壓水堆核電廠堆內構件安裝加工件控制

張彩放

（中國核工業二三建設有限公司，廣東 深圳 518124）

壓水堆核電廠堆內構件安裝加工件控制

張彩放

（中國核工業二三建設有限公司，廣東 深圳 518124）

對壓水堆核電廠反應堆關鍵設備的堆內構件安裝過程的加工件控制所存在的問題進行深入分析，提出堆內構件安裝加工件的測量、加工、檢查等控制環節的關鍵要求，歸納總結了堆內構件安裝加工件的控制要素，結合筆者的施工經驗，分析堆內構件安裝加工件的控制關鍵點，提出了堆內構件安裝加工件質量控制和風險防范的措施，對堆內構件安裝加工件控制具有指導意義。

核電；堆內構件；安裝加工件；控制

壓水堆核電廠反應堆的堆內構件安裝是核電工程關鍵路徑上的關鍵施工活動，具有施工周期長、質量要求高、施工風險大等特點，整個施工過程的風險控制難度很大。核電廠在運行期間，每年停堆檢修期間都需要吊出上部堆內構件進行核燃料的更換工作，每10 a進行一次的大修期間需要吊出下部堆內構件進行全面檢查，驗證在長期滿負荷運行狀況下的堆內構件間隙變化及堆內構件受損情況，因而堆內構件安裝的質量高低關系到核電廠的長期可靠、安全運行。

堆內構件安裝施工的關鍵控制點就在于堆內構件安裝加工件的控制。本文的研究目的在于著眼解決核電施工中堆內構件安裝加工件控制存在的問題。有針對性地詳細分析堆內構件安裝加工件的種類、剖析目前施工存在的問題、剖析堆內構件安裝加工件控制關鍵點，探討堆內構件安裝加工件控制的關鍵因素。結合施工經驗，總結了堆內構件安裝加工件的質量控制措施和風險防范關鍵點。

本文對壓水堆核電廠反應堆的堆內構件安裝加工件的質量控制和風險防范具有一定指導意義，對其他堆型的核電廠反應堆的堆內構件安裝也可借鑒參考。

1 堆內構件概述

1.1 堆內構件的組成

堆內構件指在反應堆壓力容器內除燃料組件及其相關組件以外的所有其他結構件，由上部堆內構件、下部堆內構件以及壓緊彈簧等直屬部件組成。上部堆內構件由熱電偶柱、控制棒導向筒、上支承板、上堆芯板等組成；下部堆內構件由吊籃組件、二次支承組件、能量吸收器組件等組成。堆內構件總體結構示意圖見圖1。

1.2 堆內構件的功能

（1）堆內構件是反應堆壓力容器內支撐和固定堆芯組件的結構部件，盛裝燃料組件與相關組件，并為它們提供定位和預緊力；

（2）為控制棒組件提供可靠的導向，吸收控制棒動態載荷（如落棒沖擊能、燃料組件載荷等），并傳遞給反應堆壓力容器；

（3）為堆芯提供冷卻劑流道和合理的流量分配，并減少冷卻劑無效泄漏；

（4）為反應堆壓力容器提供保護，屏蔽中子和γ射線，減少壓力容器的輻照損傷；

（5）為堆芯中子注量率測量和溫度測量系統提供固定支承和導向；

圖1 堆內構件總體結構圖Fig.1 Overall structure of reactor internals

（6）為壓力容器輻照樣品監督管提供固定的位置；

（7）為堆芯跌落提供二次支承。

1.3 堆內構件安裝簡述

堆內構件安裝的施工主線為：下部堆內構件第一次吊入；下部堆內構件與壓力容器的對中；管嘴間隙、徑向支承座與徑向支承鍵的間隙測量；U型嵌入塊的加工；上部、下部堆內構件的對中復測；U型嵌入塊的安裝（含定位銷冷裝）；吊籃以下組件的安裝；上部堆內構件的控制棒導向筒安裝等主要工序。

堆內構件現場安裝的特點是“慢工出細活”。施工持續很長周期的工作是間隙測量，施工周期里有大量工作與各種間隙、長度的測量密切相關，共有超過15種測量工作，檢查記錄接近5 000條。

堆內構件安裝工作的難點：

（1）U型嵌入塊的加工和安裝；

（2）上部、下部堆內構件對中復測；

（3）管嘴的修磨（必要時）。

其中施工關鍵控制點：

（1）U型嵌入塊定位銷的加工和安裝；（2）管嘴修磨的控制（必要時）。

2 堆內構件安裝加工件問題剖析

2.1 堆內構件安裝加工件概況

堆內構件安裝加工件主要有以下類型：（1）壓力容器徑向支承座檢查、修磨；（2）堆內構件U型嵌入塊加工；

（3）堆內構件U型嵌入塊現場研磨；

（4）U型嵌入塊定位銷銷孔鉸制；

（5）U型嵌入塊定位裝銷加工、安裝（液氮冷裝）；（6）堆內構件能量吸收器組件導向柱加工；（7）堆內構件管嘴修磨（現場檢查間隙超差時）。

堆內構件安裝加工件和關鍵施工路徑密切相關，設計要求的加工允許誤差很小。

堆內構件典型加工件U型嵌入塊的結構見圖2。

2.2 堆內構件安裝加工件問題剖析

圖2 U型嵌入塊結構圖Fig.2 Structure of U-shape embedded block

以U型嵌入塊間隙檢查為例：檢查徑向支撐間隙，其中切向間隙值BL、BR、TL、TR允許偏差要求0～0.025 mm，徑向間隙值TM、TN、TJ、TK允許偏差±0.14 mm，4個方位的檢查測量要求相同，測量示意見圖3。

堆內構件安裝加工件其余的偏差情況及目前存在的問題如表1所示。

圖3 徑向支撐間隙檢查Fig.3 Clearance inspection for radial bearing

表 1 堆內構件安裝加工偏差情況Table 1 Reactor components installation process devistions

3 堆內構件安裝加工件控制關鍵點

3.1 基礎間隙、長度數據的準確測量

基礎數據的測量精確度是堆內構件安裝工作的基礎，決定了后續安裝工作的成敗。管嘴間隙、嵌入塊間隙、銷孔內徑、能量吸收器長度等數據測量，是整個測量工作的關鍵。嵌入塊研磨余量大小的確定對后續的安裝工作起了很大的影響，余量大了會加大現場的研磨工作量，增加安裝難度，余量小了引起間隙的增大，可能會導致嵌入塊報廢。

3.2 機加工尺寸的精確控制

（1）U型嵌入塊的機加工尺寸的余量控制。加工薄了就報廢，余量留過大，加大了現場研磨工作量，增加了施工難度和工期。

（2）U型嵌入塊的加工是堆內構件安裝工作的重點。加工要求很高，形狀較復雜，加工難度大，容易發生不符合項甚至報廢，必須派有經驗人員全程跟蹤。

（3）定位銷的過盈量控制。由磨床采用逐步逼近法加工，銷子外徑盡量控制接近下公差。

（4）能量吸收器組件導向柱加工長度控制。需要考慮焊接收縮量因素，并嚴格按照焊接要求施工，控制焊接變形。

3.3 現場施工的規范操作控制

施工操作的規范化是質量保證和風險防范的重要環節，包括質量檢查工作的規范化、表格化都有利于安裝質量的控制和管理。

4 堆內構件安裝加工件質量控制和風險防范措施

通過堆內構件安裝加工件目前存在的問題和控制關鍵點的分析，結合筆者在堆內構件施工技術管理方面的多年現場施工經驗，提出以下幾個方面的建議。

4.1 人員培訓

人是安裝工作的執行者，安裝工人素質的高低直接影響安裝質量，關系到安裝工作能否順利進行。培訓的內容主要有質量意識、安全風險、技能訓練等方面，技術人員和施工班組分開培訓，交叉討論。

技能培訓主要內容：

（1）間隙的準確測量。要求能熟練掌握各種測量工具，精確測量時測量值與標準值偏差不得大于0.01 mm；

（2）對中復測的培訓。要求能熟練掌握對中器材的使用，能快速準確讀數；

（3）研磨的培訓。需要訓練在研磨過程中使用電動工具對平面進行修磨；

（4）專項培訓。如定位銷的低溫冷卻控制及快速冷裝操作；

（5）專用工具的制備和使用。培訓包括：壓力容器U型支承座檢查研磨板、三爪內徑千分尺、鉆孔工具、鉸刀（建議采購進口的高速螺旋機用鉸刀）、自制管嘴打磨深度測量工具和檢驗樣板、能量吸收器加工長度測量基準桿、銷子冷裝的液氮保溫箱及安裝夾持工具、銷子裝入深度控制工具等。

4.2 間隙、長度準確測量措施

間隙和長度的準確測量是過程控制的關鍵環節，采用以下措施：

（1）班組2人獨立測量，使用同一工具，測量前后應對量具進行校驗檢查；

（2）加強漂移數據分析和識別剔除；

（3）專業質檢、監理人員全程旁站并獨立測量抽查；

（4）記錄表格規范化，始終保留現場實測數據：拍照、掃描，以便跟蹤和復核；

（5）下部堆內構件第一次吊入反應堆容器前，若有條件建議用三維測量儀檢查管嘴的外徑和反應堆容器的接管內徑，計算機模擬成型比較后復核管嘴的間隙，防止堆內構件吊入時間隙太小導致的吊裝風險；

（6）定位銷孔的直徑測量：用相同的測量工具對同一孔不同深度位置進行測量，要將銷孔的整個形狀測量出來，找出最小直徑D，作為銷子的加工基準；

（7）自制專項測量的專用工具：如堆內構件管嘴打磨深度測量，打磨檢查樣板等。

4.3 堆內構件管嘴修磨控制措施

當現場測量堆內構件管嘴間隙值小于要求值，又無法通過對中位置調整來滿足設計要求時，需對下部堆內構件管嘴進行修磨。主要原因在于堆內構件與壓力容器這兩大設備是由兩個廠家生產，堆內構件制造是在得到壓力容器廠家提供的數據后才進行管嘴加工，廠家通常會把堆內構件管嘴的外徑控制在上公差或稍微超大一些，防止出現間隙過大更難處理的情況，因此安裝現場出現堆內構件管嘴需要修磨的概率較高。

堆內構件管嘴修磨控制措施如下：

（1）測量足夠的基礎數據，擴大測量的點數，將要修磨的管嘴按切向分成24等分，在實際操作控制時每一等分又在厚度方向測3個點；

（2）制備修磨需專用工具。修磨前用薄鋁板（厚度為2～3 mm）做一個半徑為1 753.2 mm的檢查模板，在管嘴修磨前利用管嘴本身的柱面進行校核修磨定型模板。

（3）用檢查模板檢查管嘴，將每一次檢查的區域在管嘴側面標記出來，將管嘴與模板的間隙記錄下來，作為修磨過程中和修磨后檢查的基礎數據。

（4）制作專用的深度測量工具，如圖4所示。

圖4 管嘴修磨深度測量專用工具Fig.4 Special tool for measuring the nozzle thinning depth

（5）以管嘴間隙設計值作為基準值，計算各區域需打磨的深度。劃線前在管嘴表面做PT檢查。

（6）將管嘴進行均分：徑向分為3層，周向分為24個區，共72個小區域，每個區域一個參考點，可適當增加參考點。用記號筆在管嘴表面劃線，如圖5所示。

（7）建立“修磨基準孔”。用φ3 mm鉆頭（鉆頭端部應作適當修磨尖細）在每個劃線小格中間鉆修磨的基準孔，孔的深度為需修磨量控制基準，測量孔深并作記錄。每一次測量時應先在未鉆孔管嘴表面處將專用測量表校零，鉆孔深度應比控制預定值小約0.05 mm。若某個孔鉆深超差大了，用黑色記號筆將孔標記出，在該孔旁邊再鉆一個符合要求的孔。

（8）所需基準孔鉆好后，在孔深處涂上紅丹。然后開始逐層修磨，從孔較深的區域開始修磨，每一層修磨量控制在0.10 mm以內。

（9）在修磨過程為確保管嘴形狀，用專用測量表、模板檢查，與原始數據進行比較。

（10）開始時可用帶式拋光機或碟式拋光輪進行修磨，當總修磨量剩0.10 mm以內時只能采用碟式拋光輪進行修磨。

（11）按照上述的步驟逐層進行修磨，直到接近預定的修磨總量，此時若還有黑色標記的孔則用拋光輪修磨圓滑過渡。

（12）修磨完畢將基準孔打磨平后，用模板檢驗管嘴的圓柱度，局部采用拋光輪修磨或“油石”進行研磨，確保表面粗糙度基本達到R6.3 μm。

（13）完成修磨后，將管嘴表面清理干凈并做PT檢查。

（14）把下部構件清潔干凈，將其吊入反應堆容器內。用塞尺逐一檢查管嘴間隙值，間隙值在要求范圍內管嘴修磨工作即告完成，若間隙值不滿足要求則進行下一輪修磨，一直到間隙值合格為止。

鉆孔的質量取決于專業者技能（包括鉆頭打磨和鉆孔的控制）。管嘴形狀的保持是通過逐層修磨，確保每一層的修磨量嚴格控制在0.10 mm以內且保持整個修磨區域均勻。修磨過程中需用模板檢查并與原始值對比，保證在每一層修磨過程中保持管嘴形狀。

秦山核電二期工程、秦山核電二期擴建工程和嶺澳核電二期工程都采用上述方法對管嘴進行了修磨，修磨時都成功控制了尺寸和形狀。

圖5 管嘴修磨區域及劃線示意圖Fig.5 Skematic of nozzle thinning region and lineation

4.4 安裝操作過程程序化，檢查內容表格化

施工現場需要強調操作過程程序化，檢查內容表格化，有利于質量控制和風險防范。例如堆內構件吊裝階段的電子稱使用：每一次吊裝都應接好電子秤，觀察重量及摩擦力的變化情況并作出記錄，以供下一次吊裝時參考。不管情況如何，摩擦力變化值超過2 500 N時，應立即停鉤，查明情況后再作決定。

檢查內容表格化并要求施工、檢查人員在相應欄目簽字，這有利于質量的跟蹤管理要求。

4.5 高風險施工活動專業化

中國核工業第二三建設公司的模式是由堆芯施工專業化公司（核反應堆安裝公司）來負責各核電項目的所有堆芯施工活動，對高風險施工作業活動實施專業化作業，采用模式是培養建立U型嵌入塊定位銷安裝的專業施工小組結合施工專家制度來控制。

專業施工小組按每組5人，配備2個施工小組。施工小組集中演練銷孔的鉸制、定位銷加工控制、定位銷冷裝操作。專業施工小組對訓練所積累數據進行分析改進，注重操作流程、心理素質、工具使用的專門訓練，把U型嵌入塊、定位銷安裝的高風險作業處于受控。

4.6 應急預案措施模式化

由于施工中會出現一些預料之外的質量問題或不符合項，為了規范問題的處理，有利于問題的及時妥善解決，避免在關鍵路徑上耗費反復的論證環節，本著“實事求是”有針對性的原則，提出以下建議：

（1）施工單位和設計單位要坦誠交流，對堆內構件安裝控制參數和關鍵環節達成共識。例如：定位銷排氣槽的布置和加工，我們的合理化建議被設計院采納，排氣槽由原來只有一個，深度0.36 mm；修改為120°均布三個排氣槽，深度0.50 mm，降低了現場定位銷安裝時排氣不暢產生“氣錘”現象的風險。

（2）把堆內構件施工幾個階段的質量和安全風險分析標準化，措施規范化；對可能出現的問題和擬采取的應急預案及處理方法模式化。建議在施工啟動前的方案評審階段能達成共識，以免現場出現預料中的問題再臨時抽調專家討論，耽誤時間。

（3）施工過程須對存在的質量、安全風險采取針對性的預防措施，在實施過程加強檢查力度，盡量防止問題的出現或在問題出現的初級階段就及時發現并修正。

5 結束語

堆內構件安裝是核電廠施工關鍵路徑上的關鍵設備，正常計劃施工周期長達180天。堆內構件施工過程的難度和風險都是核電施工中最大和最難控制的，做好堆內構件安裝的質量控制和風險防范顯得尤其關鍵，而堆內構件加工件的控制又是施工過程的控制關鍵環節。

本文提出的堆內構件安裝加工件的質量控制和風險防范措施已在秦山核電二期、 秦山核電二期擴建工程、嶺澳核電二期工程得到了充分的應用，且在應用中逐步完善。它對堆內構件安裝技術和施工管理的整體控制具有較高的指導作用，對類似施工活動質量管理和風險控制也具有一定借鑒作用。

本文提出的控制方法對堆內構件的安裝起有“防洪堤”工程的效果，對探討如何合理縮短堆內構件施工工期和優化施工邏輯也同樣具有參考作用。

[1] 核動力研究設計院. 堆內構件安裝技術要求.

[2] 黃國炤. 秦山二期工程堆內構件現場安裝技術[J]. 核電，2004，5.

[3] 壓水堆核電廠堆內構件安裝施工及驗收規范.

[4] 王兆良. 堆內構件安裝. 大亞灣核電站建設經驗匯編[M]. 北京：原子能出版社，1996.

Dimensional control and check of fi eld machining parts for reactor internals installation

ZHANG Cai-fang
（China Nuclear Industry 23rdConstruction Co., Ltd., Shenzhen of Guangdong Prov. 518124，China）

Some key issues of dimensional control for reactor internals installation are analyzed, and important technical requirements of crucial quality control elements on the measurement, machining, and checking of reactor internals filed machining parts are discussed. Moreover, provisions on quality control and risk prevention of reactor internals filed machining parts are presented in this paper.

nuclear power；reactor internals；installation machining parts；control

TL35

A

1674-1617(2010)04-0323-08

2010-08-25

張彩放（1972—），男，福建人，高級工程師，在讀碩士，從事核電反應堆主系統設備安裝技術研發和技術管理工作。