浅谈反求证工程理论在AP1000主管道（RCL）坡口加工中的应用和研究

王飞

【摘 要】AP1000核电反应堆主冷却剂系统管道，简称主管道（缩写RCL）属于核电站最为核心的功能性设备，其安装的精度控制和质量状况，直接影响核电站整体健康运行和核安全关键性能。本文通过采用“反求工程理论模型”研究方法对三门AP1000参考电站主管道（缩写RCL）坡口加工工艺进行研究和总结，为后续AP1000核电站主管道坡口加工提供参考和借鉴。

【关键词】AP1000核电站；主冷却剂管道；RCL；反求工程理论

0 引言

反求工程（Reverse Engineering， RE），也称逆向工程、反向工程，是指用一定的测量手段对实物或模型进行测量，根据测量数据，通过三维几何建模方法重构实物的模型，进行再设计并完成产品制造的过程。

本文将反求工程理论研究思路和方法应用到AP1000主管道坡口加工工艺技术中，旨在通过实例模型的操作，形成主管道安装施工系统性、可借鉴性、标准化的施工工艺技术模式，用于有效指导后续AP1000核电站主管道安装施工，为后续AP1000核电站建造提供借鉴和参考。

1 主管道特点介绍

1.1 其他主管道介绍

1.1.1 M310主管道简介

M310主管道有一个热段、一个冷段及一个过度段组成，其中过度段由40度管段、90度管段及调整段组成。

其中冷段、热段各两个焊口，过度段为四个焊口。

1.1.2 EPR主管道简介

EPR主管道相对于M310的主管道进行了相应的简化。其中EPR仍为一个热段、一个冷段及一个过度段组成，但其中过度段一成体。在施工过程中也采用了反求工程，进行施工。

1.2 AP1000主管道施工重点及难点

1.2.1 安装工序重大变化

常规核电站工艺压力容器、蒸发器或主泵两台设备就位后方开始进行主管道的焊接，主管道的冷段、热段长度已确定、坡口已加工好，蒸发器或主泵可在一定范围调整；

AP1000堆型，压力容器到货后，蒸发器到货前需焊接压力容器侧的三个焊口，需要在另一端增加监控测量装置，蒸发器到货后完成其余焊口的焊接。

1.2.2 调整段的取消

常规核电蒸发器和主泵之间存在过渡段，通过调整段的水平段和垂直段最后测量、加工，可以调节焊接时产生的二维方向的变形量；

AP1000堆型主泵直接挂在蒸汽发生器底部，没有主管道调整段，只能通过加工主管道为现场预留的两英寸，同时必须预留蒸发器侧向位移、焊缝收缩量，错边量和组对间隙要求更高，增加了焊接变形控制、测量和机加工的难度和风险。

1.2.3 组对方法难度大和组对要求高

常规核电站主管道组对 ：冷段通过调整管道和主泵实现对中，热段通过调整管道和蒸汽发生器实现对中，过渡段则是调整多段管道实现对中。组对间隙要求为1～4mm。

AP1000主管道组对： 压力容器侧是通过调整冷段、热段管道实现对中，而蒸汽发生器侧的主管道则是在蒸发器吊装过程中调整SG，同时实现SG的管嘴与三段主管道坡口对中，组对间隙≤1mm，错边≤0.5mm。

1.2.4 测量和3D建模

AP1000设备管嘴和主管道管段测量必须采用高精度的激光测量设备和使用3D建模新技术。

1.2.5 坡口加工

AP1000主管道的12个端口坡口需采购Omega 9B machining Systems（数控欧米加9B加工系统）专用设备，并在现场狭窄的空间里进行加工，而无法在车间车床加工。

2 AP1000主管道施工流程

主管道施工主要流程：

（1）原形的数字化；

（2）测量数据中提取原形的几何特征；

（3）模型的组建；

（4）重建模型的检验与修正及再加工。

3 原形的数字化（数据采集）

3.1 原形的数字化（数据采集）

3.1.1 主管道测量点布置及安装

主管道管口位置：采用不锈钢记号笔标记管道测量点位置。管道RV端、SG端管口均匀分布12点，管内壁直管段部分测量3个点环，每个点环均匀分布12个点；管道中心。

3.1.2 激光测量

测量已布置的控制点为仪器定位，测量所有可见的控制点，并保证转站后能够测量其中至少6个。

测量所有可见管道测量点，包括管道端面内外径、两端直管段内管壁、内外母线和支管嘴位置。

3.2 压力容器激光测量

压力容器测量点布置及安装：在反应堆压力容器及RV腔室墙壁布置控制点RCP ，注意不要与压力容的装置位置发生冲突。

4 虚拟装配拟合计算及模型组建

4.1 模型组建

主管道拟合计算及建模：分别利用主管道冷段、热段端面内外径测量点拟合圆，构造内外径圆中心点。利用支管嘴测量点拟合生成圆，构造圆中心点确定支管嘴位置。利用管道内外母线弯管部分拟合圆，通过计算内弧半径与外弧半径的平均值计算管道中心线曲率半径。

4.2 拟合计算

打开“RV_SG”测量文件，将SG垂直支撑坐标系设置为当前坐标系，将对应的蒸汽发生器模型插入这个回路。

将SG垂直支撑凸台14个螺栓孔中心点和垂直支撑上底座14个螺栓孔中心点创建对应关系，通过关系进行最佳拟合转换，使垂直支撑14个螺栓孔大致对齐。

调整SG模型，沿+Z方向移动，使SG冷段管嘴与RV冷段管嘴保持大致水平。

4.3 RV端坡口加工

由于三门1#主管道出厂时，曲率半径及弯曲角度存在制造不符合项，根据《主管道A环安装预案（计算分析报告）》、《主管道B环安装预案（计算分析报告）》处理方法，需对主管道进行斜面加工。主管道端面切割及角度需要注意事项如下：

1.端面倾斜角度是指主管道原始端面与相对应一侧主设备（反应堆压力容器或蒸汽发生器/主泵）管嘴端面，不平行产生的夹角。

2.上表数据为中心线切割量和角度，实际切割量以模型中切割线上12点坐标构造的切割线为基础，具体按主管道坡口加工定位划线图执行。

最终检查：

坡口加工完毕后，将设备按组装时相反的顺序小心拆卸下来放置稳妥，并清除管段上碎屑等。

4.4 主管道SG端数据拟合主管道RV侧组对完成后，测量SG侧管口端面及直管段并建模。将靶球固定装置安装在管道中心，在SG热段、冷段管口坐标系下，调整主管道SG侧管口使其与SG热段、冷段管口中心线对齐。根据已知焊接收缩量及焊接变形方向调整管口最终位置。测量主管道SG端3个管口位置，更新主管道模型。

5 结束语

本课题将反求工程理论研究思路和方法应用到AP1000主管道坡口加工工艺技术中，旨在通过实例模型的操作，形成主管道安装施工系统性、可借鉴性、标准化的施工工艺技术模式，为后续AP1000反应堆主冷却剂管道提供了技术支持和成功的先例。

【参考文献】

[1]孙汉虹，等.第三代核电技术AP1000[M].中国电力出版社，2009.

[2]林诚格，郁祖盛，等.非能动安全先进压水堆核电技术[M].北京：原子能出版，2010.

[3]中国电力投资集团公司，山东核电有限公司.AP1000核电厂系统与设备（上册），2009[Z].

[责任编辑：杨玉洁]