AP1000堆內(nèi)構(gòu)件存放架導向柱優(yōu)化

徐西會

摘 ? 要：反應堆堆內(nèi)構(gòu)件存放架分為上部堆內(nèi)構(gòu)件存放架（MZ03）和下部堆內(nèi)構(gòu)件存放架（MZ05），在裝換料期間，起到暫存堆內(nèi)構(gòu)件的作用，在堆內(nèi)構(gòu)件就位于存放架過程中，導向柱起主要的導向作用。文章針對海陽核電1號機組堆內(nèi)構(gòu)件存放架導向柱的導向能力不足，無法精確導向上下部堆內(nèi)構(gòu)件的就位問題，提出優(yōu)化方案，使其滿足堆內(nèi)構(gòu)件從存放架位置提起或放下提供精確導向，減少人員工作劑量的同時也降低設備損壞風險。

關鍵詞：堆內(nèi)構(gòu)件存放架 ?上部堆內(nèi)構(gòu)件存放架 ?下部堆內(nèi)構(gòu)件存放架 ?導向柱 ?人員劑量

中圖分類號：TM623 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）08（c）-0177-02

在反應堆換料大修期間，上部堆內(nèi)構(gòu)件和下部堆內(nèi)構(gòu)件吊裝是裝換料期間的主線工作，影響大修工期，具有風險大、工作難度高、定位精度高等特點。其中上部堆內(nèi)構(gòu)件和下部堆內(nèi)構(gòu)件吊裝工作，由于臨近換料水池作業(yè)，受廠房工作劑量的影響，需安全高效的開展，因此上、下部堆內(nèi)構(gòu)件存放架導向柱的精確定位和良好導向是保證安全高效工作的前提。但現(xiàn)有上、下部堆內(nèi)構(gòu)件存放架導向柱均不能滿足安全高效的工作原則，無法在堆內(nèi)構(gòu)件移除或回裝過程中提供準備定位和良好導向。

建安、調(diào)試期間，由于未裝載燃料組件，且換料水池內(nèi)無水，現(xiàn)有導向柱的導向能力不足問題的不利影響不明顯，工作人員可以直接在換料水池底部，觀察堆內(nèi)構(gòu)件就位于存放架時的對中情況，并通過人為輔助使其準確就位。而換料大修期間，換料水池充滿水，工作人員無法進入水池底部，難以準確有效地進行輔助定位。因此需要優(yōu)化現(xiàn)有的導向柱來解決導向能力不足的問題。

1 ?上部堆內(nèi)構(gòu)件存放架導向柱

1.1 現(xiàn)有導向柱存在問題

上部堆內(nèi)構(gòu)件吊裝過程中，首先通過IGA吊具將IGA組件（Instrument Grid Assembly）支撐至堆內(nèi)構(gòu)件吊具平臺上，然后提升上部堆內(nèi)構(gòu)件至燃料定位銷高于壓力容器法蘭約100mm，操作環(huán)吊向上部堆內(nèi)構(gòu)件存放架移動至存放架位置后，緩慢下降環(huán)吊，待上堆芯板與存放架支撐環(huán)梁無干涉后，繼續(xù)下降，待下降至導向套高于導向柱50mm時，工作人員調(diào)整環(huán)吊，使堆內(nèi)構(gòu)件吊具導向套進入導向柱，且導向套與導向柱四周均勻，繼續(xù)下降，直至完全就位。

但此吊裝過程中存在以下三點風險：

（1）現(xiàn)有導向柱的有效導向長度約為1100mm，其導向長度不能滿足堆內(nèi)構(gòu)件的準確就位。當上部堆內(nèi)構(gòu)件上堆芯板進入存放架支撐環(huán)梁時，吊具導向套仍距離導向柱約有2800mm，此時僅憑環(huán)吊坐標定位（定位精度為±10mm），借助于水下攝像機觀察，存在堆內(nèi)構(gòu)件磕碰的風險。

（2）現(xiàn)有導向柱的直徑為158.5mm，堆內(nèi)構(gòu)件吊具導向套直徑為184.15mm，其導向柱粗細不能滿足堆內(nèi)構(gòu)件的準確就位。當?shù)蹙邔蛱祝ㄖ睆?84.15mm）進入導向柱導向柱（158.8mm）后，仍存在單邊約12mm的間隙，存在吊具在導向柱導向期間與存放架抗震支撐碰撞風險。

（3）當需吊裝下部堆內(nèi)構(gòu)件時，堆內(nèi)構(gòu)件吊具需要從上部堆內(nèi)構(gòu)件（IGA組件通過IGA吊具支撐于導向螺栓延長段上）上移除后，現(xiàn)有導向柱將吊具重新回裝于上部堆內(nèi)構(gòu)件上時，需耗費主線時間約3h。

因此現(xiàn)有的導向柱不滿足堆內(nèi)構(gòu)件吊裝的安全高效的要求。

1.2 新導向柱的優(yōu)化設計

針對現(xiàn)有導向柱吊裝過程中存在的風險，通過變更現(xiàn)有導向柱來避免存在的風險，具體設計思路如下：

（1）增加導向柱的長度，使上堆芯板進入存放架支撐環(huán)梁時已開始導向。考慮堆內(nèi)構(gòu)件吊裝時有盡可能多的水屏蔽，故其最長長度應滿足吊裝高度上有100mm的安全距離即可，此時變更導向柱的長度約為4360mm[2];

（2）增加導向柱的粗細，使堆內(nèi)構(gòu)件吊具的導向套與導向柱的配合間隙更合理，滿足精確定位的要求，變更后導向柱的粗細約為181mm。

1.3 方案的對比

兩種不同的方案，除在對設備安全性的主要因素外，還在占用大修主線時間的長短、人員接受的輻射劑量的多少等方面存在較大的不同：

（1）占用大修時間對比：原設計進行一次上下部堆內(nèi)構(gòu)件拆卸與回裝約耗時44h，變更后為36h;由此可見，若吊裝下部堆內(nèi)構(gòu)件可節(jié)省主線時間8h;若不吊裝下部堆內(nèi)構(gòu)件可節(jié)省主線時間4h。因此變更后更具有經(jīng)濟性。

（2）操作人員接受輻射劑量對比：原設計進行一次上下部堆內(nèi)構(gòu)件拆卸與回裝約接受8.8mSv人員總劑量，變更后約接受3.6mSv;由此可見，若吊裝下部堆內(nèi)構(gòu)件時，人員總接受劑量可減少約4.8mSv;若不吊裝下部堆內(nèi)構(gòu)件時，人員總接受劑量可減少約2mSv。因此變更后更符合ALARA原則。

綜合分析，從設備安全、節(jié)約主線時間、人員總接受劑量等方面考慮，變更后的上部對內(nèi)構(gòu)件存放架導向柱更合理。

2 ?下部堆內(nèi)構(gòu)件存放架導向柱

2.1 現(xiàn)有導向柱存在問題

下部堆內(nèi)構(gòu)件吊裝過程中，提升下部堆內(nèi)構(gòu)件至燃料定位銷高于壓力容器法蘭200mm，操作環(huán)吊往存放架移動，并通過環(huán)吊坐標定位于存放架位置，下降至導向套高于導向柱50mm時，工作人員調(diào)整吊具，使導向套進入導向柱，且四周均勻后，緩慢下降，待堆內(nèi)構(gòu)件距離存放架導向籃50mm時，停止下降，借助于水下攝像機來觀察下部堆內(nèi)構(gòu)件徑向支撐鍵與存放架導向籃的配合情況，并根據(jù)實際情況，微調(diào)環(huán)吊，確認無干涉后，繼續(xù)下降，直至完全就位。

但此吊裝過程中主要存在無法準確就位的風險：現(xiàn)有導向柱的粗細為158.8mm，而堆內(nèi)構(gòu)件吊具導向套內(nèi)徑為184.15mm，而存放架導向籃尺寸為438.2mm，下部堆內(nèi)構(gòu)件徑向支撐鍵尺寸為425.5mm，堆內(nèi)構(gòu)件徑向支撐鍵與存放架導向籃的配合間隙小于導向套與導向柱的配合間隙，其導向能力不能保證下部堆內(nèi)構(gòu)件徑向支撐鍵準確就位于存放架導向籃內(nèi)，極易二者發(fā)生磕碰，導致堆內(nèi)構(gòu)件損壞或無法就位于存放架。

2.2 新導向柱的優(yōu)化設計

針對現(xiàn)有導向柱吊裝過程中存在的風險，通過變更現(xiàn)有導向柱的粗細來避免存在的風險，具體設計思路如下：

（1）增加導向柱的粗細。變更后導向柱的粗細約為181mm，保證了導向套與導向柱配合間隙小于徑向支撐鍵與存放架導向籃之間的配合間隙，使導向套進入導向柱的導向后，即可準確定位。

（2）為減少堆內(nèi)構(gòu)件就位過程中的磕碰風險，可將存放架上導向籃的導向結(jié)構(gòu)去除。

2.3 二者對比比較

兩種不同的方案，在占用大修主線時間的長短、人員接受的輻射劑量的多少等方面存在較大的不同：

（1）占用大修時間對比：原設計進行一次下部堆內(nèi)構(gòu)件拆卸和回裝耗時14h或更多（存在長時間調(diào)整的可能）;而變更后約耗時10h。由此可見，吊裝下部堆內(nèi)構(gòu)件可節(jié)省主線時間4h，且保證下部堆內(nèi)構(gòu)件安全就位于存放架上。

（2）操作人員接受輻射劑量對比：原設計進行一次下部堆內(nèi)構(gòu)件拆卸和回裝約接受5.4mSv的人員劑量，而變更后約接受2.6mSv。由此可見，吊裝下部堆內(nèi)構(gòu)件時，人員總接受劑量可減少約2.8mSv。因此變更后更符合ALARA原則。

綜合分析，從設備安全、節(jié)約主線時間、人員總接受劑量等方面考慮，變更后的下部對內(nèi)構(gòu)件存放架導向柱更合理。

3 ?結(jié)語

海陽核電上下部堆內(nèi)構(gòu)件存放架在堆內(nèi)構(gòu)件吊裝時無法精確導向的問題在目前AP1000機組中均存在，為了解決此問題，文中提出了變更優(yōu)化的方案，并與現(xiàn)有設計進行了比較，并從設備安全、占用大修時間、人員操作劑量等方面對兩種方案進行比較，得出變更后的設計可更安全、高效的完成堆內(nèi)構(gòu)件吊裝工作。

參考文獻

[1] 顧軍.AP1000核電廠系統(tǒng)與設備[M].北京：原子能出版社，2010.

[2] 成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004.

[3] 盧啟海.核電站上部堆內(nèi)構(gòu)件存放架安裝階段焊接變形控制[J].科技風，2018（19）：149.