模塊化小堆堆芯測(cè)量組件裝卸方法及專用設(shè)備研究

模塊化小堆堆芯測(cè)量組件裝卸方法及專用設(shè)備研究

論文摘要：本文介紹了模塊化小堆堆內(nèi)設(shè)備裝卸的總體方案，對(duì)堆芯測(cè)量組件裝卸的工藝方案，主要工藝參數(shù)制定考慮的因素進(jìn)行了分析。對(duì)堆芯測(cè)量組件的專用裝卸設(shè)備進(jìn)行了詳細(xì)的描述，并結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)專用設(shè)備的主要參數(shù)及控制邏輯進(jìn)行了分析。論文關(guān)鍵詞：模塊化,堆芯測(cè)量,裝卸,專用設(shè)備0引言模塊式小型反應(yīng)堆是一種基于最新的第三代反應(yīng)堆技術(shù)開發(fā)的多功能小型反應(yīng)堆。模塊化小型堆最大的特點(diǎn)是一體化、模塊化、安全性能高及多用途，實(shí)現(xiàn)了全堆系統(tǒng)一體化集成、反應(yīng)堆模塊廠內(nèi)加工、現(xiàn)場(chǎng)快速安裝[1]。該反應(yīng)堆配備了高安全性的非能動(dòng)安全系統(tǒng)，簡(jiǎn)化的系統(tǒng)方案帶來更好的可靠性和安全性，全堆模塊化設(shè)計(jì)和施工，提供更高效的運(yùn)行、安裝及檢修維護(hù)方式。鑒于模塊式小堆體積小、占地少，相對(duì)于傳統(tǒng)大堆應(yīng)用更加靈活，能夠滿足區(qū)域性的供熱、供電，艦船反應(yīng)堆加裝等多樣性的需求，正日益受到全球核電大國的青睞。目前美日俄韓等國都在持續(xù)進(jìn)行各自的小型堆開發(fā)，如美國西屋公司牽頭開發(fā)的IRIS、俄羅斯OKMB開發(fā)的ABV小型堆、韓國的SMART、日本的MRX等。由我國自主研發(fā)的ACP100模塊式小堆具有一體化設(shè)計(jì)特點(diǎn)，采用非能動(dòng)安全設(shè)施，總體技術(shù)達(dá)到三代核電水平。反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用一體化堆頂、內(nèi)置式直流蒸發(fā)器，以及分段式安裝的堆內(nèi)構(gòu)件，具有與傳統(tǒng)壓水堆型反應(yīng)堆不同的結(jié)構(gòu)形式。1概述反應(yīng)堆堆內(nèi)設(shè)備是支撐燃料組件、控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、為冷卻劑提供流道的主要設(shè)備，在吊裝時(shí)應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行方案制定，并對(duì)起吊設(shè)備進(jìn)行仔細(xì)的受力核算[2]。ACP100模塊式小堆的堆內(nèi)構(gòu)件包括壓緊彈簧、上部壓緊筒體、下部壓緊組件、吊籃組件，以及堆芯測(cè)量組件等。其中堆芯測(cè)量組件包含了中子測(cè)量裝置、溫度測(cè)量熱電偶等，采用分散布置，集束安裝的設(shè)計(jì)方案，從堆頂貫穿進(jìn)入反應(yīng)堆堆芯內(nèi)部，對(duì)反應(yīng)堆的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。從堆內(nèi)設(shè)備的布置形式來考慮，上部壓緊筒體與下部堆內(nèi)構(gòu)件具有完全不同的功能結(jié)構(gòu)和裝卸接口，因此上部壓緊筒體與下部壓緊組件、吊籃組件采用不同的吊裝專用設(shè)備進(jìn)行裝卸。堆內(nèi)設(shè)備的裝卸總體上包括以下工藝過程：①反應(yīng)堆開蓋前對(duì)一回路壓力邊界的卸除，包含堆芯測(cè)量組件密封結(jié)構(gòu)的解除和壓力容器密封緊固力的去除；②反應(yīng)堆開蓋后控制棒驅(qū)動(dòng)桿的脫扣及檢查、吊??；③堆芯測(cè)量組件的收取、壓緊彈簧組件和上部壓緊筒體的卸除，同時(shí)考慮整體貯存、水層屏蔽下的例行檢修工藝需求；④下部壓緊組件的卸除，以及導(dǎo)向管組件的單獨(dú)檢修工藝；⑤乏燃料組件的卸除、轉(zhuǎn)運(yùn)及貯存；⑥吊籃組件的卸除，水池內(nèi)臨時(shí)貯存、檢修以及復(fù)裝工藝。其中堆芯測(cè)量組件、上部壓緊筒體的裝卸與傳統(tǒng)壓水反應(yīng)堆完全不同。2堆芯測(cè)量組件同步裝卸方法2.1實(shí)現(xiàn)同步裝卸的工藝方案近年來國產(chǎn)化的堆芯測(cè)量傳感器得到了普遍應(yīng)用，包括測(cè)量燃料中心溫度的套管式高溫?zé)犭娕冀M件，測(cè)量燃料包殼伸長的差動(dòng)變壓器型位移傳感器以及測(cè)量輻照然料元件中子通量和通量分布的自給能探測(cè)器和測(cè)量燃料包殼溫度和考驗(yàn)元件出入口冷卻劑溫度的鎧裝熱電偶等[3]。模塊式小堆堆芯測(cè)量組件通過8個(gè)集束裝置分別插入各自導(dǎo)管內(nèi)，再深入堆芯。集束裝置安裝在上部壓緊筒體上，反應(yīng)堆卸料前需要卸除上部壓緊筒體，這樣就不得不先將堆芯測(cè)量組件提出堆芯，并且必須將其提升至一個(gè)較高的高度，使得堆芯測(cè)量組件最下端的核心段進(jìn)入壓緊筒體上的導(dǎo)管內(nèi)部，避免在復(fù)裝時(shí)由于脫離導(dǎo)向而無法再次裝入堆芯。因此堆芯測(cè)量組件在換料時(shí)就存在一個(gè)實(shí)現(xiàn)與上部壓緊筒體同步裝卸的問題。目前AP1000的堆芯測(cè)量組件在檢修時(shí)采用整體更換的方案，即將其支撐架整體拆除進(jìn)入專用存放架上后再逐組處理探測(cè)器組件。由于模塊式小堆支承堆芯測(cè)量組件的集束裝置與上部壓緊筒體采用了一體化設(shè)計(jì)，沒有單可供獨(dú)吊裝的支撐架，因此探測(cè)器組件必須先行進(jìn)行提升卸除操作。為實(shí)現(xiàn)與上部壓緊筒體的同步卸除，我們?cè)谄鋵Ｓ玫蹙呱霞友b了堆芯測(cè)量組件的裝拆裝置，在吊取筒體的同時(shí)將堆芯測(cè)量組件提出堆芯，一起運(yùn)至存放水池內(nèi)，并實(shí)現(xiàn)探測(cè)器的臨時(shí)固定功能。其拆卸和復(fù)裝的方法如圖1所示。拆卸時(shí)，先進(jìn)行解除密封操作；然后使用專用吊具進(jìn)行上部壓緊筒體的吊取以及同時(shí)實(shí)現(xiàn)堆芯測(cè)量組件操作段的裝夾；之后將堆芯測(cè)量組件提升約3.7米，直至其下端完全脫離堆芯進(jìn)入上部壓緊筒體導(dǎo)管內(nèi)；就位后在上位對(duì)其進(jìn)行臨時(shí)固定操作；逐組進(jìn)行提升、固定操作，直至全部組件脫離堆芯；最后使用專用吊具將上部壓緊筒體和堆芯測(cè)量組件同時(shí)吊運(yùn)至存放水池進(jìn)行存放；復(fù)裝時(shí)則先將兩者同時(shí)吊運(yùn)至堆內(nèi)，再分別將堆芯測(cè)量組件逐組插入堆芯內(nèi)部，最后進(jìn)行密封操作。2.2工藝參數(shù)制定考慮的主要因素工藝參數(shù)的制定和專用設(shè)備主要設(shè)計(jì)參數(shù)的確定需要考慮反應(yīng)堆廠房?jī)?nèi)與裝卸工藝路徑相關(guān)的環(huán)境條件、操作對(duì)象的狀態(tài)及其與反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系、同時(shí)從輻射防護(hù)的角度還應(yīng)將人員安全、輻射屏蔽等因素考慮在內(nèi)。通過分析，綜合各方面的因素來確定堆芯測(cè)量組件的上位標(biāo)高、裝夾位置標(biāo)高、專用工具尺寸等詳細(xì)參數(shù)。堆芯測(cè)量組件解除密封后，提升前頂端接頭位于標(biāo)高-5.7米處（水池蓋板位置為0米標(biāo)高），組件總長約8米，在下位時(shí)底端置于堆芯內(nèi)部。專用吊具就位于上部壓緊筒體法蘭上，為保證吊具上部不入水，吊具操作位置應(yīng)高于堆水池實(shí)際水深，其尺寸約8.5米。堆芯測(cè)量組件與上部壓緊筒體共同起吊后為保證輻射屏蔽效果，筒體法蘭距離水面至少約2米。考慮組件長度，實(shí)際提升進(jìn)入筒體內(nèi)的位置應(yīng)保證起吊后平移操作開始時(shí)，下端頭位于實(shí)際標(biāo)高-6.5米處；而組件抽出和插入操作的裝夾位置則應(yīng)考慮吊具上的堆芯測(cè)量組件輔助操作裝置所能到達(dá)的最低位置，使其位于堆芯測(cè)量組件頂端向下約0.8米處，起吊前實(shí)際標(biāo)高位置為-6.5米。3專用設(shè)備研制3.1功能及組成堆芯測(cè)