RY-I乏燃料運輸容器維保實施及經驗反饋

張宇 張偉堅 楊剛

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2312-5042-5211

通信作者：張宇（1995—），男，本科，工程師，研究方向為核能科學工程。E-mail：957412395@qq.com。

摘要：隨著我國核工業(yè)幾十年的發(fā)展，核電站及其他研究堆產生的放射性廢物逐漸增多，對于放射性廢物與乏燃料的運輸?shù)男枨笠才c日俱增，而乏燃料安全運輸?shù)年P鍵在于運輸容器。RY-I乏燃料運輸容器是49-2反應堆和49-3反應堆的乏燃料運輸容器，它由核工業(yè)總公司第二研究院設計，1990年10—12月在523廠核容器試驗場對RY-I乏燃料運輸容器按《放射性安全運輸規(guī)定》進行了正常運輸條件下和事故狀態(tài)下的實驗，獲得了成功。旨主要介紹RY-I乏燃料運輸容器的維保，對RY-I乏燃料運輸容器進行外觀檢查，結構檢查，密封檢查，確保其在維保后能夠正常使用。對維保過程中的工作進行總結，例如：維保過程中需要更換O形圈，清理容器內壁，打壓做密封檢查。對維保過程中出現(xiàn)的問題進行原因分析，改進和經驗反饋。

關鍵詞：RY-I乏燃料運輸容器 ?維保 ?檢查 ?經驗反饋

中圖分類號：TL932.1

隨著我國研究堆的發(fā)展，研究堆運行產生的一系列乏燃料運輸也成為了一項重要工作。為保障運輸人員的安全，本著對環(huán)境友好的原則，國際原子能機構IAEA頒布了相關的條例，對放射性物質運輸及設計提出嚴格的防護要求。我國對乏燃料運輸容器也有相關政策，即乏燃料運輸容器要滿足《放射性物質安全運輸規(guī)定》（GB 11806—2019），保證乏燃料在運輸過程中不出現(xiàn)放射性物質泄漏的情況。乏燃料運輸容器必須經過一系列設計、制造、試驗、安全分析后才能實際使用，設計制造成本較高，試驗成本較高，所以可以對原有經過設計的乏燃料運輸容器重新利用，充分發(fā)揮其作用。定期對乏燃料運輸容器進行維保，更換其易損耗部件，是乏燃料運輸容器的主要工作，在維保過程中對發(fā)生的，對影響本次維保順利實施的事件進行記錄，統(tǒng)計分析并采取適宜的措施對整次維保進行經驗反饋。

1 RY-I乏燃料運輸容器維保背景

近年來，隨著我國研究堆的發(fā)展，研究堆運行產生的放射性物質運輸也成為了一項重要工作。RY-I乏燃料運輸容器是由核工業(yè)總公司第二研究院設計，是49-2反應堆、49-3反應堆、101重水堆的乏燃料運輸容器。1982年核工業(yè)總公司第二研究院設計制造了RY-I乏燃料運輸容器1：2比例模擬容器，并于1984—1986年分別進行了傳熱、屏蔽、下落、1 m貫穿、火燒實驗等[1]。1985年在核工業(yè)五二三廠建立了能進行3噸級容器試驗場，1990年又建立了能進行最大為50噸級的容器試驗場。1990年10—12月在五二三廠核容器試驗場對RY-I型乏燃料運輸容器按《放射性物質安全運輸規(guī)定》中B（U）型貨包的要求進行了正常運輸條件下和事故狀態(tài)下的試驗，并獲得成功[1]。由于設計年代久遠，使用次數(shù)多，RY-I乏燃料運輸容器為保證乏燃料在正常運輸過程中或在預計事故情況下不出現(xiàn)泄漏，保證工作人員和公眾安全，保證放射性物質不外泄，本著對環(huán)境友好的原則，需要對即將使用的RY-I容器進行維修保養(yǎng)，例如：更換橡膠墊和O型圈，來確保RY-I乏燃料運輸容器的氣密性，確保其泄漏率遠小于標準泄漏率0.564 cm3/s。

2 RY-I乏燃料運輸容器結構說明

該型容器是圓柱形容器，組成材料主要為鉛。它由3層不銹鋼圓筒構成，下部有下封頭，上部有雙層頂蓋，內筒和中筒之間灌鉛用來屏蔽γ射線，中筒和外筒之間為硅酸鋁耐火纖維針刺氈，外殼之外包12 mm保溫材料，并用6 mm的不銹鋼殼密封保溫材料[2]。容器凈重5 t，容器的上下兩端安裝減震器，容器通過拴系耳垂直固定于運輸車輛上。容器上端是不銹鋼蓋板，通過螺栓與上部鍛件連接，蓋板用12個M24螺栓固定，蓋板由雙道O型圈密封。蓋上開有通氣和排水孔，這些孔用平蓋和O型圈密封。容器上減震器直徑為1 116 mm，高為620 mm，下減震器直徑為1 116 mm，直徑為500 mm。本體高度為2 300 mm。RY-I乏燃料運輸容器示意圖和實物圖如圖1、圖2所示。

2.1本體

RY-I乏燃料運輸容器本體上下兩端為不銹鋼鍛件，內筒、中間圓筒、外筒為不銹鋼結構，內筒和圓筒中間填充屏蔽材料鉛，外筒和中間圓筒間填充耐火針刺纖維毯[3]，本體上端設有一對耳軸為起吊容器用，上端還設有進氣孔和排水孔。

2.2蓋

蓋由不銹鋼鍛件制成，除屏蔽作用外還和雙O型環(huán)密封圈、螺釘及本體形成密封內腔[1]。本次維保工作的主要內容之一為更換雙O型環(huán)密封圈。

2.3減震器

作為關鍵部件，減震器主要由內部的填充材料與外層的不銹鋼板組成[4]。RY-I乏燃料運輸容器減震器的填充材料為泡桐木。減震器的作用是為容器在運輸過程中可能發(fā)生偶然事故情況下保護容器及容器內的乏燃料免受破壞[1]。

2.4吊籃

吊籃用于盛放乏燃料，在運輸途中起保護作用，同時使乏燃料在運輸過程中保持次臨界[1]。

3 RY-I乏燃料運輸容器維保

3.1前期準備

對RY-I乏燃料運輸容器維保工作需要的密封圈、密封墊、快速接頭、螺釘、螺塞、主螺栓、空氣壓縮機、壓力表、19 mm內六角扳手和力矩扳手等配件和器具進行檢查等相關準備工作。

3.2 RY-I乏燃料運輸容器維保內容

檢修維保工作主要包括更換容器部件、容器檢查（目視）、容器頂蓋轉運、容器排水干燥及容器氣密性試驗。

本項工作是對容器檢查中發(fā)現(xiàn)的磨損部件和易損部件進行系統(tǒng)的更換，按照各種部件的更換周期進行例行更換。本次維保8個RY-I乏燃料運輸容器。整個過程需將鉛罐從運輸車輛上吊裝至49-2廠房126走廊，首先汽車吊將RY-I乏燃料運輸容器吊至專用運輸平臺車，運輸平臺車將容器運由廠房外運輸至廠房內，再由126走廊吊車將容器運至126走廊指定位置。

3.2.1更換快速接頭

操作人員使用專用工具對8個RY-I乏燃料運輸容器的水、氣口快速接頭進行更換，并對快速接頭的可操作性和功能完好性進行檢查。所有新?lián)Q快速接頭都滿足使用要求。

3.2.2更換密封圈和密封墊

操作人員使用力矩扳手等專用工具拆下容器頂蓋和杯型蓋對所有容器的O型密封圈、密封墊進行目視檢查，更換密封圈、密封墊，確保O型密封圈、密封墊無缺口、劃痕、雜物或其他有可能影響密封性的缺陷。

（1）不銹鋼蓋板O型圈維保。

用19mm內六角扳手將不銹鋼蓋板上的12個M24螺栓擰下，用126走廊吊車將不銹鋼蓋板吊至地面進行更換O型圈，將舊的O型圈用光滑、扁平的工具在不銹鋼蓋板的凹槽內翹起，將密封圈從密封槽內小心鉤出，直到一個手指能夠插到O型密封圈下面，用手拉起O型密封圈直到能拉出密封槽，?使用軟麻布擦拭清潔密封槽，清理干凈后將新的O型圈壓制凹槽內，用橡膠錘小心砸實，確保不銹鋼蓋的密封性。如圖3、圖4所示。

（2）側面排水孔小O型圈維保。

同不銹鋼蓋板的O型圈維保一樣，需要將舊圈拆下，新圈用橡皮錘砸實，確保側面排水孔的密封性。如圖5所示。

（3）密封檢測孔密封墊的更換。

卸下密封檢測孔密封螺釘，取出舊的密封墊，更換新的密封墊，確保密封檢測孔的密封性。

3.3容器及減震器檢查

3.3.1容器檢查

對容器的檢查主要包括容器外觀檢查、容器密封面檢查、螺栓檢查和容器耳軸和拴系耳板檢查。圖6為工作人員對容器進行各項檢查。

（1）容器外觀檢查。對容器整體外觀進行目視檢查，檢查容器外觀是否有破口，重大損傷。對容器外表面進行除尖角、毛刺，對局部損傷進行及時打磨修復。

（2）容器密封面檢查。對容器密封面進行目視檢查，檢查容器密封面是否存在毛刺、缺口、劃痕或其他有可能影響密封性的缺陷。檢查發(fā)現(xiàn)任何不清潔、不光滑表面的情況，必須將其清理至正常后，才可使用。對存在的污漬，使用軟麻布和異丙基乙醇的溶劑對表面進行擦拭的方法去除。

（3）螺栓檢查。對所有頂蓋的螺栓和所有杯形蓋螺釘和密封檢測孔螺釘都應進行目視檢查，確保螺栓（釘）和螺孔沒有明顯的磨損。螺栓檢查內容如下：檢查螺紋是否有磨平或是損壞的區(qū)域；檢查螺栓上部的六角頭部分，是否能與六角頭套筒扳手很好的相配；檢查螺栓是否有變形；檢查發(fā)現(xiàn)任何不清潔、不光滑表面的情況，必須進行清潔；檢查中發(fā)現(xiàn)螺栓受損或發(fā)生變形，則進行更換。對容器的所有螺紋孔進行檢查，并使用相應的螺栓進行手動適配，如發(fā)現(xiàn)適配不順暢，則進行記錄并處理。

（4）容器耳軸和拴系耳板檢查（滲透檢測PT）。對所有容器的提升耳軸和拴系耳板進行目視檢查。檢查所有耳軸焊縫和承載焊縫的永久變形、損傷或裂紋等缺陷，提升耳軸和拴系耳板進行液體滲透無損檢查。并根據(jù)檢查結果編制無損檢查報告。

3.3.2減震器檢查

對減震器進行目視檢查。目視檢查減震器表面是否有毛刺，焊縫是否開裂；減震器耳板焊縫是否有裂紋等缺陷。檢查后發(fā)現(xiàn)8個RY-I乏燃料運輸容器的減震器均未出現(xiàn)開裂或損壞情況。

3.4清理容器內部并排水干燥

乏燃料的離堆貯存有干式貯存和濕式貯存。干式貯存是將乏燃料貯存在干燥的容器中。干法貯存具有非能動的余熱排出系統(tǒng)及靈活性強等優(yōu)點[5]。所以，本次RY-I乏燃料運輸容器的維保需要對容器進行干燥。

準備空氣壓縮機、真空橡皮管若干、塑料桶、干布、吸水紙。將容器內部少量的污水用吸水布吸出，將吸出的低放廢液統(tǒng)一收集在存放廢液的容器，然后集中處理。檢查容器內壁有無破損，清理容器內多余的雜物，將容器清理干凈并晾干，容器內水分蒸發(fā)干凈后，為了確保運輸容器內腔沒有殘水，使用空氣壓縮機產生的壓縮空氣對運輸容器內腔進行吹掃干燥，排干容器內腔水分。首先目視觀察容器排水口無水分排出，再使用干布對容器內腔內壁和底部進行擦拭，最后使用吸水紙吸內壁和底部水漬直至無明顯水痕，為合格。清理完成后蓋上不銹鋼蓋。

3.5容器氣密性試驗

乏燃料運輸容器包容邊界密封性是防止容器內放射性物質泄漏的重要保障，所以乏燃料運輸容器的氣密性是維保工作的重要部分。運輸容器內蓋、內蓋上排水排氣孔屬于容器的包容邊界，包容邊界采用O型密封圈結構[6]。

對于RY-I這大型密封容器而言，容積大，容器本身存在焊縫和接口，氣密性檢測是一個復雜的過程，且存在一些難點[7]，本文對RY-I容器的氣密性試驗采用壓力監(jiān)測法，即對密封好的RY-I容器進行打壓，保壓一段時間后測量其壓力表讀數(shù)，與保壓前進行比較，以此判斷容器的氣密性是否良好。

準備空氣壓縮機、壓力表、真空橡皮管若干。對RY-I乏燃料運輸容器打壓，做密封檢查。用空氣壓縮機對密封好的RY-I乏燃料運輸容器進行打壓，首先對空氣壓縮機充氣，將空氣壓縮機充至1 MPa，將氣嘴插入充氣孔，記錄起始空氣壓縮機的壓力數(shù)據(jù)，打壓10 min后再看氣空氣壓縮機的壓力數(shù)據(jù)，若打壓前后數(shù)據(jù)無明顯變化，則證明RY-I的罐體的氣密性良好；若打壓前后的氣泵的壓力數(shù)據(jù)差別較大，且打壓后的數(shù)據(jù)明顯小于打壓前的數(shù)據(jù)，說明容器存在漏氣情況。如圖7、圖8所示。

需要說明的是，當容器漏氣，一般有以下兩種情況：（1）更換的O型圈密封性不好，需要重新更換；（2）氣嘴與容器密封不嚴，需要更換螺栓墊片；（3）容器不銹鋼蓋板未擰緊。

經過檢查排除原因后繼續(xù)打壓，直至容器完全密封為止。

4 經驗反饋

4.1平車故障經驗反饋

4.1.1故障出現(xiàn)過程

平車的作用是在汽車吊將RY-I乏燃料運輸容器吊向平車后，平車運往126走廊。在一次平車運輸?shù)蹙呋?26走廊時，出現(xiàn)平車停止鍵失靈的現(xiàn)象。平車一直前進，最后拉斷電閘后才停止前進，平車的制動失靈，對作業(yè)人員的安全有很重要的影響。

4.1.2原因分析

由于平車是電控開關，其開關分為前進，后退和停止擋位。由于電控開關是方形按鍵式的，但是按鍵是方形按鍵，在操作過程中，前進按鍵下壓太重，導致沒能回彈，所以平車一直前進，最后拉下電源開關后才使平車停止。

4.1.3改進方案

在平車控制器上加裝一個制動開關，在平車失靈時，按下制動開關，使平車能夠停止；將前進、停止、后退按鍵由方形換為圓形，防止卡殼事件發(fā)生；為保障作業(yè)人員安全，平車正前方和正后方均不能站人。

4.2 不銹鋼蓋O型圈存在的密封問題經驗反饋

4.2.1故障出現(xiàn)過程

存在更換完不銹鋼蓋O型圈之后，用空氣壓縮機對密封好的RY-I乏燃料運輸容器進行打壓，首先對空氣壓縮機充氣，將空氣壓縮機充至1 MPa，將氣嘴插入充氣孔，記錄起始空氣壓縮機的壓力數(shù)據(jù)，打壓10 min后再看氣空氣壓縮機的壓力數(shù)據(jù)遠小于1 MPa，排除其他原因后，RY-I乏燃料運輸容器仍然漏氣，密封性仍然存在問題。

4.2.2原因分析

首先檢查了不銹鋼蓋不存在毛刺、缺口、劃痕、光滑度或其他有可能影響密封性的缺陷后，再檢查不銹鋼蓋板O型圈凹槽也是清潔的，最后發(fā)現(xiàn)是不銹鋼蓋板的O型圈由于沒有完全砸進卡槽，導致O型圈擠壓變形，影響了RY-I乏燃料運輸容器不銹鋼蓋板的氣密性。

4.2.3改進方案

對不銹鋼蓋進行目視檢查，檢查不銹鋼蓋是否存在毛刺、缺口、劃痕或其他有可能影響密封性的缺陷。檢查發(fā)現(xiàn)任何不清潔、不光滑表面的情況，必須將其清理至正常后，才可繼續(xù)維保。不銹鋼蓋板O型圈凹槽存在污漬，使用軟麻布和異丙基乙醇的溶劑對表面進行擦拭的方法可以去除。不銹鋼蓋板O型圈在使用前仔細檢查，觀察其是否存在變形、劃痕、開裂，如有上述現(xiàn)象，及時更換新的O型圈，直至密封性滿足要求。

4.3螺栓結構不完整密封性問題經驗反饋

4.3.1故障出現(xiàn)過程

換好不銹鋼蓋板的O型圈后，用空氣壓縮機對密封好的RY-I乏燃料運輸容器進行打壓，首先對空氣壓縮機充氣，將空氣壓縮機充至1 MPa，將氣嘴插入充氣孔，記錄起始空氣壓縮機的壓力數(shù)據(jù)，打壓10 min后再看氣空氣壓縮機的壓力數(shù)據(jù)遠小于1 MPa。

4.3.2原因分析

排除其他原因后，發(fā)現(xiàn)是螺栓結構存在問題，有兩個螺栓的螺紋發(fā)生了形變，導致RY-I鉛罐漏氣。

4.3.3改進方案

對所有頂蓋的螺栓和所有杯形蓋螺釘和密封檢測孔螺釘都應進行目視檢查，確保螺栓（釘）和螺孔沒有明顯的磨損。

4.4打壓經驗反饋

按照以往乏燃料運輸，對RY-I乏燃料運輸容器做密封檢查時，一般只需要對側邊的氣孔進行充氣打壓，我們這次對RY-I乏燃料運輸容器的打壓不但包括了對氣孔的打壓，還增加了兩項打壓，對排水孔打壓，對不銹鋼蓋板上部的氣孔打壓。此過程使得對密封性的檢查更為嚴格。

4.5不銹鋼蓋頂部螺栓經驗反饋

密封過程中的經驗反饋，在不銹鋼蓋板的密封過程中，對12顆M24螺栓的安裝順序也有了新的安裝經驗，即在安裝時要注意安裝對角的螺栓，這樣能夠最大程度使得里面的O型圈受力均勻，不會出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，這樣的方式使得罐體的密封效果增加。

4.6人員安排經驗反饋

本次維保過程中，在開始的工作中人員安排不合理，在有限空間內進行作業(yè)時，人員擁擠反而會降低工作效率，為此在后面的工作中調整了人員配比，使得工作效率大大增加。對于容器外觀的目視檢查，由原來的2人降為1人。更換不銹鋼蓋板O型圈的人數(shù)由3人降為2人。清理容器內部，排水干燥的工作由2人增加為4人。這樣人員梯次配置，相互協(xié)作，明顯提高了工作效率。

4.7防人因工具經驗反饋

在本次的維保工作中，維保人員和團隊科學的使用防人因工具，具體表現(xiàn)如下。

工前會。在工作開始前，工作人員之間進行面對面的交流溝通準備會，以清楚地理解任務目標范圍和有效的完成任務所需要知道的一些問題[8]。在每天的維保工作開始之前，開工前會，說明本日的工作計劃。

開工前依據(jù)STAR原則自檢，明星自檢：Stop（停）、Think（思）、Act（行）、Review（審）即在操作時遇到疑問停下來，想一想，再繼續(xù)做，做完后檢查操作是否正確[8]。

工作過程中，采取三向交流，接到他人的反饋后再進行工作。工作過程中始終保持質疑的工作態(tài)度，在不確定時暫停。當日的工作完成后，召開工后會進行總結。

5結語

本文簡單介紹了RY-I乏燃料運輸容器的結構，對RY-I乏燃料運輸容器的本體，不銹鋼蓋，減震器進行了簡單的描述。主要介紹了RY-I乏燃料運輸容器的維保，包括排水口、排氣口的快速接頭的更換，不銹鋼蓋板O型圈，側面排水口O型圈的更換，對容器外觀檢查及容器內部的清理排水干燥，容器的氣密性試驗等一系列維保。對于維保過程中出現(xiàn)的問題進行經驗反饋，確保后續(xù)的維保工作不會出現(xiàn)類似問題。最終，RY-I乏燃料運輸容器維保驗收成功，完成了本次維保內容，并且為后續(xù)定期對乏燃料運輸容器進行維保，更換其易損耗部件提供了寶貴經驗。

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