1000核电站模块化建造的质量控制

　　摘要：我国引进的AP1000核电站技术采用了先进的模块化设计和建造理念，核电站模块化建造就是将设计阶段确定的各个“模块”通过核电现场外工厂化预制和现场组装转化成具有整套相应功能的实体，而模块的预制和组装质量是核电建造阶段质量控制的关键，将关系到核电厂建成后运行的核安全。本文根据在建AP1000核电站的实践对模块化建造的质量控制重点和难点进行分析并提出一些措施。
　　关键词：模块化建造；AP1000模块；质量控制
　　
　　引言
　　我国引进的AP1000核电站技术已在三门和海阳两个项目中开工建设，AP1000采用了三维设计技术工具，模块化的设计和建造理念，这在我国核电设计和建造中首次大规模应用模块化。模块化建造是将设计意图转化为具体的功能实体的重要活动。虽然采用模块化减少了在现场的施工量，可以缩短核电建设工期，但在大规模采用模块化时，也改变了施工的难度，对质量控制流程和关键环节质量控制提出了新要求。如何保证模块预制、现场组装和吊装质量是参建各方均高度重视的重点。本文就AP1000模块化建造中的质量控制结合在建项目进行分析和探讨。
　　1．模块化建造理念
　　“模块”，在这指将某些材料或部件预制组合在一起，构成一个具有分隔空间或特定功能的核电组合件。
　　模块化建造，就是通过工厂化预制好便于运输的作为一个整体单元的模块或子模块，然后在现场通过对模块的吊装或子模块的组装和吊装就位就可以为安装和土建作业同时提供作业空间的工程建造方式。
　　2．AP1000模块
　　2.1AP1000模块的分类
　　根据在建AP1000核电站模块的划分为两类：结构模块和设备模块。每台机组按现场吊装最终模块计结构模块108块，设备模块70块。这些最终的大型或超大型模块又由几个或十几个、甚至几十个子模块组装而成。另外钢安全壳通常作为一个特殊结构模块进行建造。
　　结构模块一般由各种钢板和型钢焊接接连及内部混凝土构成，尺寸和体积大小不一，吊装就位即形成核电厂厂房建筑结构的一部分。主要是用来对空间结构进行分割，形成相对独立的空间，改变传统的先土建作业后设备安装作业的顺序，便于在组装好的模块空间上同时进行设备安装和混凝土浇灌等作业，以缩短工期。
　　设备模块由设备、管道、泵、阀门、仪表、支架以及固定用的型钢等组成。通常根据各区域内设备及其连接件的布置情况作为一个单元易于预装配合理划分模块大小，这类模块是固定在永久支撑钢结构上以构成一个模块整体进行安装，就位后即作为工艺系统的一部分。
　　2.2AP1000模块的特点
　　（1）大量采用模块贯穿建造始终，使现场外模块预制与核电站现场组装、吊装作业成为两条并行的施工主线。
　　（2）采用模块的作业范围淡化了传统划分上的土建和安装的界限，使同一模块里同时具有传统划分上的土建和安装物项，使土建和安装变为完全的交叉施工工序，接口增多。
　　（3）结构模块的结构复杂、尺寸大、重量重，如CA20模块重达730吨，外形尺寸约20.5m长，14.2m宽，20.7m高，由18个房间构成。
　　（4）模块和设备的安装需使用大型吊装设备，现场吊装作业受风力等自然环境因素影响较大。
　　（5）几乎所有模块的吊装施工都采用开顶法。
　　（6）模块采用钢板、型钢组成和做支撑，焊接工作量增大。
　　3．AP1000模块化建造的质量控制
　　3.1模块化建造质量控制重点的变化
　　大量采用模块化预制和组装建造，其质量控制的关键点和难点与传统的建造方式发生了变化，其中模块预制精度和现场组装精度是质量控制的关键，不仅影响到结构模块最终的吊装接口质量，也影响到结构模块与设备模块安装的接口质量，而模块最终的安装质量会直接影响到今后的核安全。熟悉和掌握质量监控的范围和重点，有利于做好过程控制，使质量处于可控受控状态。在模块化建造中，整个施工过程涉及测量、组对、焊接、吊装、运输等多个环节，质量控制重点的变化主要有：
　　（1）对大型结构模块的预制、组装、安装和吊装等工序接口的质量控制。
　　（2）模块预制产生的偏差累积引起的现场组装二次加工修改质量控制。
　　（3）模块组装焊接质量控制，因组装连接均采用焊接，焊接工作量大，并且立焊、仰焊类型多，高空焊作业多，操作难度增加。
　　（4）模块组装过程中，因子模块体积大、形状不规则对称、重心不易确定而在频繁吊运、翻转中引起模块变形的控制。
　　（5）模块组装完进行混凝土灌浆后产生的再次变形控制。
　　（6）设备模块与结构模块连接精准度的质量控制。
　　3.2在建项目模块化建造反馈的主要质量问题
　　模块最终组装和安装质量受多方面因素的影响，从在建项目反馈情况看，在模块预制和组装中易出现的问题主要有：
　　（1）结构子模块制作中产生的尺寸确定参考点（DP点）尺寸偏差、钢板平面度超差、组对边波浪变形或弧形、模块整体尺寸偏差较大或扭曲变形等。
　　（2）模块组装过程中的间隙误差导致模块整体超差。
　　（3）结构子模块或组件翻转、吊装过程产生的变形或结构损坏，导致一些重要的主设备模块安装支撑不能在理论的坐标就位。
　　（4）模块组装焊接使模块产生应力、收缩等变形。
　　（5）焊缝成型较差，缺陷超标。
　　经过总结分析，产生以上问题的主要原因有模块设计文件不够完善、施工技术准备不充分、信息沟通不够、人员能力不足、工装设计缺陷等等，因此，通过对在建AP1000项目总结得知，模块预制、组装过程的质量控制重点主要是：模块尺寸及平面度控制、模块和组件的吊装和安装变形控制、焊接质量控制、结构模块与设备模块的接口点（坐标）控制等。
　　3.3模块化建造的质量控制措施
　　工厂化预制的模块质量是现场组装质量的前提，模块预制产生的偏差往往只能在现场组装过程进行调整，所以说模块预制的质量风险会延伸到现场组装和最终模块吊装就位中，因此，模块化建造的质量控制应从模块车间预制到现场组装和安装的全过程控制。模块的预制和组装中均应做好以下质量管理措施，同时根据预制和组装的不同重点实施有针对性的质量检查和试验控制措施。
　　（1）完善质量管理体系，建立分级质量控制体系，严格执行质量检验试验控制计划（ITP）制度，做到有章可循。
　　（2）做好事前分析，充分熟悉和掌握模块建造的工序流程，按结构质量、焊接质量、油漆防腐质量三方面编制较详实的检查试验计划，确定关键环节的质量控制要求，设置控制点进行验证控制。
　　（3）加强对设计图纸的会审，将有接口的相邻模块的图纸结合一起会审，了解设计意图，减少建造中才发现不符合而出现质量问题。
　　（4）培训提高焊接人员和吊装人员的技能，熟悉程序，保证操作质量。
　　（5）严把材料验收关，控制焊接等材料的质量，优化焊接工艺。
　　（6）对结构模块的吊运、翻转变形应重点控制，可以通过计算机模拟计算出合理的吊点，减少因大型结构模块外型尺寸大，重量大，不匀称分布而产生的吊装变形。
　　（7）严格按核电建造的要求对工序质量进行检查和试验，并建立记录或报告。
　　（8）充分发挥经验反馈的作用，推广模块化建造中质量管理的有效方法。
　　3.3.1模块预制的质量控制措施
　　从在建AP1000得知子模块矫正工作和模块到现场后的质量缺陷处理占用了很大一部分工作量，保证模块预制质量的除做好上述质量管理措施，还应有针对性重视以下几方面。
　　（1）充分发挥信息化管理的作用，保证设计、采购、预制之间的信息对称和一致性，以及分散在各个工厂车间预制的子模块之间的信息及时性和一致性，这是确保模块预制质量的管理基础条件。
　　（2）加强技术复核，重点在DP点（尺寸确定参考点）、轴线、设备贯穿件和管道位置等等。因DP点间距控制要求直接影响到结构模块组装质量。
　　（3）模块车间预制的焊接有较好的作业环境，应尽可能采用成熟可行的自动焊接技术以减少焊接变形量，保证焊接质量。
　　（4）模块出厂前严格按标准化管理程序和设计图纸对模块进行检验，确保预制精度满足现场组装要求。
　　3.3.2模块组装的质量控制措施
　　模块的现场组装和安装质量相比车间预制受到的影响因素更多，各个项目所处的地理位置不同影响因素也不完全相同，因此对模块的组装质量控制措施可以从以下几方面着手。
　　（1）加强模块或子模块、组件进入组装现场的联合验收，尽量避免潜在质量缺陷，使质量缺陷在组装前得到处理。
　　（2）充分做好组装技术准备，如焊接工艺评定，焊工考试，作业规程的编审发布和培训等。
　　（3）组装和安装前加强对设备和工机具的检查，保证设备的完好性并计量合格。
　　（4）对每一模块或子模块的外形配合尺寸精确测量，分析组对间隙，减少和消除误差的积累。
　　（5）在组件上设置合理的支撑补强、翻身吊耳和吊装吊耳，减小吊装变形。
　　（6）改进现场焊接工艺，合理应用反变形控制、刚性加固控制以及焊接相关参数控制等。
　　（7）通过模拟分析改进工装，提高工装合理性，如采用刚性加固工装的变形等。
　　3.4“开顶法”施工的质量控制
　　“开顶法”施工的质量控制重点是对成品保护，特别是反应堆厂房内设备的保护。在授权开工日后35个月内（ATP+35）反应堆厂房内土建施工活动频繁，施工任务量大，反应堆厂房顶部不能采取遮盖措施，因此无论土建、安装活动在编制施工方案时就应制订深度交叉施工情况下对物项的特殊保护措施。各级质量控制和监督人员应在每次作业前、后都检查和定期巡查。
　　4.结语
　　第三代核电AP1000技术的先进性主要是非能动设计，模块化设计和建造是其另一先进性的体现，虽然有两个项目已经开工建设，但对模块化建造的质量控制还需要开展更多的分析和研究，以在保证质量的前提下真正发挥出模块化建造的先进特点和优势，缩短建造工期，实现更佳的效益。
　　
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