廢中子溫度測量通道抽取裝置主要問題及改進

曾振華

（江蘇核電有限公司維修一處，江蘇連云港 222000）

1 中子溫度測量通道

田灣核電站1 號、2 號機組采用俄羅斯VVER-1000 型壓水堆機組，反應(yīng)堆的類型為V-428，在反應(yīng)堆堆芯中安裝有54 個中子溫度測量通道，用于測量中子通量、燃料組件入口處和出口處冷卻劑溫度、反應(yīng)堆頂蓋下冷卻劑溫度和事故情況下堆芯冷卻劑的液位，中子溫度測量通道結(jié)構(gòu)，如圖1 所示。反應(yīng)堆中子溫度測量通道分布在堆芯不同位置，其中堆芯中部分布了40 個中子溫度測量通道，堆芯外圍有14 個中子溫度測量通道。54 個中子溫度測量通道下部通過保護管組件內(nèi)布置的中子溫度測量通道導(dǎo)向管插入到堆芯燃料組件中，中子溫度測量通道上部組合成18 束中子溫度測量通道束引出保護管組件頂板及反應(yīng)堆頂蓋，并通過中子溫度測量通道法蘭與反應(yīng)堆頂蓋中子溫度測量通道接管實現(xiàn)密封。

田灣核電站機組年度檢修時需對出現(xiàn)故障的中子溫度測量通道進行更換，四年解體大修時，需對全部中子溫度測量通道進行更換，更換時需將舊的廢中子溫度測量通道從保護管組件中拆除。中子溫度測量通道長約13 m，上部直徑為24 mm，下部直徑為7.5 mm，下部長期在反應(yīng)堆堆芯工作，帶有極大的放射性，根據(jù)現(xiàn)場測量和統(tǒng)計，其活化段接觸劑量率可達數(shù)十至數(shù)百希弗級別。由于需報廢的中子溫度測量通道放射性極高，因此無法直接拆除，需使用專用工具——廢中子溫度測量通道抽取裝置進行拆除[1]。

2 抽取裝置簡介

田灣核電站廢中子溫度測量通道抽取裝置主要由設(shè)備本體、纏繞機構(gòu)、排放機構(gòu)、操作平臺及電氣控制系統(tǒng)等組成，廢中子溫度測量通道抽取裝置結(jié)構(gòu)，如圖2 所示。設(shè)備本體為圓筒形結(jié)構(gòu)，上部帶有觀察窗，筒壁厚度為360 mm，具有良好的輻射屏蔽作用。纏繞機構(gòu)包括電機、減速器、纏繞拉桿軸、大手輪和小手輪等，通過纏繞機構(gòu)可實現(xiàn)將廢中子溫度測量通道抽出并纏繞成卷[2]。排放機構(gòu)主要實現(xiàn)將已抽出的廢通道卷排放至高放廢物桶存儲。電氣控制系統(tǒng)主要由電源系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成，主要實現(xiàn)廢中子溫度測量通道電動抽取、照明控制等功能。田灣核電站廢中子溫度測量通道抽取裝置重約14 t，設(shè)計使用壽命40 年。

圖1 中子溫度測量通道

圖2 抽取裝置

3 抽取裝置工作原理

廢中子溫度測量通道抽取裝置，主要通過纏繞拉桿軸將廢中子溫度測量通道纏繞成卷，實現(xiàn)拆除廢中子溫度測量通道[3]。

進行廢中子溫度測量通道拆除工作時，廢中子溫度測量通道已經(jīng)從燃料組件中抽出，并固定在保護管組件上，存放于保護管組件檢查井中。廢中子溫度測量通道抽取裝置，通過轉(zhuǎn)接器放到保護管組件檢查井屏蔽蓋板上與中子溫度測量通道相應(yīng)的孔中。將廢中子溫度測量通道上部剪斷，將下部直徑7.5 mm 部分通過轉(zhuǎn)接器插入抽取裝置本體內(nèi)部，并通過導(dǎo)向圓環(huán)進入纏繞拉桿軸的U 形叉口中。通過纏繞機構(gòu)旋轉(zhuǎn)纏繞拉桿軸，將廢中子溫度測量通道纏繞成卷，廢中子溫度測量通道纏繞示意，如圖3 所示。纏繞過程中通過搖桿控制導(dǎo)向圓環(huán)，調(diào)節(jié)廢中子溫度測量通道卷纏繞均勻性。纏繞完成后，將廢中子溫度測量通道卷在排放機構(gòu)本體內(nèi)部存放，最終排放至高放廢物桶存放。廢中子溫度測量通道卷，如圖4 所示。

4 使用中的主要問題及優(yōu)化改進

廢中子溫度測量通道的抽取裝置在使用過程中存在問題，影響了設(shè)備正常使用。為了提高其可靠性，防止此類問題再次發(fā)生，對抽取裝置存在的主要問題進行原因分析并進行了優(yōu)化改進。

4.1 抽取裝置安裝就位困難

在拆除廢中子溫度測量通道之前，需要利用環(huán)吊將廢中子溫度測量通道抽取裝置吊運至保護管組件檢查井，通過轉(zhuǎn)接器安裝到保護管組件檢查井屏蔽蓋板上與中子溫度測量通道相應(yīng)的孔中。但在設(shè)備安裝就位時，抽取裝置與轉(zhuǎn)接器對中困難，安裝就位時間長，由于安裝位置環(huán)境劑量率較高，造成安裝人員受照輻射劑量較大。經(jīng)過分析，設(shè)備安裝就位困難的主要原因為：現(xiàn)有的轉(zhuǎn)接器設(shè)計不合理，轉(zhuǎn)接器頭部導(dǎo)向角度過小，導(dǎo)致拔出裝置與轉(zhuǎn)接器對中困難。為此，對轉(zhuǎn)接器進行了改進，加大了轉(zhuǎn)接器頭部導(dǎo)向角度，改進后抽取裝置安裝就位時間縮短了50%。

圖3 廢中子溫度測量通道纏繞

圖4 廢中子溫度測量通道卷

4.2 廢中子溫度測量通道纏繞進空心軸限位盤后的間隙中

廢中子溫度測量通道拆除時，抽取裝置纏繞拉桿軸將廢中子溫度測量通道纏繞成卷，在纏繞拉桿軸前端設(shè)計有空心軸，空心軸前端設(shè)計有一個限位盤，限位盤后存在17.5 mm 的間隙。在以往拆除過程中，曾多次出現(xiàn)廢中子溫度測量通道纏繞進空心軸限位盤后的間隙中，導(dǎo)致無法繼續(xù)纏繞。需要回轉(zhuǎn)纏繞拉桿軸并操作導(dǎo)向圓環(huán)，將廢中子溫度測量通道從限位盤間隙中脫出，處理過程非常困難而且費時費力[4]。

圖5 改進前和改進后的空心軸

通過分析，廢中子溫度測量通道纏繞進限位盤間隙中的原因，為廢中子溫度測量通道纏繞部分的直徑（Ф7.5 mm）小于限位盤后方的間隙（17.5 mm）。為消除空心軸限位盤后方的間隙，維修人員對空心軸進行了改進，設(shè)計加工空心軸保護罩，將間隙由30 mm 縮小至2 mm 左右，且空心軸保護罩上設(shè)計有一定坡度，避免了廢中子溫度測量通道纏繞進間隙的可能性。改進前和改進后的空心軸，如圖5 所示。

4.3 抽取裝置纏繞拉桿軸轉(zhuǎn)速過快

抽取裝置將廢中子溫度測量通道纏繞成卷有兩種模式：電動模式和手動模式。使用電動模式時，由于纏繞拉桿軸轉(zhuǎn)速過快，纏繞過程中無法及時通過搖桿調(diào)整導(dǎo)向拉桿端部的導(dǎo)向環(huán)的位置，無法保證中子溫度測量通道在拉桿軸上纏繞的均勻性，導(dǎo)致廢中子溫度測量通道卷直徑過大，無法順利從廢中子溫度測量通道拔出裝置的廢物傾倒孔中排出。因此，只能使用手動模式進行廢中子溫度測量通道的纏繞工作，工作效率低，工作時間長，需要工作人員數(shù)量眾多，增加了集體劑量。

通過分析，纏繞拉桿軸轉(zhuǎn)速過快原因為電機轉(zhuǎn)速高，且減速器減速比較小。為了減低纏繞拉桿軸轉(zhuǎn)速，在原有的電路上加裝了變頻器。通過變頻器可以調(diào)節(jié)輸入電機的電流頻率，降低電機轉(zhuǎn)速，從而控制纏繞拉桿軸的轉(zhuǎn)速，有效解決了不能使用電動模式進行廢中子溫度測量通道纏繞的問題，極大提高了作業(yè)效率。

4.4 抽取裝置觀察窗上結(jié)霧

廢中子溫度測量通道抽出時，由于工作環(huán)境溫度高、濕度大，廢中子溫度測量通道抽取裝置觀察窗口玻璃上容易結(jié)霧，觀察窗變得模糊，導(dǎo)致人員無法觀察廢中子溫度測量通道抽取裝置內(nèi)部的纏繞情況，極易發(fā)生纏繞故障。為了消除抽取裝置觀察窗口上的結(jié)霧，采取對設(shè)備觀察窗玻璃噴涂防霧噴劑措施，該措施有效地解決了觀察窗視線模糊難題。

4.5 抽取裝置離合器打滑

廢中子溫度測量通道抽取裝置纏繞機構(gòu)中設(shè)計有離合器，用于將電機動力傳遞給纏繞拉桿軸，在以往廢中子溫度測量通道拆除過程中，曾多次出現(xiàn)離合器打滑現(xiàn)象，此時電機空轉(zhuǎn)而纏繞拉桿軸不轉(zhuǎn)，無法實現(xiàn)廢中子溫度測量通道的纏繞。經(jīng)過分析，離合器打滑的原因為經(jīng)過長時間使用，離合器壓緊彈簧出現(xiàn)應(yīng)力松弛。通過調(diào)整彈簧鎖緊螺母位置使壓緊力保持在合理區(qū)間，有效解決了離合器打滑的問題。

5 結(jié)論

對廢中子溫度測量通道抽取裝置使用過程中存在的主要問題，分析處理并進行優(yōu)化改進，提高了抽取裝置使用可靠性，提高了廢中子溫度測量通道拆除的工作效率，縮短了檢修時間，同時也降低檢修人員的工作劑量，對國內(nèi)外核電機組廢中子溫度測量通道拆除工作具有一定的借鑒意義。