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核电机组堆内构件的现场安装

李炳云

中国核电工程有限公司,北京,100840

摘要: 本文简要分析了核电站堆芯部分主要设备的安装特点,并结合以往的安装操作经验,分析施工过程中的难点和重点,指出堆内构件施工过程中需要注意的问题,提出需预警的问题,给后续同类堆芯安装施工提供部分参考,找出过去施工中的不足,提升后续施工管理和技术方面的应用。
关键词: 堆内构件;镶块插件;管嘴;对中复查
DOI:10.12721/ccn.2023.157205
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核岛主设备主要有压力容器、蒸汽发生器、主泵、主管道、稳压器等设备。这些设备构成了一个完整且密闭的一回路,主设备中堆内构件所处位置更是在核电站心脏部位,也称为压力容器内部构件,它有着支撑和固定燃料组件、分配堆芯水流、为监测和控制设备提供通道等核心性功能。因此堆内构件的施工对一座核电站而言有着不可替代的重要性。下面重点讨论如何控制堆内构件关键部位的安装。

1 堆内构件概要

1.1 堆内构件的组成

在压力容器内部,存放核燃料及支撑内部结构的物项称为堆内构件。田湾5、6号机组堆内构件主要分为上部堆内构件和下部堆内构件。上部堆内构件主要组成:中部支撑板及法兰、上部芯板、连接中部支撑板和上部芯板的40根上部支撑柱(每根支撑柱内安装一根热电偶)、4个热电偶支柱、若干热电偶导管和支架、61组导向筒组件(分上部和下部导向筒)等;下部堆内构件主要组成:筒体、下部芯板、热屏蔽、流量管嘴、仪表管组件等。

1.2 堆内构件的安装特点

堆内构件安装控制区为一级清洁区,对清洁度要求高。堆内构件的材质全为不锈钢,需要注意施工过程中的防污染。

堆内构件的安装要求精度高、安装工艺相对复杂、各设备部件之间关联多,安装施工方在现场需要自行加工切割和钻孔作业较多,需要避免造成不可逆的损伤。

2 堆内构件安装的重点和难点分析

堆内构件的安装主要重点:1)、镶块插件的加工与安装;2)、管嘴间隙控制;3)、上、下部堆内构件对中复查;4)、热电偶导管的安装及热电偶的插入;5)、下部堆内构件底部仪表柱的安装。

堆内构件的安装主要难点:1)、镶块插件的加工与安装(包括钻孔和冷装销安装);2)、上、下部堆内构件对中复查;3)、能量吸收组件的安装。

2.1 镶块插件的加工与安装

镶块插件是下部堆内构件与压力容器的关键接触部件,位于下部堆内构件筒体外表面,靠近压力容器底部,主要作用是防止反应堆在运行时的水平震动过大,故此处间隙值要求非常之高,存在着极高的难度。由于此处安装质量直接影响后续堆芯的稳定性,故此部件安装一直以来都是堆内构件安装的重点和难点。关注点主要有:1)、测量精度不够或测量误差或设备落位点不精准导致测量值与实际情况不符,影响镶块插件的加工;2)、人工精磨阶段出现过度打磨;3)、冷装销安装时,出现卡死现象;4)、因空间严重受限导致的其它质量和安全问题。

控制措施:1)、首次落位点的位置精度直接影响后续堆内构件的总体安装质量。由于下部堆内构件首次入堆时,没有任何精确导向装置辅助,故通常现场均采用多次重复落位来找较为理想的落点位置;2)、镶块插件加工精度高,应该找具有资格的加工厂进行加工,并委派质量监督人员驻厂全程跟踪和见证;3)、在镶块插件的人工精磨阶段,需要采取少磨多测的方式进行,不允许使用电动打磨工具例如磨光机等,避免打磨过量而导致镶块插件报废的情况发生;4)、冷装销孔的测量采用多组数据对比的方式进行,尽量减少测量误差;冷装销依据测量数据加工后需进行严格的复测工作;正式安装冷装销前进行模拟安装试验,确保安装工人能熟练应对各种不利情况。

2.2 管嘴间隙控制

下部堆内构件有三个热段出水管嘴,后方连接压力容器出水管嘴。现场安装过程中需要对该处间隙进行打磨,控制到设计要求的数值范围内。间隙控制的主要作用是将经过堆芯加热后的热段水与主管道回流的冷段水分开,如果间隙过大,则热段水溢出至冷段水的量将超出设计值,直接影响反应堆输出给蒸汽发生器的热效率。故此处安装也是一个重点, 采取的预防措施主要有:1)、单个管嘴打磨尽量保持同一组人打磨,减少不同人员施工交接时所产生的差异;2)、打磨过程中需增加管嘴弧度检查专用工具的使用密度,尽量将不均匀打磨情况提前发现和处理;3)、数据测量亦采用不同测量人员的多组测量数据对比确定,必要时可采用多套标定合格的测量工具进行复测;4)、堆内构件吊入压力容器时,需要加强管嘴区域的监控,防止管嘴与压力容器本体发生碰撞或剐蹭,堆内构件处于存放架上时,需要保证脚手架的搭设、施工人员打磨等施工时不对管嘴造成损伤。

2.3 上、下部堆内构件对中复查

上、下部堆内构件在首次同时装入压力容器后,要进行对中复查,即检查上部堆内构件芯板位置与下部堆内构件芯板对应位置的水平偏差,主要作用是确保后续燃料组件安装完成后,上、下部芯板的定位销均能顺利插入燃料组件的销孔内。此过程需要三组人员分别在下部堆内构件内、上下部堆内构件夹层内、上部堆内构件三层位置同进工作测量,通常工作时长约5~6小时,最下层人员在上部堆内构件吊出前无法外出(中间一层人员可通过热段主管道出口外出),故此项工作安全风险较大,也一直是堆内构件安装的关注点。施工前,需要先对环吊的状态进行详细检查,确保对中复查期间环吊正常运作,必要时提前要求环吊厂家到现场保驾护航。

2.4 热电偶导管的安装及热电偶的插入

热电偶设备位于上部堆内构件内,主要包括:四根热电偶柱,40根热电偶导管以及若干固定热电偶导管用的支架。此部分设备容易出现的问题是热电偶插入时卡涩,由于每根热电偶均是国外定制,制造周期长,40根热电偶之间不能进行互换(长度不一致),也无备件,如果出现卡涩问题,处理起来将会异常复杂,热电偶导管细长且安装路径较为弯曲,为了避免后续热电偶的插入出现卡涩现象,在安装热电偶导管时,需要注意导管应力的释放以及两根导管接口的连接位置应保证尽可能平滑,另导管安装前应注意确认导管内部无异物,安装完成后也应做好成品维护和防异物工作。

2.5 下部堆内构件底部仪表柱的安装

下部堆内构件底部有50根仪表柱和一大一小两个格栅板,每根仪表柱与压力容器底部50个RIC接管座一一对应,从RIC导向管内进入的指套管,穿过压力容器后从这50根仪表柱进入下部堆内构件内部,直到插入燃料组件内部。此处安装做为一个重点主要是因为仪表柱上有数量较多的螺栓(共计400余套M20螺栓,由现场安装),这些螺栓在堆芯正常运行时,处于反应堆底部的核心位置,设计要求所有堆内构件上的紧固件必须有焊接防松措施,每颗螺栓均配有一个锁紧帽,锁紧帽在螺栓紧固完成后进行焊接锁死。但由于此处螺栓过多,安装位置较为分散且空间受限,施工人员有可能会遗漏掉某些螺栓的紧固或焊接锁死,导致装堆完成后运行期间螺栓掉落事件。

2.6 能量吸收组件的安装

能量吸收组件又称为减震器,共有四个,位于下部堆内构件底部,仪表柱中心位置,能量吸收组件上部通过支撑柱与下部堆内构件支撑板相连,下部通过基础板与压力容器间隙配合。能量吸收组件的主要功能是当堆芯发生异常情况时(比如堆芯有掉落至压力容器底部趋势等),能量吸收组件可以起到吸收部分能量和减震的作用。为了使能量吸收组件下方基础板与压力容器底部内表面的间隙达到设计值,能量吸收组件需要现场测量实测值并进行加工切割,加工切割后几乎无任何其它可以调整的方法。故数据的测量和加工是难点。此处数据测量和加工需要质检人员全程跟踪和监督,过程中进行多次复测,以确保安装精度。

3 结语

堆内构件设备结构相对较为复杂,部分位置空间受限无法直观的观察到,还有部分重要位置是由上、下部堆内构件吊入压力容器后,才能组合形成,此时人员通常较难进入堆内构件观察,这些都增加了堆内构件现场安装的难度。