三門核電反應堆壓力容器導向柱優化

摘要：反應堆壓力容器導向柱在機組安裝、調試和大修期間為反應堆壓力容器頂蓋及上下部堆內構件拆裝提供導向。文章針對三門核電1號機組反應堆壓力容器導向柱導向高度不足，無法精確導向上下部堆內構件部的問題，提出優化方案，使其滿足為堆內構件吊出、吊入反應堆壓力容器提供精確導向的要求，降低作業風險，提高電廠經濟性。

關鍵詞：三門核電廠；反應堆；堆內構件；壓力容器；導向柱 文獻標識碼：A

中圖分類號：TG115 文章編號：1009-2374（2015）23-0027-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.015

1 概述

在核電廠調試及大修過程中，反應堆上部堆內構件吊裝、反應堆下部堆內構件吊裝及反應堆壓力容器頂蓋吊裝是核島最重要的設備吊裝作業，風險大，要求高，并且占據著主線時間，對核電廠的安全性和經濟性有著至關重要的影響。在進行上下部堆內構件及反應堆壓力容器頂蓋吊裝作業時，設備的精確定位和導向主要依靠導向柱來保證。三門核電1號機組作為全球首臺AP1000，其反應堆壓力容器配備有2根導向柱，用于在安裝、調試和大修期間來導向反應堆壓力容器頂蓋和上、下部堆內構件的吊裝。現有導向柱每根長4420mm，有效導向高度為4004.5mm，在吊裝反應堆壓力容器頂蓋時可以完全滿足導向要求，但在吊裝上、下部堆內構件時長度不足，無法進行精確導向。

首爐裝料前的吊裝操作過程中，此問題帶來的不利影響不是十分明顯，因為此時安裝、調試人員可直接在換料水池底部觀察確認堆內構件吊裝的對中情況，在人工定位之后將堆內構件下降到壓力容器內，當堆內構件下降到合適高度后，再由導向柱提供導向。而換料大修期間，堆內構件吊裝時換料水池充滿屏蔽水，吊裝指揮無法進入換料水池底部，此時堆內構件在進入壓力容器前就需要導向柱進行導向。在換料大修期間的上部堆內部件吊出過程中，當上部堆內構件堆芯上板吊離反應堆壓力容器筒體法蘭面約100mm時，需要檢查堆芯上板是否帶出控制棒組件。如果控制棒組件被帶出，則需先將上部堆內構件回裝到位，對問題進行處理后重新起吊上部堆內構件。現有導向柱高度不能滿足此操作要求。

吊出下部堆內構件時，由于下部堆內構件高度較高，吊出和吊入壓力容器過程中，現有導向柱高度不能滿足下部堆內構件吊裝操作的導向要求。

另外，受到反應堆壓力容器頂蓋自身結構的限制，當頂蓋在反應堆壓力容器上時或在吊離/吊裝至反應堆壓力容器時，導向柱的高度不能超過5278.9mm。

因此，需要通過優化導向柱解決以下兩個問題：問題一：上、下部堆內構件吊裝過程中的導向柱導向高度不足的問題；問題二：在保證上、下部堆內構件吊裝時導向柱的導向高度滿足要求的前提下，確保導向柱在反應堆壓力容器頂蓋吊裝過程中不超過頂蓋對導向柱的高度限值要求。

2 優化方案一：配置長、短兩套導向柱

此優化方案配置的長、短導向柱有效導向高度分別為9100mm和4150mm。

在反應堆壓力容器頂蓋和上部堆內構件吊裝時使用短導向柱。當需要從壓力容器內吊出下部堆內構件時，先降低系統水位至反應堆壓力容器筒體法蘭面以下，然后拆除短導向柱，再安裝長導向柱，最后升水位進行下部堆內構件的吊出操作；在回裝過程中，當下部堆內構件回裝完成后，將系統水位降低至反應堆壓力容器筒體法蘭面以下，然后拆除長導向柱，再安裝短導向柱，最后升水位進行后續操作。

3 優化方案二：配置一套可拆分式導向柱

此優化方案配置的一套導向柱，每根導向柱可以拆分為2段，按安裝位置從下到上分為短導向柱和延伸導向柱。短導向柱的有效導向高度為4150mm，延伸導向柱的有效導向高度為4950mm，兩段導向柱連接后總有效導向高度為9100mm。預計加上安裝段與錐形頭段的短導向柱長為4565mm，短導向柱和延伸導向柱連接后總長9515mm。在反應堆壓力容器頂蓋和上部堆內構件吊裝時使用短導向柱，并在短導向柱頂部安裝錐形頭。當需要吊出下部堆內構件時，在不降水位的情況下，操作人員借助裝卸料機或堆腔輔助平臺進行操作，拆除短導向柱頂部的錐形頭，將延伸導向柱安裝在短導向柱頂端，再吊出下部堆內構件；待下部堆內構件回裝完成后，拆除延伸導向柱并安裝短導向柱頂部的錐形頭以進行后續操作。

4 兩種優化方案的比較

無論采用上述方案中的哪種，在反應堆壓力容器頂蓋和上部堆內構件的吊裝過程中都是使用短導向柱進行導向，兩者的工藝流程也都一致。但是，當進行下部堆內構件吊裝作業時，兩者的工藝流程就產生了較大的差別，從而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均有較大的不同。

4.1 占用大修主線時間對比

下部堆內構件的吊裝占用大修主線時間，因此吊裝下部堆內構件時，更換導向柱占用著大修主線時間。方案一占用大修主線時間包括為長短導向柱更換增加必要輻射防護措施的時間（約1小時）、降和升換料水池7.6m水位的時間（約3.92小時）以及長短導向柱的兩次更換操作時間（約10.5小時），總計約15.42小時；方案二占用大修主線時間包括短導向柱頂端錐形頭拆裝時間（約1小時）和裝拆延伸導向柱時間（約4小時），總計約5小時。

由此可見，采用方案二比采用方案一每次大修可節省主線時間10.42小時，具有更好的經濟性。

4.2 操作人員受到的輻射劑量對比

方案一：拆除短導向柱時需要4名操作人員站在換料水池底部工作3小時，人員總輻射劑量為0.6mSv；導向柱安裝時需要6名操作人員站在換料水池底部工作2.25小時，人員總輻射劑量為0.675mSv。大修期間要進行兩次導向柱的更換操作，正常情況下采用方案一時操作人員接受的總輻射劑量為2.55mSv。

方案二：拆裝短導向柱錐形頭需要4名操作人員站在裝卸料機人員通道工作1小時，人員輻射劑量為0.10mSv；將延伸導向柱安裝到短導向柱頂端需要4名操作人員站在裝卸料機或堆腔輔助平臺工作2小時，人員輻射劑量為0.2mSv。正常情況下采用方案二操作人員接受的總輻射劑量為0.6mSv。

通過對比可知，采用方案二時，操作人員受到的總輻射劑量比采用方案一要少約1.95mSv。

4.3 導向柱更換操作對比

采用方案一時，每次更換導向柱的主要操作步驟如下：（1）安裝導向柱吊耳；（2）將手拉葫蘆聯接到環吊副鉤上，測力計懸掛在手拉葫蘆吊鉤上，將導向柱吊耳與測力計連接；（3）提升手拉葫蘆，保持合適的提升力，拆除導向柱；（4）利用環吊將導向柱吊至135′平臺并傾翻至水平狀態儲存；（5）清洗檢查過渡套螺紋，涂抹潤滑脂，對新的O型密封環涂抹潤滑脂，清洗導向柱安裝孔，并目視檢查其螺紋，不得有損傷；（6）將手拉葫蘆聯接至所需更換的導向柱上，提升環吊副鉤將導向柱吊從水平狀態傾翻至垂直狀態；（7）將導向柱吊裝至安裝孔位置，對中后安裝導向柱；（8）拆除手拉葫蘆、測力計等工具。

方案二的操作分為以下步驟：（1）拆除短導向柱的錐形頭，將專用工具聯接到環吊副鉤上并就位至短導向柱頂端，操作專用工具拆除錐形頭并吊至135′平臺儲存；（2）將導向柱吊耳旋入延伸導向柱吊裝孔，拆下專用工具，將手拉葫蘆環吊副鉤連接，將測力計懸掛在手拉葫蘆吊鉤上，將導向柱吊耳與測力計連接；（3）操作環吊副鉤，將延伸導向柱翻轉至豎直狀態，并移動至壓力容器短導向柱安裝孔正上方。下降導向柱，當下端進入短導向柱頂部后要特別小心，當延伸導向柱底部接觸到短導向柱頂部后（測力計讀數開始降低），停止下降；（4）將導向柱拆裝把手插入導向柱插孔，手動下壓延伸導向柱到位，旋轉把手使延伸導向柱與導向柱嚙合；（5）拆除手拉葫蘆、測力計等工具。

對比兩種方案，方案一工作較為簡單，但工作步驟多，工作量較大，花費時間和人力較多；方案二工作步驟較少，花費的時間和人力較少，涉及水下操作，對操作人員技能要求較高，操作難度相對較大，但可以通過加強培訓來提高人員的工作技能。

4.4 導向柱運輸安裝對比

根據目前工程實際，三門核電1號機組在大型設備（蒸汽發生器、反應堆壓力容器、穩壓器等）吊裝完成以后已經將反應堆廠房穹頂安裝就位并焊接完成，屏蔽墻澆筑完成。因此，更換的導向柱需要通過附屬廠房吊裝口和設備閘門運輸至反應堆廠房換料水池。

導向柱運輸的路徑：導向柱運至107′平臺，通過附屬廠房吊裝口運至附屬廠房135′平臺，再通過設備閘門運至135′平臺，最終運輸至換料水池。設備閘門的直徑只有4.9m，吊裝區域空間有限，方案二中長度為4950mm的延伸導向柱比方案一中長度為9515mm的長導向柱導更容易傾翻，吊運難度更小，更容易實現導向柱的吊入、安裝工作。

5 結語

三門核電1號機組反應堆壓力容器導向柱導向高度不足、無法滿足上下部堆內構件吊裝時精確導向的問題在目前的AP1000機組中均存在，為解決此問題，文章提出并分析對比了兩種優化方案，在滿足吊裝作業精確導向的前提下，采用配置一套可拆分式導向柱的方案占用大修主線時間更少，操作人員受到的輻射劑量更少，安裝運輸更為方便，更換操作工作量較小，具有更好的經濟性，雖然更換操作難度相對較大，但可以通過加強操作人員的培訓、提高操作技能來解決，后續機組也可參照此方案進行相應優化。

參考文獻

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作者簡介：葉榮山（1987-），男，浙江安吉人，三門核電有限公司助理工程師，研究方向：核電維修。

（責任編輯：周 瓊）