壓水堆核電廠核島控制棒驅動機構CRDM安裝技術研究

中國電建集團核電工程有限公司 孫瑞升 趙廷魁 賈廣明

核電站核島控制棒驅動機構（control rod drive mechanism，簡稱CRDM）安裝于安全殼內的反應堆壓力容器頂蓋上，是一種豎直方向步進運動的磁力提升機構，它按照指令帶動控制棒組件在堆芯內上、下運動，保持控制棒組件在指令高度或斷電釋放控制棒組件使其在重力作用下快速插入堆芯，完成反應堆啟動、調節功率、保持功率、正常停堆和事故停堆等功能[1]。

控制棒驅動機構安裝主要包括驅動機構耐壓殼、隔熱套組件、線圈組件和棒位探測器組件在反應堆壓力容器CRDM管座上的安裝。本文通過調研分析了解控制棒驅動機構的安裝工藝要求、安裝前準備工作、安裝前檢查以及具體安裝流程等內容，詳細開展敘述控制棒驅動機構耐壓殼的安裝工藝流程。

1 CRDM安裝工藝參數

為充分掌握目前國內CRDM安裝方面的技術成果，調研了已建、在建項目的CRDM安裝工作。通過梳理已建、在建項目編制的安裝文件、上游出版的設計文件，安裝期間的經驗反饋等方式，了解掌握相關重要信息。

CRDM設計參數：目前國內已建、在建核電項目CRDM的長度（mm）、重量（kg）分別為：紅沿河3～4號機組5545/291，陽江1～4號機組5545/291，紅沿河5～6號機組5579.8/293，陽江5～6號機組5545/291，寧德3～4號機組5545/291，防城港3～4號機組5579.8/293。可知控制棒驅動機構CRDM設計尺寸均為5545mm左右，重量為291 kg，因控制棒長度及重量因素影響，安裝時需搭建專用平臺進行吊裝并使用翻轉工具進行保護，以保護控制棒在安裝時免受損傷。

CRDM安裝技術參數：控制棒驅動機構吊環緊固力矩、CRDM緊固力矩、同心度、Y型環與坡口間隙均為安裝時的重要參數。通過分析已建或在建項目控制棒驅動機構安裝技術參數為控制棒驅動機構安裝提供技術支持：紅沿河3～4號機組、紅沿河5～6號機組、寧德3～4號機組、陽江1～2號機組、陽江3～4號機組、陽江5～6號機組、防城港3～4號機組的吊環緊固力矩均為250Nm，CRDM緊固力矩均為420Nm、同心度均≤0.1mm、Y型環與坡口間隙均為0.04＜間隙小于0.25mm。

CRDM耐壓殼安裝專用工具：CRDM安裝構架。CRDM安裝與焊接工作平臺和保護構架，包括帶吊車的滾動軌道組件，500kg鋼梁、超壓裝置，360kg安裝用起吊梁用穩壓裝置；CRDM耐壓殼臨時存放架；吊裝翻轉專用工具（圖1）。在20m平臺吊裝和翻轉豎立CRDM耐壓殼用的工具，包括一個從包裝箱里面吊出耐壓殼的平衡梁和一個翻轉耐壓殼的裝置；CRDM耐壓殼緊固扳手（圖2），緊固CRDM耐壓殼的特殊工具，包括一個卡環和一個連接力矩扳手的套筒。

圖1 吊裝翻轉專用工具

圖2 CRDM耐壓殼緊固扳手

2 CRDM安裝前的準備工作

安裝前要求：CRDM安裝前要編寫耐壓殼安裝操作規程，詳細規定安裝操作步驟和安裝所需要的工具（尼龍吊帶4根、500N.m、50N.m力矩扳手各1把、溫濕計1個、0～3mm百分表1個、0～200mm鋼板尺1把、磁性表座1套、內六角1個、塞尺10把）、儀器、保護措施、質量要求、清潔用品、消耗品；消耗性材料：不起毛白布、威第爾、Neolube2潤滑劑、不銹鋼粘膠帶、鞋套、連體服、白手套。實施安裝的操作人員需具有CRDM耐壓殼安裝相關操作技能，做到持證上崗，起吊裝置和相應的安裝設備驗收合格；計量器具和儀器經標定并在有效期內。

安裝過程中的要求。CRDM的包裝箱要運進反應堆廠房后進行包裝拆卸，在吊裝前檢查待裝設備的外觀和數量，確認無誤后存放在專用存放架中，因為耐壓殼較為細長，從包裝箱中移出、翻轉豎立、吊入頂蓋存放間的專用存放架的過程中使用吊裝翻轉專用工具，以防止彎曲變形以及防止損傷下端部的Y型填充環。

工作區域要求。壓力容器頂蓋存放調整好水平度，密封面要≤2mm；安裝區域滿足I級工作區域清潔度要求；CRDM安裝平臺安裝就位，平臺上要具有足夠容納安裝工作所需要的的焊接設備及檢查設備的場地，還要提供足夠的照明及電源設備。

安裝設備的準備。CRDM工作平臺包括一個焊接工作平臺、一個耐壓殼存放架、一個通風入口裝置、一個安裝在工作平臺頂部的500kg行車，以及吊裝及平衡裝置等（圖1）；安裝前使用防塵幔布或彩條布對工作臺進行封閉隔離用以保證I級工作區域清潔度要求，在CRDM第一層安裝CRDM焊機及相關設備，Ω焊縫水壓試驗設備到廠就位。

3 CRDM安裝工藝流程

耐壓殼就位前，需要檢查及驗收標準為：螺紋規檢查管座外徑。止規檢查，止規不應通過管座。通規檢查，通規應通過管座；耐壓殼與填充環尺寸檢查。Y形環與耐壓殼焊點尺寸≤2mm，填充環與耐壓殼之間的間隙＜0.04mm，填充環兩個端頭相接處間隙＜0.6mm。

3.1 安裝主要步驟

耐壓殼部件擰入RPV頂蓋管座上；對耐壓殼部件進行焊接；焊接完成后進行目視檢查和液體滲透檢查；無損檢測完成后進行水壓試驗（耐壓殼部件的安裝順序不能影響目視檢查和液體滲透檢查的可達性）。

3.2 耐壓殼安裝就位步驟[2]

將耐壓殼部件拆箱取出，水平放置在木質支架上并安裝翻轉工具；檢查耐壓殼上部的吊環螺栓已經緊固，緊固扭矩為250N.m；耐壓殼部件連接到專用的吊裝工具上，耐壓殼部件至豎直位置后拆卸翻轉工具，再將耐壓殼部件吊到臨時存放架中進行保護；拆卸CRDM管座保護裝置，使用Neolube2潤滑劑對管座螺紋進行潤滑，然后使用螺紋規對管座螺紋進行檢查；安裝隔熱套管后使用行車將耐壓殼提起并拆除保護環檢查點焊位置。

使用丙酮清洗焊接坡口機熔化填充環（Y型環），待丙酮自然揮發后再用干燥無毛白布擦拭干凈；使用行車緩慢下降耐壓殼在距離管座50～100mm處停止，使用360公斤平衡裝置緩慢將耐壓殼落在管座上，然后使用專用夾緊工具將耐壓殼沿螺紋擰在管座上，旋入過程要緩慢以避免損傷螺紋并保證耐壓殼對中，還要注意防止損傷耐壓殼表面。

耐壓殼擰緊到管座過程中，在距離耐壓殼最終位置約10mm時檢查同心度，同心度要≤0.1mm；使用專用夾緊工具和力矩扳手將耐壓殼緊固在管座上，扭矩值要求為420N.m；安裝檢查Y形環與管座端面間的距離要滿足0.04mm＜gap＜0.25mm（每次將耐壓殼放入臨時存放架后都要把吊裝口關閉）。

CRDM耐壓殼在安裝過程中要反復檢查端面間隙并形成相應記錄，安裝就位后耐壓殼部件焊接、目視檢查、液體滲透檢查和水壓試驗檢驗方法、檢驗項目和驗收標準本文不再贅述。

3.3 完工檢查

完工后的檢查內容及檢查要求如下：用螺紋規檢查接管座外徑，止規不通過管座、通規通過管座；耐壓殼緊固到接管座的同心度和力矩值檢查，要求≤0.1mm，420N.m；焊接前檢查耐壓殼Y形環下表面與接管座間隙檢查，要求0.04mm＜gap＜0.25mm；檢查接管座、耐壓殼及設備標識；耐壓殼頂部吊環螺栓力矩檢查，要求250N.m。

4 結語

核島控制棒驅動機構的安裝技術與管理涉及到核島安裝工作的各個領域，本文通過研究技術文件、圖紙要求，掌握吊裝、安裝等技術指標，設計配置專用工具、設備等內容。側重于從安裝邏輯及技術的角度對控制棒驅動機構的安裝過程進行剖析。控制棒驅動機構的安裝是一門復雜的工作，涉及核電建設的方方面面，還有很多地方需要進一步深入的研究和經驗積累，通過調研與分析，結合現場實際工作經驗，為壓水堆核電廠控制棒驅動機構安裝提供借鑒基礎。