燃料操作抓具檢修專用模擬體的開發與應用

□ 彭 峰

一、引言

壓水堆核電廠燃料廠房乏燃料貯存水池內使用的燃料操作抓具，包括乏燃料組件抓具、可燃毒物組件抓具、舊控制棒組件抓具和阻力塞組件抓具。乏燃料組件抓具主要用于在燃料轉運裝置與乏燃料貯存格架之間轉運乏燃料組件，可燃毒物、舊控制棒和阻力塞組件抓具用于水下完成相關組件在燃料組件間的抽插倒換操作［1］。由于直接用于操作燃料組件，抓具的檢修精度、可靠性對操作的安全穩定性，以及核電廠換料大修的關鍵路徑起到至關重要的作用。

二、燃料操作工具的檢修現狀

(一)現有檢修方法。每次換料大修前需要對各燃料操作抓具進行預防性檢查并操作試驗，以驗證其在裝卸燃料組件前的可用性。由于抓具均在乏燃料貯存水池內完成水下操作，當檢查或試驗過程中發現某一抓具存在缺陷時，解體檢修無法直接進行，需將抓具從水池內吊出，置于燃料廠房地面或沖洗井中進行。在檢修完成組裝后再將抓具吊回乏燃料貯存水池中抓取相應的燃料組件進行再鑒定試驗。

(二)存在的問題。由于目前沒有調試用的基準，燃料操作抓具在解體檢修組裝后無法在檢修區域內較全面地驗證抓具的可靠性和功能完整性，而需吊回乏燃料貯存水池中直接抓取真組件進行試驗，存在水下脫不開、損壞燃料及相關組件等風險。燃料操作抓具在乏燃料水池與燃料廠房地面或沖洗井間的吊裝需開關水閘門，同時使用人橋吊車和輔助吊車，若在水池內的再鑒定試驗不合格需進行抓具的多次吊裝，將引入多項作業風險，增加安全隱患。在特殊情況下，可能造成大修主線計劃延后，損失較大的經濟效益。

三、檢修專用模擬體的研制

(一)總體方案。開發一套檢修專用模擬體，適用于燃料廠房乏燃料貯存水池內使用的所有燃料操作抓具，方便用于在燃料廠房地面上的干式檢查、維修和再鑒定試驗，確保上述工具的可靠性，以減少檢修后使用中帶來的風險，同時也可用于燃料操作抓具的培訓。壓水堆核電站的燃料操作抓具按照組件的種類和接口尺寸，大致可分為三類:一是控制棒組件抓具;二是阻力塞/可燃毒物組件抓具;三是燃料組件抓具。研制的檢修專用模擬體也可根據燃料操作抓具的分類進行設計，包括燃料組件上管座模擬體、控制棒組件模擬體和阻力塞組件模擬體。由于阻力塞與可燃毒物組件頭部結構、尺寸相同，故阻力塞組件模擬體可通用于阻力塞組件抓具和可燃毒物組件抓具。

表1 燃料操作抓具檢修專用模擬體清單

(二)結構及技術要求。

1．燃料組件上管座模擬體。上管座模擬體由上基體、連接環、下基體、導向管、壓緊彈簧、支座和連接附件組裝而成。總高度360mm(不含彈簧高度)，重量和體積輕巧、便于搬運移動。數量及用途見表1，具體結構及技術要求如下:一是選用不銹鋼材質，采用組裝式結構，焊接部位焊縫打磨光滑平整，方便拆裝和清洗去污;二是模擬體外表面拋光后整體酸洗鈍化，不應有過酸洗現象;三是上基體與各燃料操作工具的接口結構尺寸及其加工要求與AFA－3G燃料組件相同;四是下基體包括導向管、與支座的連接接口等，8個導向管連接孔與阻力塞、控制棒組件模擬體的芯棒連接孔配作;五是導向管采用不銹鋼空心管，外徑尺寸與下基體上的孔相配，內徑與阻力塞、控制棒組件模擬體的芯棒相配，導向管的長度為100mm;六是連接環用于連接上、下基體;七是支座高度265mm，內部空心，四周設計為5mm的鋼板，并開有167mm×120mm的孔，便于觀察阻力塞、控制棒組件模擬體與燃料組件上管座模擬體的配插情況，同時可減輕重量。

2．控制棒組件模擬體。由于HARMONI控制棒組件結構形式復雜，不便于加工制造，考慮到開發控制棒組件模擬體的目的為抓具檢修需要，需對模擬體的結構、尺寸進行重新設計——保留頭部連接柄的結構尺寸、加工要求與原有控制棒組件相同，連接柄以下部件采用與阻力塞組件模擬體相同的設計。與燃料組件上管座模擬體配插后，連接柄上表面相對標高尺寸與真實組件一致，數量及用途見表1。

3．阻力塞組件模擬體。該模擬體由壓翅、導柱、基板、阻力塞棒和連接附件組成。設計的8根阻力塞棒與基板用螺紋連接，除了阻力塞棒隨燃料組件上管座模擬體相應縮短外，其余結構尺寸、連接方式及其加工要求都與原阻力塞組件相同。與燃料組件上管座模擬體配插后，阻力塞組件模擬體壓翅上表面相對標高尺寸與真實組件一致。重量不做要求，數量及用途見表1。

(三)技術特點分析。通過結構和技術要求可以看出，開發的燃料操作抓具檢修專用模擬體有如下特點:一是自主研發、制造的整套燃料操作抓具檢修專用模擬體，采用常見的不銹鋼材料進行制造，具備安全可靠、簡易經濟、便于加工制造等技術特點。二是阻力塞組件和控制棒組件模擬體可使用相同的燃料組件上管座模擬體，既節約了材料，也使得新的控制棒組件模擬體方便加工制造，實現了最優化設計。三是重新設計的控制棒組件模擬體，在保證其功能的情況下，解決了原組件加工制造困難的技術難點，實現了最優化設計。

四、應用效果

燃料操作抓具檢修專用模擬體先后在秦山第二核電廠2012年12月至2013年1月和2014年2月至4月順利完成了1#和2#機組舊控制棒組件抓具、可燃毒物組件抓具、阻力塞組件抓具和乏燃料組件抓具一共8臺抓具的全面解體檢修工作。到目前為止，大修裝卸料、燃料相關組件倒換期間燃料操作抓具使用情況良好。

五、結語

檢修專用模擬體的開發及應用，有效解決了燃料操作抓具無調試基準的技術難題，提高了燃料操作抓具的檢修精度，降低了作業風險，保護了燃料及相關組件，增強了燃料操作的安全性、穩定性，為后續大修期間燃料操作提供了有力的保障，并且保證了大修主關鍵路徑時間。國內壓水堆核電站所使用的燃料操作抓具相同或相近，且該套模擬體具有優越的經濟性和可靠性，簡單實用，有很好的工程使用價值，具有推廣意義。

［1］付衛彬．燃料操作和貯存系統手冊［M］．嘉興:核電秦山聯營有限公司，2005:21