核電廠改進(jìn)型輻照監(jiān)督管堵塞及其拆除

引言

輻照監(jiān)督管是用于監(jiān)測核電廠反應(yīng)堆壓力容器母材及焊縫受輻照脆化程度的部件,對于反應(yīng)堆壓力容器的壽命評估有重要意義。輻照監(jiān)督管安裝在堆芯吊籃上,每次拆除前需要先拆除輻照監(jiān)督管堵塞。目前,國內(nèi)大多數(shù)核電廠的輻照監(jiān)督管堵塞直接靠重力放入安裝孔,拔取時(shí)也只需克服自身重力即可。

核電廠在功率運(yùn)行期間,輻照監(jiān)督管堵塞被上部堆內(nèi)構(gòu)件壓住而不會被水流沖走,但在換料大修期間,上部堆內(nèi)構(gòu)件已被吊走,有電廠曾在此階段執(zhí)行安注試驗(yàn),發(fā)生了輻照監(jiān)督管堵塞被沖走的問題。為此,西屋公司設(shè)計(jì)了改進(jìn)型堵塞并應(yīng)用于某非能動壓水堆核電廠,下部帶鉤爪的自鎖結(jié)構(gòu),防范了堵塞被意外沖走的可能。但在核電現(xiàn)場執(zhí)行堵塞拆除試驗(yàn)過程中,發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)方提供的工具無法順利將堵塞拆除。為解決此問題,需分析輻照監(jiān)督管堵塞的工作原理,并對拆裝工具做針對性改進(jìn),以滿足輻照監(jiān)督管水下拆除的需要。

1輻照監(jiān)督管堵塞無法拆除的問題

某三代壓水堆核電廠使用了改進(jìn)型輻照監(jiān)督管堵塞,如圖1所示。這種堵塞下部設(shè)有鉤爪,正常狀態(tài)時(shí)被彈簧2和彈簧3保持在張開狀態(tài),從而保證當(dāng)上部堆內(nèi)構(gòu)件被吊走后,仍可防止被水流意外沖走:當(dāng)堵塞需要拆除時(shí)利用長柄工具提升套筒4,按照西屋設(shè)計(jì),首先套筒4上升并克服彈簧彈力,使得鉤爪解鎖,然后輻照監(jiān)督管堵塞整體被吊出。

圖1某核電廠輻照監(jiān)督管堵塞

然而在實(shí)際試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn),隨著長柄工具的提升,輻照監(jiān)督管堵塞在整體上升一段距離后被卡住,導(dǎo)致載荷達(dá)到100kg后仍不能拔出:按照設(shè)計(jì),該堵塞應(yīng)該在載荷達(dá)到自重6kg時(shí)就能拔出。

2原因分析

該種改進(jìn)型輻照監(jiān)督管堵塞的最大特點(diǎn)在于增加了鉤爪,堵塞本身與安裝孔之間仍是間隙配合,因此堵塞無法拔取的直接原因就是鉤爪無法收攏,需查明原因。

按照設(shè)計(jì),輻照監(jiān)督管堵塞拆除時(shí)利用長柄工具提升解鎖套筒,使得解鎖套筒上升并收攏鉤爪,再整體提升輻照監(jiān)督管堵塞,這樣只需克服自重即可拆除。但現(xiàn)場試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),輻照監(jiān)督管堵塞拆除過程是先整體提升幾毫米,然后解鎖套筒開始上升一小段,最后發(fā)生卡死,這表明輻照監(jiān)督管堵塞鉤爪已接觸到反應(yīng)堆下部堆內(nèi)構(gòu)件法蘭并承受了工具的提升力而無法收攏,形成了機(jī)械自鎖導(dǎo)致無法拆除。解鎖套筒上升需要克服彈簧彈力以及解鎖套筒與輻照監(jiān)督管堵塞內(nèi)孔之間的摩擦力,如果彈簧彈力過大,或者解鎖套筒與輻照監(jiān)督管堵塞內(nèi)孔之間摩擦力過大,都會導(dǎo)致輻照監(jiān)督管堵塞拆除過程中發(fā)生機(jī)械自鎖而無法拆除。

為查明原因,首先需要設(shè)法強(qiáng)制收攏解鎖套筒,現(xiàn)場設(shè)計(jì)了專用工具,如圖2所示,將該專用工具安裝到輻照監(jiān)督管堵塞上,旋轉(zhuǎn)螺母使螺桿上升并帶動解鎖套筒上升,使得鉤爪收攏,最終堵塞可輕易用手拔出。這也同時(shí)證明堵塞與堵塞孔之間的摩擦力很小,不是造成無法拔取的主要原因。

圖2輻照監(jiān)督管堵塞鉤爪強(qiáng)制解鎖工具

輻照監(jiān)督管堵塞拆除后,現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)解鎖套筒無法回位,即內(nèi)部彈簧彈力不足以使解鎖套筒回位,判斷為解鎖套筒與輻照監(jiān)督管堵塞內(nèi)孔之間存在微小異物,導(dǎo)致運(yùn)動卡澀。為解決此問題,將輻照監(jiān)督管利用超聲清潔,最終解鎖套筒可以正?；匚?。

解鎖套筒回位正常后,再次試驗(yàn)輻照監(jiān)督管堵塞的拆除,發(fā)現(xiàn)仍無法正常拆除,說明摩擦力＋彈簧力仍大于輻照監(jiān)督管堵塞自重,造成機(jī)械自鎖而無法拆除。

綜上說明,輻照監(jiān)督管堵塞無法拆除的原因是鉤爪收攏所需要克服的力超過了輻照監(jiān)督管堵塞的自重,形成了機(jī)械自鎖。

3解決方案

由于換料大修期間堆內(nèi)構(gòu)件具有極強(qiáng)的放射性,輻照監(jiān)督管堵塞必須在8m深的水下拆除,無法像調(diào)試期間一樣近距離收攏鉤爪,因此需設(shè)計(jì)一種輔助工具為輻照監(jiān)督管堵塞的解鎖提供反作用力,確保輻照監(jiān)督管堵塞先解鎖鉤爪,再整體提升。同時(shí),該輻照工具需要和現(xiàn)有的輻照監(jiān)督管拆卸工具一起配合使用,相互不得干涉。

解決方案如圖3所示。

圖3輻照監(jiān)督管堵塞拆裝工藝

1—操作桿2—輔助拆除工具壓緊裝置3—輻照監(jiān)督管拆裝工具

4—輻照監(jiān)督管堵塞5—下部堆內(nèi)構(gòu)件法蘭

輻照監(jiān)督管堵塞的輔助拆除工具主要包括了操作桿與壓緊裝置。壓緊裝置通過銷子與操作桿連接固定。操作桿使用2m長的中空不銹鋼管通過銷子搭接而成。壓緊裝置提供精確導(dǎo)向定位功能,采用圓筒焊接在平板上,中間加焊加強(qiáng)筋,能夠承受足夠大的壓力。下部平板加工有U型開口,用于與輻照監(jiān)督管操作工具配合,下降輔助工具時(shí)起到導(dǎo)向作用,平板下部加工有平鍵,輔助拆除輻照監(jiān)督管堵塞專用工具就位后能夠起到定位作用,防止輔助拆除輻照監(jiān)督管堵塞專用工具左右滑動。圓筒上開有銷孔,銷子通過鋼絲繩固定在平板上,防止工具意外掉落。

該方案經(jīng)過了現(xiàn)場試驗(yàn),當(dāng)利用輔助工具提供鉤爪解鎖所需的反作用力后,輻照監(jiān)督管堵塞可以輕易拆除,實(shí)踐證明是這一種行之有效的解決方案。

4結(jié)語

對于改進(jìn)型輻照監(jiān)督管堵塞無法拆除的問題,經(jīng)過理論分析和現(xiàn)場試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)其根本原因是鉤爪解鎖所需要的力大于輻照監(jiān)督管堵塞整體的重量,因此拆除過程中產(chǎn)生了機(jī)械自鎖,導(dǎo)致無法拆除。為解決此問題,可通過設(shè)計(jì)輔助工具來壓住輻照監(jiān)督管堵塞以提供鉤爪解鎖需要的反作用力。實(shí)踐證明,這種方式可以滿足該改進(jìn)型輻照監(jiān)督管堵塞水下遠(yuǎn)程拆除的需求。