核反應堆壓力容器檢查升降平臺裝置設計研究

王龍　王俊濤　張志義　張軍　周文

【摘 要】針對核反應堆容器檢查范圍廣，檢查周期長問題，通過兩種設計方案的對比分析，并對研究難點進行了分析，提出了解決方法，確定了核反應堆壓力容器檢查升降平臺裝置的檢查方式，可實現多檢查區域并行檢查，實現壓力容器軸向的自動升降定位。

【關鍵詞】核反應堆；壓力容器；檢查；升降平臺

中圖分類號：TH273 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）08-0266-002

Nuclear reactor pressure vessel inspection lifting platform device design

WANG Long WANG Jun-tao ZHANG Zhi-yi ZHANG Jun ZHOU Wen

（CNC Wuhan Nuclear Power Operation Technology Co.， Ltd.， Wuhan， Hubei 4300223， China）

【Abstract】Aiming at the problem of wide inspection scope and long inspection cycle of nuclear reactor containers， through the comparison and analysis of two design schemes， the difficulties in the research were analyzed， and the solution was proposed. The inspection method of the nuclear reactor pressure vessel inspection lifting platform was determined. Multiple inspection zones can be checked in parallel to achieve automatic lifting and positioning of the pressure vessel in the axial direction.

【Key words】Nuclear reactor； Pressure vessel； Inspection； Lifting platform

0 引言

壓力容器的檢查通常采用固定平臺定位固定機械臂檢查壓力容器焊縫，由于壓力容器焊縫較多，而且分布較廣，通常利用上下兩個平臺來分別定位固定機械臂。采用一臺機械臂和上下平臺裝配檢查壓力容器焊縫時間周期太長，無法滿足電廠業主要求，而且設備起水下水安裝較頻繁，被輻射風險系數較大，而且檢查堆型受限。設計一種高效核反應堆壓力容器檢查升降平臺，在升降平臺上安裝兩臺機械臂實現同時檢查，可以大大縮短反應堆壓力容器檢查周期，降低檢查過程中對環吊的依賴性。

1 檢查對象描述

反應堆壓力容器是放置核燃料并承受高溫高壓的密閉容器，是壓水堆核電站中的關鍵設備。壓力容器的結構如圖1所示，由接管，上筒體、下筒體以及筒體底封頭組成，反應堆壓力容器固定和包容堆芯核燃料組件及堆內構建，使核燃料的裂變反應限制在一個封閉的空間內進行，它和一回路管道共同組成高溫冷卻劑的壓力邊界，是防止放射性物質外泄的第二道屏障之一[1-3]。

核反應堆壓力容器超聲檢查需要檢查區域有：壓力容器筒體與筒體連接焊縫、壓力容器筒體與底封頭連接焊縫、壓力容器接管安全端區域檢查、壓力容器筒體與接管連接區域檢查等。檢查區域多，且分布在壓力容器軸線不同高度上，設備定位安裝位置位于換料水池近15米深的水下。

2 檢查方案設計分析

2.1 總體設計方案一：

檢查裝置主體結構以上部支撐鍵槽支撐平臺為定位基準，如圖1所示，在上平臺下端安裝升降立柱，在上平臺上正裝機械臂，在升降立柱下部掛裝機械臂。兩臺機械臂實現同時檢查，上平臺上正裝機械臂檢查螺紋孔帶，升降立柱下部掛裝機械臂檢查壓力容器其他焊縫，檢查裝置主體結構初步分為：上平臺、升降平臺機構、機械臂三大部件。

2.2 總體設計方案二

檢查裝置主體結構以現有的有腿下平臺為基礎，如圖2所示，在有腿下平臺上安裝升降立柱，在有腿下平臺上倒掛機械臂，在升降立柱上部裝機械臂。升降平臺上裝有三個輔助支撐，保證整個檢查平臺的穩定性。整個檢查平臺一次性下水安裝，兩臺機械臂實現同時檢查，實現獨立分區域實施分布式掃查，設想下筒體環焊縫和接管區域掃查內容同時進行。升降平臺快速升降定位，實現所需檢查焊縫范圍全覆蓋。檢查裝置主體結構初步分為：有腿下平臺、升降平臺機構、平臺輔助支撐、機械臂四大部件。有腿下平臺及輔助支撐為設備支撐機構，升降平臺機構為中心導向機構；不同掃查任務的機械臂分布在中心導向機構上的不同區間，獨立運動在相應的掃查區域內，實施掃查任務；底部有腿下平臺支撐保證中心導向機構在容器內穩固，輔助支撐保證上裝機械臂在掃查接管及法蘭面時升降平臺的剛度，保證掃查質量。

2.3 方案分析

核反應堆壓力容器檢查在進行超聲檢查同時，通常需要對壓力容器接管安全端進行射線檢查。采用設計方案一時，由于采用的是上平臺支撐固定方式，在進行壓力容器超聲檢查的同時無法安裝射線工具，因此無法同時實現壓力容器超聲射線檢查。上平臺上正裝機械臂僅能進行螺紋孔帶檢查，與下掛機械臂同步掃查時間較短，節省掃查時間較少。采用設計方案二時，采用有腿下平臺支撐固定方式，在進行壓力容器超聲檢查時可安裝射線工具，實現壓力容器接管安全端射線同時檢查。可以節省壓力容器接管安全端射線檢查時間。有腿下平臺下掛安裝的機械臂能進行底封頭及下筒體環焊縫檢查，升降平臺上正裝的機械臂實現上筒體環焊縫及接管掃查，兩臺機械臂同時進行掃查的時間較方案一掃查方式長，節省較多掃查時間。綜合分析可知，設計方案二檢測方式檢查效率高，更能減少壓力容器檢查時間。

因此，在考慮壓力容器檢查周期以及設備起水次數兩方面因素，采用堆內構件支持面固定支撐，升降平臺實行從下向上的運動方式較好。

3 研究難點及解決方法

3.1 研究難點

（1）傳動方式的實施：在保證行程能覆蓋壓力容器檢查范圍的前提下，傳動機構結構緊湊，不影響機械臂的安裝操作實施；

（2）在進行壓力容器全范圍檢查過程中，如保證升降定位平臺的穩定性。

3.2 解決方法

（1）根據壓力容器高度及焊縫分布位置，升降平臺采用三節立柱，兩節立柱升降，一節立柱固定，利用兩段鋼絲繩實現兩節立柱的同步升降。

（2）為了保證立柱升出時的剛性及對中性，在最外一節立柱上設計有可展開及收攏的輔助支撐裝置。當立柱為升出時，輔助對中支撐展開并支撐壓力容器內壁，保證設備檢查時的穩定性。當立柱未生出時，輔助對中支撐收攏，減小對機械臂軌跡掃查影響。

（4）檢查裝置應用情況

研制的核反應堆壓力容器檢查升降平臺裝置各項指標滿足核反應堆壓力容器超聲在役檢查要求。既可以應用于M310堆型，也可以應用于AP1000堆型，為國內的核電站實施壓力容器檢查提供了一種高效、安全的檢查手段。目前該裝置以成功應用于多個核電站機組的壓力容器全范圍檢查。

4 結束語

核反應堆壓力容器檢查升降平臺裝置的研制成功，提供了一種快速有效的壓力容器并行超聲檢查方法，縮短了反應堆壓力容器檢查時間，提高了核反應堆壓力容器檢查效率，降低了檢查裝置對外界條件的依耐性，為核電廠安全運行提供了有力保障。

【參考文獻】

[1]張加軍，陳晶晶，車樹偉，等.淺析核電廠反應堆壓力容器完整性問題[J].《壓力容器》，2014（1）：48-55.

[2]賀寅彪，曲家棣，竇一康.反應堆壓力容器承壓熱沖擊分析[J].《壓力容器》，2004，21（10）：5-9.

[3]李承亮，張明乾.壓水堆核電站反應堆壓力容器材料概述[J].《材料導報》，2008，22（9）：65-68.