核电厂改进型辐照监督管堵塞及其拆除

引言

辐照监督管是用于监测核电厂反应堆压力容器母材及焊缝受辐照脆化程度的部件,对于反应堆压力容器的寿命评估有重要意义。辐照监督管安装在堆芯吊篮上,每次拆除前需要先拆除辐照监督管堵塞。目前,国内大多数核电厂的辐照监督管堵塞直接靠重力放入安装孔,拔取时也只需克服自身重力即可。

核电厂在功率运行期间,辐照监督管堵塞被上部堆内构件压住而不会被水流冲走,但在换料大修期间,上部堆内构件已被吊走,有电厂曾在此阶段执行安注试验,发生了辐照监督管堵塞被冲走的问题。为此,西屋公司设计了改进型堵塞并应用于某非能动压水堆核电厂,下部带钩爪的自锁结构,防范了堵塞被意外冲走的可能。但在核电现场执行堵塞拆除试验过程中,发现设计方提供的工具无法顺利将堵塞拆除。为解决此问题,需分析辐照监督管堵塞的工作原理,并对拆装工具做针对性改进,以满足辐照监督管水下拆除的需要。

1辐照监督管堵塞无法拆除的问题

某三代压水堆核电厂使用了改进型辐照监督管堵塞,如图1所示。这种堵塞下部设有钩爪,正常状态时被弹簧2和弹簧3保持在张开状态,从而保证当上部堆内构件被吊走后,仍可防止被水流意外冲走:当堵塞需要拆除时利用长柄工具提升套筒4,按照西屋设计,首先套筒4上升并克服弹簧弹力,使得钩爪解锁,然后辐照监督管堵塞整体被吊出。

图1某核电厂辐照监督管堵塞

然而在实际试验时发现,随着长柄工具的提升,辐照监督管堵塞在整体上升一段距离后被卡住,导致载荷达到100kg后仍不能拔出:按照设计,该堵塞应该在载荷达到自重6kg时就能拔出。

2原因分析

该种改进型辐照监督管堵塞的最大特点在于增加了钩爪,堵塞本身与安装孔之间仍是间隙配合,因此堵塞无法拔取的直接原因就是钩爪无法收拢,需查明原因。

按照设计,辐照监督管堵塞拆除时利用长柄工具提升解锁套筒,使得解锁套筒上升并收拢钩爪,再整体提升辐照监督管堵塞,这样只需克服自重即可拆除。但现场试验发现,辐照监督管堵塞拆除过程是先整体提升几毫米,然后解锁套筒开始上升一小段,最后发生卡死,这表明辐照监督管堵塞钩爪已接触到反应堆下部堆内构件法兰并承受了工具的提升力而无法收拢,形成了机械自锁导致无法拆除。解锁套筒上升需要克服弹簧弹力以及解锁套筒与辐照监督管堵塞内孔之间的摩擦力,如果弹簧弹力过大,或者解锁套筒与辐照监督管堵塞内孔之间摩擦力过大,都会导致辐照监督管堵塞拆除过程中发生机械自锁而无法拆除。

为查明原因,首先需要设法强制收拢解锁套筒,现场设计了专用工具,如图2所示,将该专用工具安装到辐照监督管堵塞上,旋转螺母使螺杆上升并带动解锁套筒上升,使得钩爪收拢,最终堵塞可轻易用手拔出。这也同时证明堵塞与堵塞孔之间的摩擦力很小,不是造成无法拔取的主要原因。

图2辐照监督管堵塞钩爪强制解锁工具

辐照监督管堵塞拆除后,现场发现解锁套筒无法回位,即内部弹簧弹力不足以使解锁套筒回位,判断为解锁套筒与辐照监督管堵塞内孔之间存在微小异物,导致运动卡涩。为解决此问题,将辐照监督管利用超声清洁,最终解锁套筒可以正常回位。

解锁套筒回位正常后,再次试验辐照监督管堵塞的拆除,发现仍无法正常拆除,说明摩擦力＋弹簧力仍大于辐照监督管堵塞自重,造成机械自锁而无法拆除。

综上说明,辐照监督管堵塞无法拆除的原因是钩爪收拢所需要克服的力超过了辐照监督管堵塞的自重,形成了机械自锁。

3解决方案

由于换料大修期间堆内构件具有极强的放射性,辐照监督管堵塞必须在8m深的水下拆除,无法像调试期间一样近距离收拢钩爪,因此需设计一种辅助工具为辐照监督管堵塞的解锁提供反作用力,确保辐照监督管堵塞先解锁钩爪,再整体提升。同时,该辐照工具需要和现有的辐照监督管拆卸工具一起配合使用,相互不得干涉。

解决方案如图3所示。

图3辐照监督管堵塞拆装工艺

1—操作杆2—辅助拆除工具压紧装置3—辐照监督管拆装工具

4—辐照监督管堵塞5—下部堆内构件法兰

辐照监督管堵塞的辅助拆除工具主要包括了操作杆与压紧装置。压紧装置通过销子与操作杆连接固定。操作杆使用2m长的中空不锈钢管通过销子搭接而成。压紧装置提供精确导向定位功能,采用圆筒焊接在平板上,中间加焊加强筋,能够承受足够大的压力。下部平板加工有U型开口,用于与辐照监督管操作工具配合,下降辅助工具时起到导向作用,平板下部加工有平键,辅助拆除辐照监督管堵塞专用工具就位后能够起到定位作用,防止辅助拆除辐照监督管堵塞专用工具左右滑动。圆筒上开有销孔,销子通过钢丝绳固定在平板上,防止工具意外掉落。

该方案经过了现场试验,当利用辅助工具提供钩爪解锁所需的反作用力后,辐照监督管堵塞可以轻易拆除,实践证明是这一种行之有效的解决方案。

4结语

对于改进型辐照监督管堵塞无法拆除的问题,经过理论分析和现场试验,发现其根本原因是钩爪解锁所需要的力大于辐照监督管堵塞整体的重量,因此拆除过程中产生了机械自锁,导致无法拆除。为解决此问题,可通过设计辅助工具来压住辐照监督管堵塞以提供钩爪解锁需要的反作用力。实践证明,这种方式可以满足该改进型辐照监督管堵塞水下远程拆除的需求。