華龍一號主設備保溫拆裝數字化模型研究

中廣核蒼南核電有限公司 楊軍魁 萬廣千 衛軼君

1 引言

核電廠核島主設備保溫拆裝人員面臨的高劑量輻射屬于行業共性問題。保溫拆裝數字化模型，通過三維建模仿真模擬拆裝步驟及位置，并以模型教學提高作業人員熟練度，減少工作準備及執行時間，降低集體劑量。

2 壓力容器保溫簡介

華龍一號壓力容器保溫為全不銹鋼材料制作的金屬反射型保溫層。正常運行工況下，壓力容器保溫層的功能是減少反應堆熱損失，降低環境溫度，降低壓力容器內外壁面溫差，保障反應堆的安全運行。容器保溫層與堆坑壁面之間應形成冷卻風流動通道，以便堆坑冷卻風帶走通過保溫層喪失的熱量。在堆芯熔化的嚴重事故工況下，作為堆腔注水系統重要組成部分，保溫層應能維持結構完整并與壓力容器外表面形成一個特定的環腔，堆腔冷卻水從筒體保溫底部進入該環腔并冷卻壓力容器，產生的汽水混合物從壓力容器接管保溫的排氣口排出，從而實現堆芯余熱的導出，保持反應堆壓力容器的完整性。保溫層設置在壓力容器外側，包容了整個壓力容器。

3 壓力容器保溫拆裝數字化建模可行性分析

查詢設計文件可以發現，壓力容器保溫在出廠時，每一塊都對應一個獨立的編碼，且有實體編碼標牌。這意味著每一塊保溫都有唯一的“身份證”，且保溫塊安裝順序已經設計固定，具備關聯性，這就為保溫拆裝數字化模型建立提供了前提條件。同時，在壓力容器安裝時，設定了水平方向的0°方位，順時針呈360°，結合高度參數形成了完整的三維坐標系。在該坐標系中，所有的保溫塊都擁有獨立的坐標。根據設計文件或現場三維掃描，將所有的保溫塊與坐標相關聯，并將保溫塊拆裝順序和步驟等信息加入模型中。當檢修點或檢修區域坐標確定后，與坐標關聯的保溫塊將全部確定，通過三維仿真生成拆裝模擬視頻。

4 壓力容器保溫模型建立

接管段是壓力容器在役檢查的重點，采用可拆卸保溫，因而以接管段模擬保溫拆卸。運用三維建模軟件如Solidworks 構建零件模型，建立裝配零件體，將裝配好的模型導入Pixyz 軟件進行輕量化處理。為了更好地說明模型建立的思路和方法，仿真過程簡述如下。

一是向自主引擎編輯器中導入輕量化處理后的模型、設備外觀材質圖片、解說詞語音條等文件，添加3D 環境背景，使三維動態交互效果更加完整和真實。二是調用編輯器的材質庫以及提前導入的材質屬性，進行渲染，確保后期設備結構模塊、維修場景模塊能夠清晰地展示設備結構。三是利用3D 編輯軟件或動畫制作工具，對每個動畫片段進行制作，使之展示保溫層拆裝過程的各個環節。在每個動畫片段中添加解說詞語音條，用于引導用戶理解和學習操作。

5 壓力容器保溫拆裝數字化模型研究

在壓力容器保溫模型建立后，即可針對具體的坐標點進行拆裝模擬研究。本文針對壓力容器假設的在役檢查點接管段（管嘴）處進行保溫拆裝模擬。

“華龍一號”壓力容器上部共有6個管嘴，水平大約分布在其25°、95°、145°、215°、265°、335°六個方位。假設215°管嘴處某在役檢查點坐標提取為（2620，232，5690），對應保溫塊編碼為020602RS-06，其前置關聯保溫塊有0206NM-25、0206NM-26、0206NM-13、0206NM-14、0206NM-46、0206NM-40、0206NM-34、0206NM-54、020603RS-09、020603RS-11。保溫塊的安裝具有固定的順序。為了順利拆卸保溫塊020602RS-06，需要先反向拆卸其前置關聯的保溫塊。在模型研究中，通過設計的保溫塊安裝邏輯順序，反向模擬拆除具體步驟及效果如圖1～圖11所示。

圖1 0206NM-25拆卸前、后

圖2 0206NM-26拆卸前、后

圖3 0206NM-13拆卸前、后

圖4 0206NM-14拆卸前、后

圖5 0206NM-46拆卸前、后

圖6 0206NM-40拆卸前、后

圖7 0206NM-34拆卸前、后

圖8 0206NM-54拆卸前、后

圖9 020603RS-09拆卸前、后

圖10 020603RS-11拆卸前、后

圖11 020602RS-06拆卸前、后

最終，完成該假設在役檢查點坐標（2620，232，5690）對應的保溫塊020602RS-06的拆卸。保溫塊回裝作業過程為逆序開展。

6 結語

本研究中的模型建立方法和保溫拆卸模擬可以推廣至各類設備，尤其針對不可達區域或環境復雜、高風險區域的保溫拆裝工作。通過模型模擬，可以幫助作業人員在遠離工作現場的條件下熟悉掌握工作內容、各保溫塊位置及拆卸步驟。即便對無經驗作業人員也能夠進行充分的工作準備和安全技術交底，提高作業人員工作效率，降低作業風險。同時，針對高輻射劑量工作區域，不僅避免了工作準備過程中的輻射劑量，高效率的拆裝也能夠有效降低作業時間，降低作業班組集體劑量，對保護人員健康具有極高的價值和意義。