AP1000堆内构件存放架导向柱优化

徐西会

摘   要：反应堆堆内构件存放架分为上部堆内构件存放架（MZ03）和下部堆内构件存放架（MZ05），在装换料期间，起到暂存堆内构件的作用，在堆内构件就位于存放架过程中，导向柱起主要的导向作用。文章针对海阳核电1号机组堆内构件存放架导向柱的导向能力不足，无法精确导向上下部堆内构件的就位问题，提出优化方案，使其满足堆内构件从存放架位置提起或放下提供精确导向，减少人员工作剂量的同时也降低设备损坏风险。

关键词：堆内构件存放架  上部堆内构件存放架  下部堆内构件存放架  导向柱  人员剂量

中图分类号：TM623                               文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）08（c）-0177-02

在反应堆换料大修期间，上部堆内构件和下部堆内构件吊装是装换料期间的主线工作，影响大修工期，具有风险大、工作难度高、定位精度高等特点。其中上部堆内构件和下部堆内构件吊装工作，由于临近换料水池作业，受厂房工作剂量的影响，需安全高效的开展，因此上、下部堆内构件存放架导向柱的精确定位和良好导向是保证安全高效工作的前提。但现有上、下部堆内构件存放架导向柱均不能满足安全高效的工作原则，无法在堆内构件移除或回装过程中提供准备定位和良好导向。

建安、调试期间，由于未装载燃料组件，且换料水池内无水，现有导向柱的导向能力不足问题的不利影响不明显，工作人员可以直接在换料水池底部，观察堆内构件就位于存放架时的对中情况，并通过人为辅助使其准确就位。而换料大修期间，换料水池充满水，工作人员无法进入水池底部，难以准确有效地进行辅助定位。因此需要优化现有的导向柱来解决导向能力不足的问题。

1  上部堆内构件存放架导向柱

1.1 现有导向柱存在问题

上部堆内构件吊装过程中，首先通过IGA吊具将IGA组件（Instrument Grid Assembly）支撑至堆内构件吊具平台上，然后提升上部堆内构件至燃料定位销高于压力容器法兰约100mm，操作环吊向上部堆内构件存放架移动至存放架位置后，缓慢下降环吊，待上堆芯板与存放架支撑环梁无干涉后，继续下降，待下降至导向套高于导向柱50mm时，工作人员调整环吊，使堆内构件吊具导向套进入导向柱，且导向套与导向柱四周均匀，继续下降，直至完全就位。

但此吊装过程中存在以下三点风险：

（1）现有导向柱的有效导向长度约为1100mm，其导向长度不能满足堆内构件的准确就位。当上部堆内构件上堆芯板进入存放架支撑环梁时，吊具导向套仍距离导向柱约有2800mm，此时仅凭环吊坐标定位（定位精度为±10mm），借助于水下摄像机观察，存在堆内构件磕碰的风险。

（2）现有导向柱的直径为158.5mm，堆内构件吊具导向套直径为184.15mm，其导向柱粗细不能满足堆内构件的准确就位。当吊具导向套（直径184.15mm）进入导向柱导向柱（158.8mm）后，仍存在单边约12mm的间隙，存在吊具在导向柱导向期间与存放架抗震支撑碰撞风险。

（3）当需吊装下部堆内构件时，堆内构件吊具需要从上部堆内构件（IGA组件通过IGA吊具支撑于导向螺栓延长段上）上移除后，现有导向柱将吊具重新回装于上部堆内构件上时，需耗费主线时间约3h。

因此现有的导向柱不满足堆内构件吊装的安全高效的要求。

1.2 新导向柱的优化设计

针对现有导向柱吊装過程中存在的风险，通过变更现有导向柱来避免存在的风险，具体设计思路如下：

（1）增加导向柱的长度，使上堆芯板进入存放架支撑环梁时已开始导向。考虑堆内构件吊装时有尽可能多的水屏蔽，故其最长长度应满足吊装高度上有100mm的安全距离即可，此时变更导向柱的长度约为4360mm[2];

（2）增加导向柱的粗细，使堆内构件吊具的导向套与导向柱的配合间隙更合理，满足精确定位的要求，变更后导向柱的粗细约为181mm。

1.3 方案的对比

两种不同的方案，除在对设备安全性的主要因素外，还在占用大修主线时间的长短、人员接受的辐射剂量的多少等方面存在较大的不同：

（1）占用大修时间对比：原设计进行一次上下部堆内构件拆卸与回装约耗时44h，变更后为36h;由此可见，若吊装下部堆内构件可节省主线时间8h;若不吊装下部堆内构件可节省主线时间4h。因此变更后更具有经济性。

（2）操作人员接受辐射剂量对比：原设计进行一次上下部堆内构件拆卸与回装约接受8.8mSv人员总剂量，变更后约接受3.6mSv;由此可见，若吊装下部堆内构件时，人员总接受剂量可减少约4.8mSv;若不吊装下部堆内构件时，人员总接受剂量可减少约2mSv。因此变更后更符合ALARA原则。

综合分析，从设备安全、节约主线时间、人员总接受剂量等方面考虑，变更后的上部对内构件存放架导向柱更合理。

2  下部堆内构件存放架导向柱

2.1 现有导向柱存在问题

下部堆内构件吊装过程中，提升下部堆内构件至燃料定位销高于压力容器法兰200mm，操作环吊往存放架移动，并通过环吊坐标定位于存放架位置，下降至导向套高于导向柱50mm时，工作人员调整吊具，使导向套进入导向柱，且四周均匀后，缓慢下降，待堆内构件距离存放架导向篮50mm时，停止下降，借助于水下摄像机来观察下部堆内构件径向支撑键与存放架导向篮的配合情况，并根据实际情况，微调环吊，确认无干涉后，继续下降，直至完全就位。

但此吊装过程中主要存在无法准确就位的风险：现有导向柱的粗细为158.8mm，而堆内构件吊具导向套内径为184.15mm，而存放架导向篮尺寸为438.2mm，下部堆内构件径向支撑键尺寸为425.5mm，堆内构件径向支撑键与存放架导向篮的配合间隙小于导向套与导向柱的配合间隙，其导向能力不能保证下部堆内构件径向支撑键准确就位于存放架导向篮内，极易二者发生磕碰，导致堆内构件损坏或无法就位于存放架。

2.2 新导向柱的优化设计

针对现有导向柱吊装过程中存在的风险，通过变更现有导向柱的粗细来避免存在的风险，具体设计思路如下：

（1）增加导向柱的粗细。变更后导向柱的粗细约为181mm，保证了导向套与导向柱配合间隙小于徑向支撑键与存放架导向篮之间的配合间隙，使导向套进入导向柱的导向后，即可准确定位。

（2）为减少堆内构件就位过程中的磕碰风险，可将存放架上导向篮的导向结构去除。

2.3 二者对比比较

两种不同的方案，在占用大修主线时间的长短、人员接受的辐射剂量的多少等方面存在较大的不同：

（1）占用大修时间对比：原设计进行一次下部堆内构件拆卸和回装耗时14h或更多（存在长时间调整的可能）;而变更后约耗时10h。由此可见，吊装下部堆内构件可节省主线时间4h，且保证下部堆内构件安全就位于存放架上。

（2）操作人员接受辐射剂量对比：原设计进行一次下部堆内构件拆卸和回装约接受5.4mSv的人员剂量，而变更后约接受2.6mSv。由此可见，吊装下部堆内构件时，人员总接受剂量可减少约2.8mSv。因此变更后更符合ALARA原则。

综合分析，从设备安全、节约主线时间、人员总接受剂量等方面考虑，变更后的下部对内构件存放架导向柱更合理。

3  结语

海阳核电上下部堆内构件存放架在堆内构件吊装时无法精确导向的问题在目前AP1000机组中均存在，为了解决此问题，文中提出了变更优化的方案，并与现有设计进行了比较，并从设备安全、占用大修时间、人员操作剂量等方面对两种方案进行比较，得出变更后的设计可更安全、高效的完成堆内构件吊装工作。

参考文献

[1] 顾军.AP1000核电厂系统与设备[M].北京：原子能出版社，2010.

[2] 成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2004.

[3] 卢启海.核电站上部堆内构件存放架安装阶段焊接变形控制[J].科技风，2018（19）：149.