三門核電反應(yīng)堆壓力容器導(dǎo)向柱優(yōu)化

摘要：反應(yīng)堆壓力容器導(dǎo)向柱在機組安裝、調(diào)試和大修期間為反應(yīng)堆壓力容器頂蓋及上下部堆內(nèi)構(gòu)件拆裝提供導(dǎo)向。文章針對三門核電1號機組反應(yīng)堆壓力容器導(dǎo)向柱導(dǎo)向高度不足，無法精確導(dǎo)向上下部堆內(nèi)構(gòu)件部的問題，提出優(yōu)化方案，使其滿足為堆內(nèi)構(gòu)件吊出、吊入反應(yīng)堆壓力容器提供精確導(dǎo)向的要求，降低作業(yè)風(fēng)險，提高電廠經(jīng)濟性。

關(guān)鍵詞：三門核電廠；反應(yīng)堆；堆內(nèi)構(gòu)件；壓力容器；導(dǎo)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(diào)試及大修過程中，反應(yīng)堆上部堆內(nèi)構(gòu)件吊裝、反應(yīng)堆下部堆內(nèi)構(gòu)件吊裝及反應(yīng)堆壓力容器頂蓋吊裝是核島最重要的設(shè)備吊裝作業(yè)，風(fēng)險大，要求高，并且占據(jù)著主線時間，對核電廠的安全性和經(jīng)濟性有著至關(guān)重要的影響。在進行上下部堆內(nèi)構(gòu)件及反應(yīng)堆壓力容器頂蓋吊裝作業(yè)時，設(shè)備的精確定位和導(dǎo)向主要依靠導(dǎo)向柱來保證。三門核電1號機組作為全球首臺AP1000，其反應(yīng)堆壓力容器配備有2根導(dǎo)向柱，用于在安裝、調(diào)試和大修期間來導(dǎo)向反應(yīng)堆壓力容器頂蓋和上、下部堆內(nèi)構(gòu)件的吊裝。現(xiàn)有導(dǎo)向柱每根長4420mm，有效導(dǎo)向高度為4004.5mm，在吊裝反應(yīng)堆壓力容器頂蓋時可以完全滿足導(dǎo)向要求，但在吊裝上、下部堆內(nèi)構(gòu)件時長度不足，無法進行精確導(dǎo)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(diào)試人員可直接在換料水池底部觀察確認堆內(nèi)構(gòu)件吊裝的對中情況，在人工定位之后將堆內(nèi)構(gòu)件下降到壓力容器內(nèi)，當堆內(nèi)構(gòu)件下降到合適高度后，再由導(dǎo)向柱提供導(dǎo)向。而換料大修期間，堆內(nèi)構(gòu)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(nèi)構(gòu)件在進入壓力容器前就需要導(dǎo)向柱進行導(dǎo)向。在換料大修期間的上部堆內(nèi)部件吊出過程中，當上部堆內(nèi)構(gòu)件堆芯上板吊離反應(yīng)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(nèi)構(gòu)件回裝到位，對問題進行處理后重新起吊上部堆內(nèi)構(gòu)件?，F(xiàn)有導(dǎo)向柱高度不能滿足此操作要求。

吊出下部堆內(nèi)構(gòu)件時，由于下部堆內(nèi)構(gòu)件高度較高，吊出和吊入壓力容器過程中，現(xiàn)有導(dǎo)向柱高度不能滿足下部堆內(nèi)構(gòu)件吊裝操作的導(dǎo)向要求。

另外，受到反應(yīng)堆壓力容器頂蓋自身結(jié)構(gòu)的限制，當頂蓋在反應(yīng)堆壓力容器上時或在吊離/吊裝至反應(yīng)堆壓力容器時，導(dǎo)向柱的高度不能超過5278.9mm。

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

2 優(yōu)化方案一：配置長、短兩套導(dǎo)向柱

此優(yōu)化方案配置的長、短導(dǎo)向柱有效導(dǎo)向高度分別為9100mm和4150mm。

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

3 優(yōu)化方案二：配置一套可拆分式導(dǎo)向柱

此優(yōu)化方案配置的一套導(dǎo)向柱，每根導(dǎo)向柱可以拆分為2段，按安裝位置從下到上分為短導(dǎo)向柱和延伸導(dǎo)向柱。短導(dǎo)向柱的有效導(dǎo)向高度為4150mm，延伸導(dǎo)向柱的有效導(dǎo)向高度為4950mm，兩段導(dǎo)向柱連接后總有效導(dǎo)向高度為9100mm。預(yù)計加上安裝段與錐形頭段的短導(dǎo)向柱長為4565mm，短導(dǎo)向柱和延伸導(dǎo)向柱連接后總長9515mm。在反應(yīng)堆壓力容器頂蓋和上部堆內(nèi)構(gòu)件吊裝時使用短導(dǎo)向柱，并在短導(dǎo)向柱頂部安裝錐形頭。當需要吊出下部堆內(nèi)構(gòu)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(dǎo)向柱頂部的錐形頭，將延伸導(dǎo)向柱安裝在短導(dǎo)向柱頂端，再吊出下部堆內(nèi)構(gòu)件；待下部堆內(nèi)構(gòu)件回裝完成后，拆除延伸導(dǎo)向柱并安裝短導(dǎo)向柱頂部的錐形頭以進行后續(xù)操作。

4 兩種優(yōu)化方案的比較

無論采用上述方案中的哪種，在反應(yīng)堆壓力容器頂蓋和上部堆內(nèi)構(gòu)件的吊裝過程中都是使用短導(dǎo)向柱進行導(dǎo)向，兩者的工藝流程也都一致。但是，當進行下部堆內(nèi)構(gòu)件吊裝作業(yè)時，兩者的工藝流程就產(chǎn)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(nèi)構(gòu)件的吊裝占用大修主線時間，因此吊裝下部堆內(nèi)構(gòu)件時，更換導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)向柱頂端錐形頭拆裝時間（約1小時）和裝拆延伸導(dǎo)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(jié)省主線時間10.42小時，具有更好的經(jīng)濟性。

4.2 操作人員受到的輻射劑量對比

方案一：拆除短導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)向柱安裝到短導(dǎo)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(dǎo)向柱更換操作對比

采用方案一時，每次更換導(dǎo)向柱的主要操作步驟如下：（1）安裝導(dǎo)向柱吊耳；（2）將手拉葫蘆聯(lián)接到環(huán)吊副鉤上，測力計懸掛在手拉葫蘆吊鉤上，將導(dǎo)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(dǎo)向柱；（4）利用環(huán)吊將導(dǎo)向柱吊至135′平臺并傾翻至水平狀態(tài)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(huán)涂抹潤滑脂，清洗導(dǎo)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(lián)接至所需更換的導(dǎo)向柱上，提升環(huán)吊副鉤將導(dǎo)向柱吊從水平狀態(tài)傾翻至垂直狀態(tài)；（7）將導(dǎo)向柱吊裝至安裝孔位置，對中后安裝導(dǎo)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(dǎo)向柱的錐形頭，將專用工具聯(lián)接到環(huán)吊副鉤上并就位至短導(dǎo)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(dǎo)向柱吊耳旋入延伸導(dǎo)向柱吊裝孔，拆下專用工具，將手拉葫蘆環(huán)吊副鉤連接，將測力計懸掛在手拉葫蘆吊鉤上，將導(dǎo)向柱吊耳與測力計連接；（3）操作環(huán)吊副鉤，將延伸導(dǎo)向柱翻轉(zhuǎn)至豎直狀態(tài)，并移動至壓力容器短導(dǎo)向柱安裝孔正上方。下降導(dǎo)向柱，當下端進入短導(dǎo)向柱頂部后要特別小心，當延伸導(dǎo)向柱底部接觸到短導(dǎo)向柱頂部后（測力計讀數(shù)開始降低），停止下降；（4）將導(dǎo)向柱拆裝把手插入導(dǎo)向柱插孔，手動下壓延伸導(dǎo)向柱到位，旋轉(zhuǎn)把手使延伸導(dǎo)向柱與導(dǎo)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(xùn)來提高人員的工作技能。

4.4 導(dǎo)向柱運輸安裝對比

根據(jù)目前工程實際，三門核電1號機組在大型設(shè)備（蒸汽發(fā)生器、反應(yīng)堆壓力容器、穩(wěn)壓器等）吊裝完成以后已經(jīng)將反應(yīng)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(dǎo)向柱需要通過附屬廠房吊裝口和設(shè)備閘門運輸至反應(yīng)堆廠房換料水池。

導(dǎo)向柱運輸?shù)穆窂剑簩?dǎo)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(shè)備閘門運至135′平臺，最終運輸至換料水池。設(shè)備閘門的直徑只有4.9m，吊裝區(qū)域空間有限，方案二中長度為4950mm的延伸導(dǎo)向柱比方案一中長度為9515mm的長導(dǎo)向柱導(dǎo)更容易傾翻，吊運難度更小，更容易實現(xiàn)導(dǎo)向柱的吊入、安裝工作。

5 結(jié)語

三門核電1號機組反應(yīng)堆壓力容器導(dǎo)向柱導(dǎo)向高度不足、無法滿足上下部堆內(nèi)構(gòu)件吊裝時精確導(dǎo)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(yōu)化方案，在滿足吊裝作業(yè)精確導(dǎo)向的前提下，采用配置一套可拆分式導(dǎo)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(jīng)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(xùn)、提高操作技能來解決，后續(xù)機組也可參照此方案進行相應(yīng)優(yōu)化。

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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(zé)任編輯：周 瓊）