壓水堆核電廠專用換料水套設計探討

戴旭東　王炳炎　劉兆東　陳書華　李海博

【摘 要】壓水堆專用換料水套是核電廠反應堆的專用設備，在反應堆換料大修期間，通過換料水套將反應堆壓力容器和換料水池連通，形成吊裝通道，供裝卸堆內各構件、燃料組件及相關組件使用，利用換料水套內的水層對無頂蓋的反應堆進行屏蔽。該換料水套結構緊湊、操作簡便、可縮短操作時間、減少操作人員可能承受的輻照劑量。

【關鍵詞】反應堆；換料水套；專用設備；換料技術

【Abstract】Special refueling water jacket is a special equipment for PWR nuclear power plant reactor. During a reactor refueling overhaul， connected the reactor pressure vessel and the refueling pool by a refueling water jacket， and forming a hoisting channel， in this way， use for loading and unloading of internal components， fuel assembly and related components. Meanwhile， shielding radiation from the reactor without cover by water layer in the refueling water jacket layer. This refueling water jacket has the advantages of compact structure， simple operation， effectively shorten operation time and reduce probable radiation dose to operators.

【Key words】Reactor； Refueling water jacket； Special equipment； Refueling technology

0 引言

壓水堆專用換料水套（以下簡稱“換料水套”）是在核電廠反應堆換料大修期間使用的專用設備，通過換料水套將無頂蓋的反應堆和換料水池連通，形成吊裝通道供裝卸堆內各構件和燃料組件，并利用換料水套內足夠的水層對無頂蓋的反應堆起到屏蔽作用。

換料水套的設計涉及的主要技術難點有：（1）核電廠核島內的各設備存在基礎沉降、安裝誤差、位移補償，以及高溫環境下的熱補償等問題，要求換料水套本身對反應堆壓力容器和換料水池具備良好的自適應性能。（2）換料水套內承載的水具有強放射性，必須可靠密封，杜絕發生泄漏。

1 需求分析

通過對換料水套的功能需求進行分析得知，在核電廠反應堆換料大修期間，當反應堆壓力容器頂蓋被拆卸后，要求換料水套為無頂蓋的反應堆提供可靠的吊裝通道，同時還需對反應堆的放射性物質進行屏蔽。在安裝方面，要求換料水套可有效適應核島內各項設備的基礎沉降、安裝誤差、位移補償，以及高溫環境下的熱補償等問題。與此同時，還應具備密封可靠、吊運簡單、易于安裝拆卸、維護簡便等功能特點，從而縮短操作時間，降低操作費用，減少操作人員可能承受的輻照劑量。

2 總體方案

換料水套主要由上法蘭、波紋補償器、護套、筒體、下法蘭、O形圈、吊環螺釘、螺釘、定位銷等零部件組成，其結構如圖1和圖2所示。

上法蘭為高頸法蘭型式，其下部與波紋補償器通過焊接相連，其上部與安全殼的換料水套安裝法蘭通過若干螺釘連接。上法蘭的密封面內設有兩道燕尾環槽，供安裝O形圈使用，上法蘭的下端面為臺階式平面，可保證螺釘有效預緊并壓緊O形圈實現密封。

波紋補償器是由多個波紋段組成的圓筒形撓性部件，是換料水套實現柔性通道的重要部件，該部件可對反應堆壓力容器和安全殼的基礎沉降、軸向與徑向安裝誤差、高溫環境下各設備的熱脹冷縮進行自適應性補償。

波紋補償器采用奧氏體不銹鋼材料制造而成，其下端與筒體對接相連，上端與上法蘭通過焊接相連，該部件與筒體共同構成換料水套的壓力邊界。非工作狀態時，波紋補償器外側設有若干支承螺柱便于運輸和存放；工作狀態時，所有支承螺柱需要全部予以拆除。

波紋補償器內部設有護套，護套為內壁面光滑的圓筒形結構，焊接安裝于波紋補償器內側，用于有效防止物件在吊裝時與換料水套發生擦掛。

筒體是構成換料水套的主要結構部件，由奧氏體不銹鋼板卷焊而成，其下部與下法蘭通過焊接相連，其上部與波紋補償器通過焊接對接而成。

下法蘭為高頸法蘭型式，其下端與反應堆壓力容器的換料水套支承環通過若干螺釘連接，其上部與筒體通過焊接相連。下法蘭的密封面內設有兩道燕尾環槽，供安裝O形圈使用，下法蘭的下端面為臺階式平面，可保證螺栓有效預緊并壓緊O形圈以實現密封。

O形圈采用低苯基硅橡膠制造，可適應帶有輻射的工作環境。O形圈的橫截面可為多種形式，如圓形、方形、楔形、碟形等。每個法蘭密封面設有兩道O形圈構成雙層密封。通過螺栓預緊將O形圈壓緊在密封面上從而實現密封。

在換料水套的頂部，沿上法蘭的周向均勻布置有若干吊環螺釘，供吊裝和運輸換料水套使用。

3 實施方式

在核電廠反應堆進行換料大修期間，首先將換料水套安裝在壓力容器筒體組件和安全殼殼體之間，將換料水套內部充滿水，換料水套連接部位實現可靠密封，通過換料水套將反應堆壓力容器和換料水池連通，形成吊裝通道，供裝卸堆內各構件、燃料組件及相關組件使用，利用換料水套內的水層對無頂蓋的反應堆進行屏蔽。具體實施方式如下：

（1）使用前，應將換料水套筒體內壁清潔干凈，表面不得有污物、油污等；

（2）使用前，必須進行充水試驗以檢驗上下兩個密封面是否存在漏水，若橡膠O形圈老化則可能導致漏水，此時應及時更換橡膠O形圈；

（3）安裝前，應清理壓力容器的換料水套支承環和安全殼的換料水套安裝法蘭，要求法蘭表面干凈無污物；

（4）使用吊車通過吊環螺釘將換料水套進行吊運和安裝，必須按換料水套調試時所做好的標記位置安裝，使用定位銷進行精準定位；

（5）換料水套正確就位后，依次預緊全部螺栓，拆除換料水套外側的支承螺柱，將換料水套內部充滿去離子水，充水過程中注意監測換料水套及其密封部位有無泄漏，若有，立即停止充水進行檢修。

使用完畢后，按上述操作的相反步驟將換料水套進行拆除，應將換料水套完全去污、清潔、干燥后再予以妥善存放，存放過程中要求換料水套內外表面均滿足一定的清潔度要求。

4 結論

該換料水套有效適應了核島內各設備的基礎沉降、安裝誤差、位移補償，以及高溫環境下的熱補償等問題，并且密封可靠、吊運簡單、易于安裝拆卸、維護簡便，進而縮短操作時間，降低操作費用，減少操作人員可能承受的輻照劑量。

【參考文獻】

[1]甕松峰.壓水堆核電站乏燃料運輸輔助設備設計[J].核動力工程，2012.06.

[2]董正平，甕松峰.反應堆主設備安裝工藝及專用工具的設計研究[J].核動力工程，2013.S1.

[責任編輯：王偉平]