壓水堆核電廠專用換料水套設(shè)計探討

戴旭東　王炳炎　劉兆東　陳書華　李海博

【摘 要】壓水堆專用換料水套是核電廠反應(yīng)堆的專用設(shè)備，在反應(yīng)堆換料大修期間，通過換料水套將反應(yīng)堆壓力容器和換料水池連通，形成吊裝通道，供裝卸堆內(nèi)各構(gòu)件、燃料組件及相關(guān)組件使用，利用換料水套內(nèi)的水層對無頂蓋的反應(yīng)堆進(jìn)行屏蔽。該換料水套結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡便、可縮短操作時間、減少操作人員可能承受的輻照劑量。

【關(guān)鍵詞】反應(yīng)堆；換料水套；專用設(shè)備；換料技術(shù)

【Abstract】Special refueling water jacket is a special equipment for PWR nuclear power plant reactor. During a reactor refueling overhaul， connected the reactor pressure vessel and the refueling pool by a refueling water jacket， and forming a hoisting channel， in this way， use for loading and unloading of internal components， fuel assembly and related components. Meanwhile， shielding radiation from the reactor without cover by water layer in the refueling water jacket layer. This refueling water jacket has the advantages of compact structure， simple operation， effectively shorten operation time and reduce probable radiation dose to operators.

【Key words】Reactor； Refueling water jacket； Special equipment； Refueling technology

0 引言

壓水堆專用換料水套（以下簡稱“換料水套”）是在核電廠反應(yīng)堆換料大修期間使用的專用設(shè)備，通過換料水套將無頂蓋的反應(yīng)堆和換料水池連通，形成吊裝通道供裝卸堆內(nèi)各構(gòu)件和燃料組件，并利用換料水套內(nèi)足夠的水層對無頂蓋的反應(yīng)堆起到屏蔽作用。

換料水套的設(shè)計涉及的主要技術(shù)難點有：（1）核電廠核島內(nèi)的各設(shè)備存在基礎(chǔ)沉降、安裝誤差、位移補(bǔ)償，以及高溫環(huán)境下的熱補(bǔ)償?shù)葐栴}，要求換料水套本身對反應(yīng)堆壓力容器和換料水池具備良好的自適應(yīng)性能。（2）換料水套內(nèi)承載的水具有強(qiáng)放射性，必須可靠密封，杜絕發(fā)生泄漏。

1 需求分析

通過對換料水套的功能需求進(jìn)行分析得知，在核電廠反應(yīng)堆換料大修期間，當(dāng)反應(yīng)堆壓力容器頂蓋被拆卸后，要求換料水套為無頂蓋的反應(yīng)堆提供可靠的吊裝通道，同時還需對反應(yīng)堆的放射性物質(zhì)進(jìn)行屏蔽。在安裝方面，要求換料水套可有效適應(yīng)核島內(nèi)各項設(shè)備的基礎(chǔ)沉降、安裝誤差、位移補(bǔ)償，以及高溫環(huán)境下的熱補(bǔ)償?shù)葐栴}。與此同時，還應(yīng)具備密封可靠、吊運(yùn)簡單、易于安裝拆卸、維護(hù)簡便等功能特點，從而縮短操作時間，降低操作費用，減少操作人員可能承受的輻照劑量。

2 總體方案

換料水套主要由上法蘭、波紋補(bǔ)償器、護(hù)套、筒體、下法蘭、O形圈、吊環(huán)螺釘、螺釘、定位銷等零部件組成，其結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示。

上法蘭為高頸法蘭型式，其下部與波紋補(bǔ)償器通過焊接相連，其上部與安全殼的換料水套安裝法蘭通過若干螺釘連接。上法蘭的密封面內(nèi)設(shè)有兩道燕尾環(huán)槽，供安裝O形圈使用，上法蘭的下端面為臺階式平面，可保證螺釘有效預(yù)緊并壓緊O形圈實現(xiàn)密封。

波紋補(bǔ)償器是由多個波紋段組成的圓筒形撓性部件，是換料水套實現(xiàn)柔性通道的重要部件，該部件可對反應(yīng)堆壓力容器和安全殼的基礎(chǔ)沉降、軸向與徑向安裝誤差、高溫環(huán)境下各設(shè)備的熱脹冷縮進(jìn)行自適應(yīng)性補(bǔ)償。

波紋補(bǔ)償器采用奧氏體不銹鋼材料制造而成，其下端與筒體對接相連，上端與上法蘭通過焊接相連，該部件與筒體共同構(gòu)成換料水套的壓力邊界。非工作狀態(tài)時，波紋補(bǔ)償器外側(cè)設(shè)有若干支承螺柱便于運(yùn)輸和存放；工作狀態(tài)時，所有支承螺柱需要全部予以拆除。

波紋補(bǔ)償器內(nèi)部設(shè)有護(hù)套，護(hù)套為內(nèi)壁面光滑的圓筒形結(jié)構(gòu)，焊接安裝于波紋補(bǔ)償器內(nèi)側(cè)，用于有效防止物件在吊裝時與換料水套發(fā)生擦掛。

筒體是構(gòu)成換料水套的主要結(jié)構(gòu)部件，由奧氏體不銹鋼板卷焊而成，其下部與下法蘭通過焊接相連，其上部與波紋補(bǔ)償器通過焊接對接而成。

下法蘭為高頸法蘭型式，其下端與反應(yīng)堆壓力容器的換料水套支承環(huán)通過若干螺釘連接，其上部與筒體通過焊接相連。下法蘭的密封面內(nèi)設(shè)有兩道燕尾環(huán)槽，供安裝O形圈使用，下法蘭的下端面為臺階式平面，可保證螺栓有效預(yù)緊并壓緊O形圈以實現(xiàn)密封。

O形圈采用低苯基硅橡膠制造，可適應(yīng)帶有輻射的工作環(huán)境。O形圈的橫截面可為多種形式，如圓形、方形、楔形、碟形等。每個法蘭密封面設(shè)有兩道O形圈構(gòu)成雙層密封。通過螺栓預(yù)緊將O形圈壓緊在密封面上從而實現(xiàn)密封。

在換料水套的頂部，沿上法蘭的周向均勻布置有若干吊環(huán)螺釘，供吊裝和運(yùn)輸換料水套使用。

3 實施方式

在核電廠反應(yīng)堆進(jìn)行換料大修期間，首先將換料水套安裝在壓力容器筒體組件和安全殼殼體之間，將換料水套內(nèi)部充滿水，換料水套連接部位實現(xiàn)可靠密封，通過換料水套將反應(yīng)堆壓力容器和換料水池連通，形成吊裝通道，供裝卸堆內(nèi)各構(gòu)件、燃料組件及相關(guān)組件使用，利用換料水套內(nèi)的水層對無頂蓋的反應(yīng)堆進(jìn)行屏蔽。具體實施方式如下：

（1）使用前，應(yīng)將換料水套筒體內(nèi)壁清潔干凈，表面不得有污物、油污等；

（2）使用前，必須進(jìn)行充水試驗以檢驗上下兩個密封面是否存在漏水，若橡膠O形圈老化則可能導(dǎo)致漏水，此時應(yīng)及時更換橡膠O形圈；

（3）安裝前，應(yīng)清理壓力容器的換料水套支承環(huán)和安全殼的換料水套安裝法蘭，要求法蘭表面干凈無污物；

（4）使用吊車通過吊環(huán)螺釘將換料水套進(jìn)行吊運(yùn)和安裝，必須按換料水套調(diào)試時所做好的標(biāo)記位置安裝，使用定位銷進(jìn)行精準(zhǔn)定位；

（5）換料水套正確就位后，依次預(yù)緊全部螺栓，拆除換料水套外側(cè)的支承螺柱，將換料水套內(nèi)部充滿去離子水，充水過程中注意監(jiān)測換料水套及其密封部位有無泄漏，若有，立即停止充水進(jìn)行檢修。

使用完畢后，按上述操作的相反步驟將換料水套進(jìn)行拆除，應(yīng)將換料水套完全去污、清潔、干燥后再予以妥善存放，存放過程中要求換料水套內(nèi)外表面均滿足一定的清潔度要求。

4 結(jié)論

該換料水套有效適應(yīng)了核島內(nèi)各設(shè)備的基礎(chǔ)沉降、安裝誤差、位移補(bǔ)償，以及高溫環(huán)境下的熱補(bǔ)償?shù)葐栴}，并且密封可靠、吊運(yùn)簡單、易于安裝拆卸、維護(hù)簡便，進(jìn)而縮短操作時間，降低操作費用，減少操作人員可能承受的輻照劑量。

【參考文獻(xiàn)】

[1]甕松峰.壓水堆核電站乏燃料運(yùn)輸輔助設(shè)備設(shè)計[J].核動力工程，2012.06.

[2]董正平，甕松峰.反應(yīng)堆主設(shè)備安裝工藝及專用工具的設(shè)計研究[J].核動力工程，2013.S1.

[責(zé)任編輯：王偉平]