模塊化小堆堆芯測量組件裝卸方法及專用設(shè)備研究

模塊化小堆堆芯測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，對堆芯測量組件裝卸的工藝方案，主要工藝參數(shù)制定考慮的因素進行了分析。對堆芯測量組件的專用裝卸設(shè)備進行了詳細的描述，并結(jié)合試驗數(shù)據(jù)，對專用設(shè)備的主要參數(shù)及控制邏輯進行了分析。論文關(guān)鍵詞：模塊化,堆芯測量,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是一體化、模塊化、安全性能高及多用途，實現(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)場快速安裝[1]。該反應(yīng)堆配備了高安全性的非能動安全系統(tǒng)，簡化的系統(tǒng)方案帶來更好的可靠性和安全性，全堆模塊化設(shè)計和施工，提供更高效的運行、安裝及檢修維護方式。鑒于模塊式小堆體積小、占地少，相對于傳統(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)計特點，采用非能動安全設(shè)施，總體技術(shù)達到三代核電水平。反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)設(shè)計采用一體化堆頂、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)動機構(gòu)、為冷卻劑提供流道的主要設(shè)備，在吊裝時應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場實際情況進行方案制定，并對起吊設(shè)備進行仔細的受力核算[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，以及堆芯測量組件等。其中堆芯測量組件包含了中子測量裝置、溫度測量熱電偶等，采用分散布置，集束安裝的設(shè)計方案，從堆頂貫穿進入反應(yīng)堆堆芯內(nèi)部，對反應(yīng)堆的運行狀況進行監(jiān)測。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)堆開蓋前對一回路壓力邊界的卸除，包含堆芯測量組件密封結(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)動桿的脫扣及檢查、吊??；③堆芯測量組件的收取、壓緊彈簧組件和上部壓緊筒體的卸除，同時考慮整體貯存、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)向管組件的單獨檢修工藝；⑤乏燃料組件的卸除、轉(zhuǎn)運及貯存；⑥吊籃組件的卸除，水池內(nèi)臨時貯存、檢修以及復(fù)裝工藝。其中堆芯測量組件、上部壓緊筒體的裝卸與傳統(tǒng)壓水反應(yīng)堆完全不同。2堆芯測量組件同步裝卸方法2.1實現(xiàn)同步裝卸的工藝方案近年來國產(chǎn)化的堆芯測量傳感器得到了普遍應(yīng)用，包括測量燃料中心溫度的套管式高溫熱電偶組件，測量燃料包殼伸長的差動變壓器型位移傳感器以及測量輻照然料元件中子通量和通量分布的自給能探測器和測量燃料包殼溫度和考驗元件出入口冷卻劑溫度的鎧裝熱電偶等[3]。模塊式小堆堆芯測量組件通過8個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量組件提出堆芯，并且必須將其提升至一個較高的高度，使得堆芯測量組件最下端的核心段進入壓緊筒體上的導(dǎo)管內(nèi)部，避免在復(fù)裝時由于脫離導(dǎo)向而無法再次裝入堆芯。因此堆芯測量組件在換料時就存在一個實現(xiàn)與上部壓緊筒體同步裝卸的問題。目前AP1000的堆芯測量組件在檢修時采用整體更換的方案，即將其支撐架整體拆除進入專用存放架上后再逐組處理探測器組件。由于模塊式小堆支承堆芯測量組件的集束裝置與上部壓緊筒體采用了一體化設(shè)計，沒有單可供獨吊裝的支撐架，因此探測器組件必須先行進行提升卸除操作。為實現(xiàn)與上部壓緊筒體的同步卸除，我們在其專用吊具上加裝了堆芯測量組件的裝拆裝置，在吊取筒體的同時將堆芯測量組件提出堆芯，一起運至存放水池內(nèi)，并實現(xiàn)探測器的臨時固定功能。其拆卸和復(fù)裝的方法如圖1所示。拆卸時，先進行解除密封操作；然后使用專用吊具進行上部壓緊筒體的吊取以及同時實現(xiàn)堆芯測量組件操作段的裝夾；之后將堆芯測量組件提升約3.7米，直至其下端完全脫離堆芯進入上部壓緊筒體導(dǎo)管內(nèi)；就位后在上位對其進行臨時固定操作；逐組進行提升、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量組件同時吊運至存放水池進行存放；復(fù)裝時則先將兩者同時吊運至堆內(nèi)，再分別將堆芯測量組件逐組插入堆芯內(nèi)部，最后進行密封操作。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)計參數(shù)的確定需要考慮反應(yīng)堆廠房內(nèi)與裝卸工藝路徑相關(guān)的環(huán)境條件、操作對象的狀態(tài)及其與反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系、同時從輻射防護的角度還應(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量組件的上位標高、裝夾位置標高、專用工具尺寸等詳細參數(shù)。堆芯測量組件解除密封后，提升前頂端接頭位于標高-5.7米處（水池蓋板位置為0米標高），組件總長約8米，在下位時底端置于堆芯內(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)高于堆水池實際水深，其尺寸約8.5米。堆芯測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?？紤]組件長度，實際提升進入筒體內(nèi)的位置應(yīng)保證起吊后平移操作開始時，下端頭位于實際標高-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量組件輔助操作裝置所能到達的最低位置，使其位于堆芯測量組件頂端向下約0.8米處，起吊前實際標高位置為-6.5米。3專用設(shè)備研制3.1功能及組成堆芯測