淺談反求證工程理論在AP1000主管道（RCL）坡口加工中的應用和研究

王飛

【摘 要】AP1000核電反應堆主冷卻劑系統管道，簡稱主管道（縮寫RCL）屬于核電站最為核心的功能性設備，其安裝的精度控制和質量狀況，直接影響核電站整體健康運行和核安全關鍵性能。本文通過采用“反求工程理論模型”研究方法對三門AP1000參考電站主管道（縮寫RCL）坡口加工工藝進行研究和總結，為后續AP1000核電站主管道坡口加工提供參考和借鑒。

【關鍵詞】AP1000核電站；主冷卻劑管道；RCL；反求工程理論

0 引言

反求工程（Reverse Engineering， RE），也稱逆向工程、反向工程，是指用一定的測量手段對實物或模型進行測量，根據測量數據，通過三維幾何建模方法重構實物的模型，進行再設計并完成產品制造的過程。

本文將反求工程理論研究思路和方法應用到AP1000主管道坡口加工工藝技術中，旨在通過實例模型的操作，形成主管道安裝施工系統性、可借鑒性、標準化的施工工藝技術模式，用于有效指導后續AP1000核電站主管道安裝施工，為后續AP1000核電站建造提供借鑒和參考。

1 主管道特點介紹

1.1 其他主管道介紹

1.1.1 M310主管道簡介

M310主管道有一個熱段、一個冷段及一個過度段組成，其中過度段由40度管段、90度管段及調整段組成。

其中冷段、熱段各兩個焊口，過度段為四個焊口。

1.1.2 EPR主管道簡介

EPR主管道相對于M310的主管道進行了相應的簡化。其中EPR仍為一個熱段、一個冷段及一個過度段組成，但其中過度段一成體。在施工過程中也采用了反求工程，進行施工。

1.2 AP1000主管道施工重點及難點

1.2.1 安裝工序重大變化

常規核電站工藝壓力容器、蒸發器或主泵兩臺設備就位后方開始進行主管道的焊接，主管道的冷段、熱段長度已確定、坡口已加工好，蒸發器或主泵可在一定范圍調整；

AP1000堆型，壓力容器到貨后，蒸發器到貨前需焊接壓力容器側的三個焊口，需要在另一端增加監控測量裝置，蒸發器到貨后完成其余焊口的焊接。

1.2.2 調整段的取消

常規核電蒸發器和主泵之間存在過渡段，通過調整段的水平段和垂直段最后測量、加工，可以調節焊接時產生的二維方向的變形量；

AP1000堆型主泵直接掛在蒸汽發生器底部，沒有主管道調整段，只能通過加工主管道為現場預留的兩英寸，同時必須預留蒸發器側向位移、焊縫收縮量，錯邊量和組對間隙要求更高，增加了焊接變形控制、測量和機加工的難度和風險。

1.2.3 組對方法難度大和組對要求高

常規核電站主管道組對 ：冷段通過調整管道和主泵實現對中，熱段通過調整管道和蒸汽發生器實現對中，過渡段則是調整多段管道實現對中。組對間隙要求為1～4mm。

AP1000主管道組對： 壓力容器側是通過調整冷段、熱段管道實現對中，而蒸汽發生器側的主管道則是在蒸發器吊裝過程中調整SG，同時實現SG的管嘴與三段主管道坡口對中，組對間隙≤1mm，錯邊≤0.5mm。

1.2.4 測量和3D建模

AP1000設備管嘴和主管道管段測量必須采用高精度的激光測量設備和使用3D建模新技術。

1.2.5 坡口加工

AP1000主管道的12個端口坡口需采購Omega 9B machining Systems（數控歐米加9B加工系統）專用設備，并在現場狹窄的空間里進行加工，而無法在車間車床加工。

2 AP1000主管道施工流程

主管道施工主要流程：

（1）原形的數字化；

（2）測量數據中提取原形的幾何特征；

（3）模型的組建；

（4）重建模型的檢驗與修正及再加工。

3 原形的數字化（數據采集）

3.1 原形的數字化（數據采集）

3.1.1 主管道測量點布置及安裝

主管道管口位置：采用不銹鋼記號筆標記管道測量點位置。管道RV端、SG端管口均勻分布12點，管內壁直管段部分測量3個點環，每個點環均勻分布12個點；管道中心。

3.1.2 激光測量

測量已布置的控制點為儀器定位，測量所有可見的控制點，并保證轉站后能夠測量其中至少6個。

測量所有可見管道測量點，包括管道端面內外徑、兩端直管段內管壁、內外母線和支管嘴位置。

3.2 壓力容器激光測量

壓力容器測量點布置及安裝：在反應堆壓力容器及RV腔室墻壁布置控制點RCP ，注意不要與壓力容的裝置位置發生沖突。

4 虛擬裝配擬合計算及模型組建

4.1 模型組建

主管道擬合計算及建模：分別利用主管道冷段、熱段端面內外徑測量點擬合圓，構造內外徑圓中心點。利用支管嘴測量點擬合生成圓，構造圓中心點確定支管嘴位置。利用管道內外母線彎管部分擬合圓，通過計算內弧半徑與外弧半徑的平均值計算管道中心線曲率半徑。

4.2 擬合計算

打開“RV_SG”測量文件，將SG垂直支撐坐標系設置為當前坐標系，將對應的蒸汽發生器模型插入這個回路。

將SG垂直支撐凸臺14個螺栓孔中心點和垂直支撐上底座14個螺栓孔中心點創建對應關系，通過關系進行最佳擬合轉換，使垂直支撐14個螺栓孔大致對齊。

調整SG模型，沿+Z方向移動，使SG冷段管嘴與RV冷段管嘴保持大致水平。

4.3 RV端坡口加工

由于三門1#主管道出廠時，曲率半徑及彎曲角度存在制造不符合項，根據《主管道A環安裝預案（計算分析報告）》、《主管道B環安裝預案（計算分析報告）》處理方法，需對主管道進行斜面加工。主管道端面切割及角度需要注意事項如下：

1.端面傾斜角度是指主管道原始端面與相對應一側主設備（反應堆壓力容器或蒸汽發生器/主泵）管嘴端面，不平行產生的夾角。

2.上表數據為中心線切割量和角度，實際切割量以模型中切割線上12點坐標構造的切割線為基礎，具體按主管道坡口加工定位劃線圖執行。

最終檢查：

坡口加工完畢后，將設備按組裝時相反的順序小心拆卸下來放置穩妥，并清除管段上碎屑等。

4.4 主管道SG端數據擬合主管道RV側組對完成后，測量SG側管口端面及直管段并建模。將靶球固定裝置安裝在管道中心，在SG熱段、冷段管口坐標系下，調整主管道SG側管口使其與SG熱段、冷段管口中心線對齊。根據已知焊接收縮量及焊接變形方向調整管口最終位置。測量主管道SG端3個管口位置，更新主管道模型。

5 結束語

本課題將反求工程理論研究思路和方法應用到AP1000主管道坡口加工工藝技術中，旨在通過實例模型的操作，形成主管道安裝施工系統性、可借鑒性、標準化的施工工藝技術模式，為后續AP1000反應堆主冷卻劑管道提供了技術支持和成功的先例。

【參考文獻】

[1]孫漢虹，等.第三代核電技術AP1000[M].中國電力出版社，2009.

[2]林誠格，郁祖盛，等.非能動安全先進壓水堆核電技術[M].北京：原子能出版，2010.

[3]中國電力投資集團公司，山東核電有限公司.AP1000核電廠系統與設備（上冊），2009[Z].

[責任編輯：楊玉潔]