張文君 黃 星

0 概述

核電站設(shè)備是實現(xiàn)核電系統(tǒng)正常運行及執(zhí)行安全功能的關(guān)鍵部件，隨著核電設(shè)備設(shè)計壽命臨近，大量安全級系統(tǒng)的機械電氣設(shè)備頻繁出現(xiàn)故障、老化、報廢等現(xiàn)象，通過傳統(tǒng)維修手段無法解決該問題，而故障、老化、報廢的機械電氣設(shè)備將嚴重影響核電站的安全穩(wěn)定運行。核電站壽命末期的設(shè)備通過一次性運輸更換可有效地消除該安全隱患，是保證核電站安全級系統(tǒng)設(shè)備穩(wěn)定運行的最佳方法。

核電站廠房空間復雜，同時環(huán)境內(nèi)部有高溫、高壓、輻射等風險，因此如何在該環(huán)境下一次性運輸更換不符合運行標準的設(shè)備已成為保障核電安全穩(wěn)定運行的技術(shù)性難題，而計算機模擬[1]驗證正是解決該難題的重要技術(shù)手段。因此本文主要對大亞灣核電站DEL制冷機組的運輸設(shè)備、運輸通道、運輸方案、運輸風險、模擬方法等進行分析，同時針對其中的運輸風險、模擬方法提出綜合性的解決方案。

1 運輸方案制訂

大亞灣核電站DEL制冷機組使用壽命已有20余年，接近制冷機組使用壽期平均水平，為保障核電站安全穩(wěn)定運行，需對W501房間的DEL制冷機組進行整體更換，DEL制冷機組整體更換前需分析運輸設(shè)備、運輸通道、運輸方案等內(nèi)容，以制訂可行的運輸方案，如圖1所示。

1.1 運輸設(shè)備分析

運輸設(shè)備為DEL制冷機組，如圖2所示，其整體長×寬×高尺寸為4050×1580×2050mm，其主要由冷凝器、蒸發(fā)器、壓縮機等組件組裝而成，組件參數(shù)如表1所示。

表1 DEL制冷機組組件參數(shù)

1.2 運輸通道分析

DEL制冷機組安裝位置是核輔助廠房W501房間，經(jīng)前期初步分析，該房間一共有2個運輸通道。1號運輸通道（如圖2所示）是從W501房間出發(fā)依次通過L527房間、L530房間、L504房間，直至到達L501房間內(nèi)的貨運電梯，最后通過+11.5 m層貨運電梯到達+0.0 m層后運輸至外部廠房，其中貨運電梯長×寬×高為3 000×2 100×2 800 mm，是1號運輸通道的關(guān)鍵路徑[2]。

2號運輸通道（如圖2所示）是從W501房間出發(fā)，通過W501房間的隔音門后到達W507房間，其中W507房間標高為+11.5 m，到達W507房間后開始往上吊裝通過W604房間、W703房間，直至到達標高為+25.0 m吊裝孔，最后通過該吊裝孔運輸至外廠區(qū)，其中W501房間的隔音門寬×高為1 400×1650 mm，W703房間的吊裝孔寬×高為1 500×1 450 mm，是2號運輸通道的關(guān)鍵路徑。

圖2 1號及2號運輸通道及關(guān)鍵路徑

1.3 運輸方案分析

DEL制冷機組的運輸設(shè)備和運輸通道確認后，將根據(jù)關(guān)鍵空間尺寸信息制訂可行的運輸方案，同時制訂的運輸方案應(yīng)優(yōu)先考慮整體運輸方式，如無法整體運輸再考慮拆分運輸方式，運輸可行性的判斷標準為運輸通道關(guān)鍵路徑的可容納空間是否大于運輸對象的外形尺寸。

1.3.1 整體運輸方案

DEL制冷機組整體運輸時，分析1號運輸通道和2號運輸通道的關(guān)鍵路徑，主要包括“貨運電梯”、“W501隔音門”和“W703吊裝口”，1號和2號運輸通道的關(guān)鍵路徑可容納空間均小于DEL制冷機組整體外形尺寸；因此判斷DEL制冷機組整體運輸時1號和2號運輸通道均無法實現(xiàn)DEL制冷機組的整體運輸，整體運輸方案不具備可行性。

1.3.2 拆分運輸方案

DEL制冷機組拆分運輸時，是將DEL制冷機組拆分成冷凝器、蒸發(fā)器、壓縮機三大組件進行運輸，1號運輸通道關(guān)鍵路徑“貨運電梯”可容納空間長度為3 000 mm，遠小于冷凝器、蒸發(fā)器組件的長度尺寸，無法實現(xiàn)DEL制冷機組拆分運輸要求，1號運輸通道不具備可行性；2號運輸通道關(guān)鍵路徑“W501隔音門”和“W703房間吊裝口”空間尺寸參數(shù)大于冷凝器、蒸發(fā)器、壓縮機的外形尺寸，同時其長度尺寸為設(shè)備通道，尺寸遠大于組件長度；因此2號運輸通道能滿足DEL制冷機組組件的拆分運輸要求。

綜上所述，將DEL制冷機組拆分為冷凝器、蒸發(fā)器、壓縮機等組件，同時以2號運輸通道為運輸路徑，是最佳的運輸方案。

2 運輸風險分析

大亞灣核電站W(wǎng)501房間的DEL制冷機組運輸方案制訂后，需根據(jù)W501房間的現(xiàn)實環(huán)境分析運輸方案的可能產(chǎn)生的風險，其產(chǎn)生的風險主要包括系統(tǒng)停運、方案執(zhí)行、現(xiàn)場施工等風險。

2.1 系統(tǒng)停運風險

DEL制冷機組為核電站的DEL系統(tǒng)[3]提供制冷服務(wù)，當該設(shè)備停運會影響DVC主控室通風、DVL電氣廠房主通風、DVE電纜層通風等系統(tǒng)的冷卻水供給，直接影響核電站安全運行狀態(tài)；其次DEL制冷機組的運輸更換需在大修期間完成，運輸更換過程中需保持24小時不停機[3]，以保證DEL制冷機組A列或B列能夠有一列能正常運行[3]，所以DEL制冷機組在更換過程中不能觸碰正常運行的系統(tǒng)設(shè)備，如發(fā)生碰撞有可能引發(fā)DEL系統(tǒng)停運風險。

2.2 方案執(zhí)行風險

DEL制冷機組的運輸房間為W501、W507、W604、W703等房間，涉及+11.5 m、+15.5 m、+25.0 m標高層，同時DEL制冷機組運輸過程中DEL系統(tǒng)備用列保持正常運行，因此該DEL制冷機組的運輸環(huán)境會有高溫、高壓、觸電等風險，同時由于W501房間空間狹小，在DEL制冷機組運輸過程中可能會與其他系統(tǒng)設(shè)備產(chǎn)生碰撞或干涉，因此可能發(fā)生設(shè)備運輸方案無法執(zhí)行的風險。

2.3 現(xiàn)場施工風險

DEL制冷機組運輸更換前需先施工拆除停運的閥門、管道、支架、儀表、電氣等系統(tǒng)設(shè)備，由于DEL系統(tǒng)的A列和B列仍有一列保持正常運行，同時兩列系統(tǒng)設(shè)備是交錯布置，運輸前的現(xiàn)場施工及拆除作業(yè)易發(fā)生偏差，任何施工偏差均會引發(fā)高溫、高壓、觸電等風險，直接影響DEL系統(tǒng)及核電機組的安全穩(wěn)定運行。

3 模擬運輸驗證方法分析

大亞灣核電站W(wǎng)501房間的DEL制冷機組運輸方案具有系統(tǒng)停運、方案執(zhí)行、現(xiàn)場施工等風險，因此該設(shè)備的運輸方案的執(zhí)行風險高，有必要針對該運輸方案進行模擬，驗證方案的可行性。目前國內(nèi)外常用的運輸方案模擬驗證方法主要有兩種，一種是實物框體模擬運輸方法，另一種是三維模型模擬運輸方法[4]。

3.1 實物框體模擬運輸方法

實物框體模擬運輸方法是將運輸設(shè)備制作成實物大小一致的結(jié)構(gòu)框體，然后以實物框體代替設(shè)備本體，通過人工、吊運等方式在現(xiàn)場環(huán)境中進行運輸設(shè)備框體，驗證設(shè)備的路徑及碰撞位置。該模擬運輸方法具有成本低、操作簡單的優(yōu)點，但是技術(shù)缺點明顯，如無法記錄運輸路徑、碰撞位置、需要制作框體、框體不可重復利用、只能在特定時間和空間才可進行、需要人員協(xié)助模擬等。

3.2 三維模型模擬運輸方法

三維模擬運輸方法是目前國外比較常見的模擬驗證技術(shù)，該方法是基于設(shè)計數(shù)據(jù)、圖紙等建立設(shè)備及環(huán)境的三維模型，將運輸設(shè)備、運輸路線、運輸時間導入至三維模型環(huán)境中，在計算機中實現(xiàn)設(shè)備在三維模型環(huán)境的模擬驗證。該模擬方法具有運輸路徑記錄、碰撞位置顯示、模擬范圍廣等技術(shù)優(yōu)點，但是也有一定技術(shù)缺陷，如工業(yè)廠房的設(shè)計數(shù)據(jù)及圖紙有缺失、遺漏、偏差等情況時，將無法保證三維模型環(huán)境數(shù)據(jù)的準確性，驗證結(jié)果會產(chǎn)生偏差，同時該方法需要建立設(shè)備及環(huán)境模型，驗證成本高、周期長。

4 基于現(xiàn)實環(huán)境模擬運輸方法應(yīng)用

綜合以上分析，傳統(tǒng)的實物框體模擬運輸和三維模型模擬運輸方法具有諸多技術(shù)弊端，對于DEL制冷機組運輸方案模擬驗證無法適用，針對該難題，需要創(chuàng)建一種新型的模擬運輸方法，既能解決DEL制冷機組模擬運輸驗證難題，同時還能融合實物框體及三維模型模擬的技術(shù)優(yōu)點，一種基于現(xiàn)實環(huán)境的模擬運輸方法[5]可以解決以上技術(shù)問題。

4.1 基于現(xiàn)實環(huán)境的模擬運輸方法

基于現(xiàn)實環(huán)境的模擬運輸方法主要通過三維激光掃描[6]、逆向工程[7]、三維模擬等技術(shù)實現(xiàn)。首先工程人員通過三維激光掃描儀對運輸?shù)默F(xiàn)場環(huán)境進行三維掃描，收集高精度的環(huán)境數(shù)據(jù)（如圖3所示），這種數(shù)據(jù)以點云形式[6]體現(xiàn)；其次工程人員將這種環(huán)境數(shù)據(jù)導入至計算機中，同時在該環(huán)境數(shù)據(jù)中輸入運輸設(shè)備、運輸方案等參數(shù)；最后工程人員在計算機環(huán)境中進行參數(shù)的模擬驗證，驗證完成后進行模擬驗證結(jié)果反饋，反饋信息的包括運輸軌跡、運輸碰撞等信息，工程人員基于反饋信息修正運輸設(shè)備、運輸方案等輸入?yún)?shù)，如此反復，直至最終確認可行的運輸方案。

圖3一種基于現(xiàn)實環(huán)境的模擬運輸方法

4.2 基于現(xiàn)實環(huán)境的模擬運輸方法應(yīng)用

針對大亞灣核電站DEL制冷機組的運輸過程進行分析，應(yīng)用基于現(xiàn)實環(huán)境的模擬運輸方法進行驗證，驗證主要流程包括現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集、運輸參數(shù)輸入、模擬運輸驗證、模擬運輸實施等。

4.2.1現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集

針對大亞灣核電站核輔助廠房W501和W507房間進行現(xiàn)場三維激光掃描工作，收集完整的現(xiàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)，其中收集環(huán)境數(shù)據(jù)精度要求小于≤5 mm，從而保證真實再現(xiàn)現(xiàn)場環(huán)境，W501房間現(xiàn)場與環(huán)境三維數(shù)據(jù)的效果對比如圖4所示。

圖4 W501現(xiàn)場實際環(huán)境與環(huán)境三維數(shù)據(jù)的效果對比

4.2.2 運輸參數(shù)輸入

大亞灣核電站DEL制冷機組運輸參數(shù)輸入包括運輸設(shè)備和運輸方案，輸入的信息如下描述。

（1）運輸設(shè)備輸入為DEL制冷機組的三維模型，由于此次采用組件拆分運輸方案，因此將DEL制冷機組模型拆分為冷凝器、蒸發(fā)器、壓縮機三個組件作為運輸設(shè)備輸入模型。

（2）運輸方案輸入是2號運輸通道的路徑，基于2號運輸通道預(yù)先制訂一條包含三維坐標（X、Y、Z）的運輸路徑，該運輸路徑由運輸起點、運輸節(jié)點、運輸方向組成，每個節(jié)點都有自己的坐標和方向，其中運輸路徑的運輸起點為設(shè)備的重心位置，同時也是節(jié)點的坐標原點。

4.2.3 模擬運輸驗證

圖5模擬運輸驗證前

圖6模擬運輸驗證后

現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集完成后，將W501和W507房間的環(huán)境三維數(shù)據(jù)導入至計算機中，然后在該環(huán)境三維數(shù)據(jù)中輸入運輸設(shè)備、路徑等信息；輸入完成后的效果如圖5所示，其中輸入的運輸設(shè)備為冷凝器，運輸路徑為冷凝器運輸路徑；現(xiàn)場數(shù)據(jù)和運輸參數(shù)導入計算機后，即可開展基于現(xiàn)實環(huán)境的模擬運輸驗證，詳細效果如圖6所示，模擬運輸驗證后的環(huán)境三維數(shù)據(jù)會輸出運輸軌跡、運輸碰撞兩種信息數(shù)據(jù)，兩種信息數(shù)據(jù)均以紅色標記進行識別。

4.2.4 模擬運輸實施結(jié)果

大亞灣核電站W(wǎng)501房間制冷機組的冷凝器、蒸發(fā)器、壓縮機按照以上流程完成模擬運輸驗證工作，并在大亞灣核電站大修期間完成了DEL制冷機組的運輸及更換工作；其中模擬運輸驗證結(jié)果與現(xiàn)場實施范圍完全一致，經(jīng)現(xiàn)場實測基于現(xiàn)實環(huán)境的模擬運輸驗證精度≤5 mm，可真實反映設(shè)備在實際環(huán)境的運輸過程，現(xiàn)場的實施效果良好。

5 結(jié)論

大亞灣核電站在D117/D217大修期間順利完成了4臺DEL制冷機組的更換改造工作，以現(xiàn)場工程實施經(jīng)驗表明，基于現(xiàn)實環(huán)境的模擬運輸方法可有效解決設(shè)備運輸路徑不清晰、風險分析不全面、運輸方案無法驗證等技術(shù)難題；同時這種新型的模擬運輸方法提高了設(shè)備運輸方案執(zhí)行的可行性，幫助設(shè)計及施工人員理解整個運輸過程及注意事項，減少發(fā)生工業(yè)安全事故的風險，提升設(shè)備更換改造過程中的安全性和經(jīng)濟性。

大亞灣核電站DEL制冷機組更換改造實施工作的順利完成，為其他電廠涉及的設(shè)備更換、延壽、替代等提供了良好的借鑒經(jīng)驗，同時該技術(shù)也可直接用于其他工業(yè)領(lǐng)域，應(yīng)用前景廣闊。