淺析核電站堆芯設(shè)備的拆除方式

楊秋紅

摘 要：為了對(duì)核電站堆芯設(shè)備進(jìn)行拆除，一系列不同的拆除工藝被開(kāi)發(fā)、發(fā)展和應(yīng)用。新型拆除技術(shù)與傳統(tǒng)拆除方法均在退役工作中得到了廣泛應(yīng)用，同時(shí)水下切割以及遠(yuǎn)距離控制切割技術(shù)的快速發(fā)展進(jìn)一步解決了退役拆除過(guò)程中的許多難題。本文對(duì)現(xiàn)有拆除技術(shù)以及輔助手段進(jìn)行選擇比較并分析。

關(guān)鍵詞：堆芯設(shè)備；遙控技術(shù)；拆除

1引言

隨著核電反應(yīng)堆陸續(xù)結(jié)束運(yùn)行，核電站反應(yīng)堆廠房?jī)?nèi)主要的放射性集中在反應(yīng)堆冷卻系統(tǒng)，其中放射性最高的是反應(yīng)堆壓力容器及反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)部構(gòu)件。拆除這類設(shè)備是極具挑戰(zhàn)性的。為了更好解決拆除的問(wèn)題，需要對(duì)這些不同種類的較高放射性的設(shè)備的拆除方法和技術(shù)進(jìn)行分析研究。

2拆除分析

對(duì)于反應(yīng)堆廠房?jī)?nèi)物項(xiàng)拆除順序按照：大型放射性污染設(shè)備、構(gòu)件→輕微污染設(shè)備→其他放射性污染設(shè)備→輔助系統(tǒng)→被活化、污染的建（構(gòu)）筑物→廠房環(huán)吊。本文中所研究的拆除對(duì)象即反應(yīng)堆中的大型放射性污染設(shè)備，主要包括：蒸汽發(fā)生器、反應(yīng)堆壓力容器及內(nèi)部構(gòu)件。

3拆除方法

為了對(duì)核電廠高放射水平部件進(jìn)行拆除，一系列不同的拆除切割工藝被開(kāi)發(fā)、改進(jìn)和應(yīng)用。等離子體電弧切割，接觸弧金屬切割和磨料水射流切割等新型拆除技術(shù)與圓盤(pán)鋸、線鋸、帶鋸等傳統(tǒng)拆除方法在退役工作中得到了廣泛應(yīng)用，同時(shí)與水下切割和遠(yuǎn)距離控制切割技術(shù)的配合也解決了退役過(guò)程中放射性較高的設(shè)備拆除的難題。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的選擇應(yīng)用以及輔助手段的配合對(duì)某核電廠放射性水平較高的設(shè)備的拆除技術(shù)進(jìn)行分析。

3.1壓力容器的拆除

壓力容器壁厚一般大于150～300mm。能夠切割超過(guò)200mm的切割工具有接觸弧金屬切割、高壓水磨料切割、機(jī)械鋸和金剛石線鋸等，壓力容器的放射性對(duì)于構(gòu)件低，可以進(jìn)行空氣中切割[1]。

接觸弧金屬切割、高壓水磨料切割、機(jī)械鋸三種切割頭具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。接觸弧金屬切割操作主要用于水下操作，機(jī)械鋸和高壓水磨料切割頭較適用于切割壓力容器。機(jī)械鋸由于其是剛性切口，較難改變切割方向，因此難以切割壓力容器頂部和底部。

相對(duì)而言，高壓水磨料切割的功能性較強(qiáng)，但切割產(chǎn)生大量的二次廢物泥漿，并消耗大量的水。

機(jī)械鋸具有較大的反作用力，其適合于安裝在線型運(yùn)動(dòng)的載帶裝置上。這意味著載帶裝置的選擇面更廣，可以配置較輕的載帶裝置，用于更狹窄的區(qū)域和更精準(zhǔn)的操作，而在壓力容器頂部和底部通常排布著小的管道，使得切割區(qū)域比較狹窄。

3.2堆內(nèi)構(gòu)件的拆除

內(nèi)部構(gòu)件相對(duì)于壓力容器壁厚較薄，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，現(xiàn)有遙控拆除技術(shù)有等離子體弧和機(jī)械遙控拆除。由于廠區(qū)內(nèi)換料水池很大，給予堆內(nèi)構(gòu)件拆除足夠的空間解體，且內(nèi)部構(gòu)件放射性較高，因此常用屏蔽在水下拆除方式。

等離子體弧遙控拆除內(nèi)部構(gòu)件已經(jīng)成功應(yīng)用于核電站退役中，典型的方式是在水下切割。等離子體弧切割是通過(guò)鎢電極和導(dǎo)電金屬表面產(chǎn)生直流電弧，在高速噴射的電弧作用下，工件表面發(fā)生局部熔化而實(shí)現(xiàn)切割[2]。

等離子體弧切割速度快，而且易于操作，但耗能高，產(chǎn)生煙塵和氣溶膠多。水下操作可降低受照劑量、控制切割溫度、抑制氣溶膠擴(kuò)散，但由于水的透明度和導(dǎo)電性變化，會(huì)給操作實(shí)施帶來(lái)困難。

3.3蒸汽發(fā)生器的拆除

蒸汽發(fā)生器的拆除，主要采用兩種切割工具來(lái)完成：高壓水射流切割工具與遠(yuǎn)距離操控機(jī)械手以及水冷金剛石線鋸。

高壓水射流切割，附加的磨料被添加到水射流中來(lái)提高切割力度。這些磨料和使用的水被看做二次廢物。切割過(guò)程使用的第二個(gè)工具是金剛石線鋸，這個(gè)線鋸包含一個(gè)金剛珠鏈，這些金剛珠的研磨作用，不同類型和層次的材料被切割。

高壓水射流與動(dòng)力手的結(jié)合對(duì)于外部殼體的切割十分有效且操作靈活，但是對(duì)于管束的切割就顯得不那么高效，所以采用金剛石線鋸作為管束的切割方法，可以看做是與高壓水切割互補(bǔ)的切割手段。[3]

4拆除技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

對(duì)于高放射性設(shè)備的拆除方案，具有針對(duì)性的切割方法以及水下切割遠(yuǎn)距離切割等的開(kāi)發(fā)也進(jìn)展迅速，尤其是遠(yuǎn)距離遙控技術(shù)的應(yīng)用，但是對(duì)于在放射性水平較高的設(shè)備的拆除工作中也面臨著許多難點(diǎn)和挑戰(zhàn)[4]。

■新型切割方法的研制增加了操作的機(jī)械可控性以及切割效率，但是另一方面與傳統(tǒng)冷切割方法相比更多不易處理的二次廢物，所以在解體切割方式的選擇上面要根據(jù)被切割設(shè)備形狀、厚度、材質(zhì)、放射性以及效率等多面進(jìn)行考慮。

■由于被切割的對(duì)象和情況不同，需選擇不同的載帶裝置，選擇適宜的遙控拆除技術(shù)。應(yīng)盡量研究多功能遠(yuǎn)程遙控系列設(shè)備、標(biāo)準(zhǔn)智能遠(yuǎn)程系統(tǒng)、通用操作軟件，減少單獨(dú)開(kāi)發(fā)研究所消耗的大量時(shí)間和成本，同時(shí)有利于操作人員的遠(yuǎn)程操作；

■遠(yuǎn)程操作進(jìn)行遙控拆除的精準(zhǔn)度有待提升。建立遠(yuǎn)程系統(tǒng)較好的反饋系統(tǒng)，多維攝像頭和分析系統(tǒng)可大大提高遙控拆除的效率；

■遙控拆除高負(fù)載機(jī)械臂的工具更換管理、尺寸減少、組件運(yùn)輸和包裝等方面仍是一項(xiàng)重要的研發(fā)內(nèi)容。

5結(jié)論

目前我國(guó)首個(gè)核電廠-秦山一期已接近其設(shè)計(jì)壽期，反應(yīng)堆的退役工作需要認(rèn)真對(duì)待，對(duì)于放射性水平較高的主設(shè)備拆除技術(shù)的研究已經(jīng)取得了很多的成果，針對(duì)不同特點(diǎn)不同放射性程度的設(shè)備也采取的有針對(duì)性的拆除方法，水下切割已經(jīng)遠(yuǎn)距離遙控切割的新科技和技術(shù)在持續(xù)的簡(jiǎn)化退役過(guò)程，并不斷提高員工安全。應(yīng)用這些技術(shù)和現(xiàn)有退役項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)都會(huì)使得未來(lái)的退役更加安全、便捷和經(jīng)濟(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1] IAEA. Status of the Decommissioning of Nuclear Facilities around of the World[R].STI/PUB/1201，2004.

[2] Jean-Guy Nokhamzon，DISMANTLING TECHNIQUES，2008.

[3] P. Valenduc，E. Cantrel，L. Denissen，The dismantling project of the BR3 reactor，Conference SFEN – ENC2005，Versailles，12-16 Décembre 2005

[4] André Crégut，F(xiàn)rench experience and plans：Demonstration is central to a multi-faceted R&D programme，Decommissioning nuclear facilities，1985.