反應堆壓力容器頂蓋支座屏蔽體設計

竇鵬程

摘 要：反應堆壓力容器頂蓋支座屏蔽體（以下簡稱屏蔽體）是核電站換料檢修時所使用的專用設備之一。屏蔽體主要有兩個方面的功能：一是屏蔽來自RVH下部的γ射線，以減少操作人員所接受的輻射劑量；二是支承（調整）固定RVH密封槽清洗機軌道同時為RVH檢查設備提供進出通道。

關鍵詞：屏蔽體；支承；輻射劑量

中圖分類號： TL351.6 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2017）05-172-2

1 概述

反應堆壓力容器（RPV）固定和包容堆芯及堆內構件，使核燃料的裂變反應限制在一個密封的空間內進行。它和一回路管道共同組成高壓冷卻劑的壓力邊界，是防止放射性物質外逸的第二道屏障之一。

反應堆壓力容器由筒體和頂蓋兩部分組成[1]，材料采用Mn-Ni-Mo低合金鋼，其成份中C，Mn，Ni，Mo的質量分數分別為≦0.25%，1.5%，0.4%-1.0%，0.6%，其余為Fe。容器內壁堆焊一層厚度大于5mm的不銹鋼。

反應堆壓力容器頂蓋由半球形頂蓋和上法蘭焊接而成。頂蓋也成半球形，在頂蓋上焊有三只吊耳、一根排氣管、61個控制棒驅動機構管座、4個熱電偶管座和控制棒驅動機構通風罩法蘭。

反應堆壓力容器頂蓋支座屏蔽體（以下簡稱屏蔽體）是核電站換料檢修時所使用的專用設備之一。它坐落在RX 廠房+4.65m平臺反應堆容器頂蓋（以下簡稱RVH）存放間里，屏蔽體中心的理論位置是支承RVH 的三個支座的導向桿所在圓的中心。

2 屏蔽體功能及結構

2.1 屏蔽體功能

屏蔽體主要有兩個方面的功能：一是屏蔽來自RVH 下部的γ射線，以減少操作人員所接受的輻射劑量；二是支承（調整）固定RVH密封槽清洗機軌道同時為RVH檢查設備提供進出通道。

屏蔽體使用環境條件如下：

溫度：0～50℃；

相對濕度≤95%；

壓力：0.9602-1.060bar；

放射性水平≤20mSv/h；

質保等級： Q3。

2.2 屏蔽體結構及尺寸

屏蔽體的結構主要包括左環、右環、大門、小門、軌道支承、地腳等。左環、右環是屏蔽體的主體（如圖1），它和門梁、大門、小門拼接構成一個封閉的環形體。

左環、右環均采用HT200鑄造成型。其中一個接頭，兩環體采用搭接方式（搭接部分厚度均為全厚的1/2）通過4個螺栓和兩個的圓柱銷聯接固定，如圖2。在左環和右環上約三分之二高度處沿圓周方向設有3個徑向通孔，供吊運環體時使用。三個孔的中心構成一個三角形，環體的重心落在該三角形內，并且距離靠近環體兩端的兩孔的中心的連線很近。這樣，既保證了單獨吊運左、右環時環體保持平衡（不翻轉），又保證了拼裝后采用緊鄰兩接頭的四個孔起吊時整體受力比較均勻?，F場吊裝完畢后，用6個圓柱塞堵上孔道。另一個接頭處，設一可開關的大門，便于檢修設備出入。

屏蔽體上的大門和小門是為了滿足RVH 檢查設備的要求而設置的。大門是檢查設備進出的通道（如圖3），小門是設備電纜的通道；大門和小門的下邊緣距地面均留有間隙，便于門的開關。大門上有插銷，同時插銷柄兼作手柄。大門通過兩個門耳和門軸與左環聯接；小門通過合頁與大門聯接，其上也有插銷。

屏蔽體周圍共設有23 根RVH密封槽清洗機軌道的支承桿。由于RVH 密封槽清洗機軌道由3 段拼接而成（其中兩段較長的軌道焊接在一起，一段較短的軌道用螺釘與另兩段聯接，可拆卸）在較短的那一段軌道的兩端接頭處有兩個卡口，因此為了適應軌道接頭和卡口以及環體接頭和大門的位置要求，支承桿沿圓周方向不是完全均勻分布，而是在首先滿足軌道兩卡口和大門的位置要求下，盡量均勻布置的。支承桿在高度方向有調節能力（如圖4），在直徑方向單邊也有調節能力，以滿足RVH 密封槽清洗機對軌道安裝的要求。同時，支承桿上還設有在軌道調定后鎖緊軌道的裝置。

環體下部總共設有6個地腳螺栓，以便將屏蔽體安裝就位后固定在地板上，

2.3 屏蔽厚度計算

屏蔽體屬非受力構件，因此不需要進行機械性能方面的計算。

屏蔽體的主要目的就是屏蔽來自RVH 下部的γ輻射，因此必須校核屏蔽體的屏蔽厚度，以保證具有足夠的屏蔽能力。

原屏蔽體采用厚鋼板包殼澆灌厚混凝土作屏蔽層，據此可換算出采用灰鑄鐵作屏蔽層時所需的屏蔽厚度。鋼板密度取7.8×103kg/m3，灰鑄鐵密度取7.0×103kg/m3，混凝土密度為1.8-2.45×103kg/m3，保守選取其密度為2.45×103kg/m3，按照密度與厚度之乘積相等具有同等屏蔽能力的原則，換算出具有原屏蔽體同等屏蔽能力所需灰鑄鐵的厚度L=76.1（mm）

現屏蔽體厚度為130mm，遠遠大于所需厚度；門的厚度為80mm，也超過了所需厚度，可見現屏蔽體的屏蔽能力是足夠的。

改進后物項的功能和性能如下：

①混凝土對γ射線的半減弱厚度為50mm，鐵的半減弱厚度為15mm；

②原混凝土屏蔽體厚度為200mm，新的鑄鐵屏蔽體厚度為130mm，徑向屏蔽效果比原屏蔽體好。

3 結束語

采用鑄鐵屏蔽體取代原鐵皮混凝土屏蔽體，其優點是：

①便于保證制造和安裝精度；

②鑄鐵比混凝土具有更好的屏蔽性能，可以適當的減少屏蔽體的厚度，為清洗小車留存足夠的活動空間；

③同時增加了頂蓋密封槽清洗小車支承的調整和固定裝置。

參 考 文 獻

[1] 廣東核電培訓中心.900MW壓水堆核電站系統與設備（上冊）[M].北京：原子能出版社，2007.