淺析核電站堆芯設備的拆除方式

楊秋紅

摘 要：為了對核電站堆芯設備進行拆除，一系列不同的拆除工藝被開發(fā)、發(fā)展和應用。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用，同時水下切割以及遠距離控制切割技術(shù)的快速發(fā)展進一步解決了退役拆除過程中的許多難題。本文對現(xiàn)有拆除技術(shù)以及輔助手段進行選擇比較并分析。

關(guān)鍵詞：堆芯設備；遙控技術(shù)；拆除

1引言

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

2拆除分析

對于反應堆廠房內(nèi)物項拆除順序按照：大型放射性污染設備、構(gòu)件→輕微污染設備→其他放射性污染設備→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象即反應堆中的大型放射性污染設備，主要包括：蒸汽發(fā)生器、反應堆壓力容器及內(nèi)部構(gòu)件。

3拆除方法

為了對核電廠高放射水平部件進行拆除，一系列不同的拆除切割工藝被開發(fā)、改進和應用。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用，同時與水下切割和遠距離控制切割技術(shù)的配合也解決了退役過程中放射性較高的設備拆除的難題。通過對現(xiàn)有技術(shù)的選擇應用以及輔助手段的配合對某核電廠放射性水平較高的設備的拆除技術(shù)進行分析。

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200mm的切割工具有接觸弧金屬切割、高壓水磨料切割、機械鋸和金剛石線鋸等，壓力容器的放射性對于構(gòu)件低，可以進行空氣中切割[1]。

接觸弧金屬切割、高壓水磨料切割、機械鋸三種切割頭具有各自的優(yōu)缺點。接觸弧金屬切割操作主要用于水下操作，機械鋸和高壓水磨料切割頭較適用于切割壓力容器。機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。

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

機械鋸具有較大的反作用力，其適合于安裝在線型運動的載帶裝置上。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)件相對于壓力容器壁厚較薄，但結(jié)構(gòu)復雜，現(xiàn)有遙控拆除技術(shù)有等離子體弧和機械遙控拆除。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鎢電極和導電金屬表面產(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、抑制氣溶膠擴散，但由于水的透明度和導電性變化，會給操作實施帶來困難。

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完成：高壓水射流切割工具與遠距離操控機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。切割過程使用的第二個工具是金剛石線鋸，這個線鋸包含一個金剛珠鏈，這些金剛珠的研磨作用，不同類型和層次的材料被切割。

高壓水射流與動力手的結(jié)合對于外部殼體的切割十分有效且操作靈活，但是對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的切割手段。[3]

4拆除技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

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

■新型切割方法的研制增加了操作的機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)被切割設備形狀、厚度、材質(zhì)、放射性以及效率等多面進行考慮。

■由于被切割的對象和情況不同，需選擇不同的載帶裝置，選擇適宜的遙控拆除技術(shù)。應盡量研究多功能遠程遙控系列設備、標準智能遠程系統(tǒng)、通用操作軟件，減少單獨開發(fā)研究所消耗的大量時間和成本，同時有利于操作人員的遠程操作；

■遠程操作進行遙控拆除的精準度有待提升。建立遠程系統(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；

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

5結(jié)論

目前我國首個核電廠-秦山一期已接近其設計壽期，反應堆的退役工作需要認真對待，對于放射性水平較高的主設備拆除技術(shù)的研究已經(jīng)取得了很多的成果，針對不同特點不同放射性程度的設備也采取的有針對性的拆除方法，水下切割已經(jīng)遠距離遙控切割的新科技和技術(shù)在持續(xù)的簡化退役過程，并不斷提高員工安全。應用這些技術(shù)和現(xiàn)有退役項目的經(jīng)驗都會使得未來的退役更加安全、便捷和經(jīng)濟。

參考文獻

[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.