黃 平，段興彪，周 鵬，范敏郁，羅志峰，錢王潔，張晏瑋，蔡可信

（1. 蘇州熱工研究院有限公司，江蘇 蘇州 215004；2. 陽(yáng)江核電有限公司，廣東 陽(yáng)江 529941； 3. 遼寧紅沿河核電有限公司，遼寧 大連 116302）

反應(yīng)堆壓力容器（RPV）是核反應(yīng)堆內(nèi)防止放射性擴(kuò)散的第二道安全屏障和一回路壓力邊界，是反應(yīng)堆壽期內(nèi)不可更換的設(shè)備［1-4］。輻照脆化是RPV的主要老化機(jī)理，經(jīng)中子輻照后RPV材料韌脆轉(zhuǎn)變溫度升高、屈服強(qiáng)度增加、斷裂韌性降低，快速斷裂的風(fēng)險(xiǎn)增加，為避免發(fā)生快速斷裂事故，目前普遍采用輻照監(jiān)督的方法，在堆芯吊籃處安裝若干根輻照監(jiān)督管，內(nèi)部放置不同類型的性能測(cè)試試樣，定期取出輻照監(jiān)督管進(jìn)行性能測(cè)試，由于監(jiān)督管位置較RPV更接近堆芯，所受中子輻照的注量率要高，從而通過(guò)輻照監(jiān)督管內(nèi)試樣的性能可以有效預(yù)測(cè)RPV服役更長(zhǎng)時(shí)間的輻照脆化性能［5，6］。輻照監(jiān)督管理可以分為監(jiān)督管提取、監(jiān)督管運(yùn)輸、監(jiān)督管內(nèi)試樣測(cè)試、綜合性能評(píng)估等工作，其中，輻照監(jiān)督管提取是進(jìn)行后續(xù)工作的前提，本文介紹了輻照監(jiān)督管提取的技術(shù)方案，并以某CPR1000核電機(jī)組為例，闡述了輻照監(jiān)督管提取時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)，為國(guó)內(nèi)其他類似核電機(jī)組的輻照監(jiān)督管提取提供參考。

1 輻照監(jiān)督管提取的主要工作

1.1 運(yùn)輸容器設(shè)計(jì)、制造與驗(yàn)證

反應(yīng)堆輻照監(jiān)督管是為了檢測(cè)反應(yīng)堆壓力容器在全壽期內(nèi)，材料經(jīng)中子輻照后的力學(xué)性能及脆化程度，以及壓力容器材料承受的中子注量和中子能譜。輻照監(jiān)督管有效段位于堆芯區(qū)域，在反應(yīng)堆正常運(yùn)行時(shí)受到來(lái)自堆芯中子的輻照使監(jiān)督管材料活化而生成反射性物質(zhì)。在監(jiān)督管達(dá)到輻照時(shí)間后需從反應(yīng)堆卸出，并裝入專門設(shè)計(jì)的運(yùn)輸容器運(yùn)送至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行輻照分析，對(duì)監(jiān)督管的反射性源項(xiàng)的計(jì)算為后續(xù)運(yùn)輸容器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

因此，首先需對(duì)監(jiān)督管的放射性源項(xiàng)進(jìn)行分析計(jì)算，由于放射源監(jiān)督管為非特殊形式的放射性物質(zhì)，計(jì)算主要放射性核的活度以及與各核素的A2值的比值之和，用以確定運(yùn)輸容器貨包類型。按照GB 11806-2004《放射性物質(zhì)安全運(yùn)輸規(guī)定》中規(guī)定，輻照后的監(jiān)督管中所有放射性核素的活度與其A2值的比值之和小于1，可按照A型貨包設(shè)計(jì)，而大于1則需按照B型以上貨包設(shè)計(jì)計(jì)算。

輻照監(jiān)督管從反應(yīng)堆容器中卸出后需裝入專門設(shè)計(jì)的運(yùn)輸容器運(yùn)送至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析，由于輻照監(jiān)督管有較強(qiáng)的放射性，運(yùn)輸容器必須設(shè)計(jì)有屏蔽層，如圖1所示，其屏蔽層主體材料為鉛，其他結(jié)構(gòu)材料為鋼材。此外，需對(duì)運(yùn)輸容器進(jìn)行屏蔽設(shè)計(jì)，使之滿足GB 11806-2004對(duì)放射性運(yùn)輸容器的劑量率要求。主要計(jì)算內(nèi)容為對(duì)已初步設(shè)計(jì)的運(yùn)輸容器方案進(jìn)行屏蔽計(jì)算，得到容器表面及距離表面1米、2米處的劑量當(dāng)量率，并使計(jì)算目標(biāo)滿足《放射性物質(zhì)安全運(yùn)輸規(guī)程》中的有關(guān)要求：

圖1 輻照監(jiān)督管運(yùn)輸容器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structural diagram of shipping containers for irradiation surveillance capsule

1） 輻射照射應(yīng)控制在可合理做到的盡可能低的水平。

2） 第6.10.2條規(guī)定，正常運(yùn)輸條件下，在貨包外表面任意一點(diǎn)處，輻射水平均不得超過(guò) 2 mSv/h，同時(shí)運(yùn)輸指數(shù)也不得超過(guò)10（即距離容器表面1米處的輻射水平不超過(guò)0.1 mSv/h）。

此外，還需根據(jù)計(jì)算獲得的容器外表面最高輻射水平，參照《放射性物質(zhì)安全運(yùn)輸規(guī)程》貨包分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（如表1所示），確定運(yùn)輸指數(shù)及對(duì)應(yīng)的貨包運(yùn)輸?shù)燃?jí)。

表1 貨包和外包裝的運(yùn)輸?shù)燃?jí)Table 1 Transport level of package and outer packing

運(yùn)輸容器經(jīng)源項(xiàng)計(jì)算、屏蔽計(jì)算，整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由容器本體（防倒支架）、減震器、容器支架及緊固件等組成，容器本體采用不銹鋼內(nèi)筒+鉛+銹鋼外殼三層結(jié)構(gòu)，減震器在連接法蘭處通過(guò)螺栓與容器本體相連接，容器通過(guò)吊耳固定在容器支架上。制造過(guò)程中，采用直立鑄鉛方式，灌鉛后屏蔽體采用60Co源γ探傷機(jī)進(jìn)行探傷檢查，制造完成后還需進(jìn)行吊耳載荷試驗(yàn)，包含靜載荷和動(dòng)載荷。此外，運(yùn)輸容器設(shè)計(jì)和模擬件制造需向國(guó)家核安全局（NNSA）報(bào)備，制造后進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，包含噴水試驗(yàn)、自由下落試驗(yàn)及貫穿試驗(yàn)等，最終試驗(yàn)結(jié)果提交NNSA批準(zhǔn)之后進(jìn)行最終運(yùn)輸容器的制造［7，8］。

圖2 運(yùn)輸容器Fig.2 Shipping containers

1.2 運(yùn)輸容器在進(jìn)入核島前的安裝與調(diào)試

輻照監(jiān)督管運(yùn)輸容器運(yùn)達(dá)核電站后，在核電站大修期間實(shí)施輻照監(jiān)督管的提取和包裝，主要流程如圖3所示。鑒于核島內(nèi)復(fù)雜的工況條件，各類操作動(dòng)作難度大為增加，運(yùn)輸容器在進(jìn)入核島前完成安裝和調(diào)試工作尤為關(guān)鍵［9］。

圖3 輻照監(jiān)督管提取與包裝流程Fig.3 Extraction and packaging process of irradiation surveillance capsule

如圖4所示，運(yùn)輸車輛進(jìn)入核電廠后先在AB庫(kù)進(jìn)行卸車，航車吊運(yùn)需要注意人員安全。運(yùn)輸容器暫時(shí)橫放于臨時(shí)坐架上，拆卸螺栓、移除減震器、安裝吊耳，減震器暫存AB庫(kù)，并辦理存放單。借助一根吊帶捆綁容器，一根吊帶連接吊耳將運(yùn)輸容器豎立，且事先在地面鋪放緩沖材料，防止運(yùn)輸容器與地面碰撞。

圖4 運(yùn)輸容器安裝與調(diào)試Fig.4 Installation and debugging of shipping containers

防倒支架分為兩個(gè)半環(huán)，待運(yùn)輸容器豎立并平穩(wěn)于地面后，搬運(yùn)防倒支架對(duì)準(zhǔn)安裝于運(yùn)輸容器下部，需注意防倒支架與運(yùn)輸容器間的結(jié)合度，防止間隙過(guò)大，安裝螺栓時(shí)勿單個(gè)擰緊后繼續(xù)安裝下一枚螺栓，應(yīng)先安裝所有螺栓但不擰緊，后對(duì)稱分布的螺栓同時(shí)多人擰緊，可有效保障防倒支架的安裝穩(wěn)定性。運(yùn)輸容器安裝完成后，必須對(duì)其進(jìn)行必要的調(diào)試，利用吊帶多次拉動(dòng)吊耳，驗(yàn)證吊耳的安裝流暢性，吊起運(yùn)輸容器并靜止于空中，驗(yàn)證吊耳和防倒支架安裝穩(wěn)定性，尤其關(guān)注吊耳連接部分。待設(shè)備艙門打開窗口期間，打開保衛(wèi)邊界將運(yùn)輸容器吊運(yùn)至20米龍門架雞籠，并暫存于雞籠。

1.3 輻照監(jiān)督管提取及放置

等待設(shè)備艙門再次打開窗口期間，將雞籠暫存的運(yùn)輸容器吊運(yùn)至核島RX20米平臺(tái)。在RX廠房水池邊作業(yè)，存在人員和工具墜落、人員沾污等風(fēng)險(xiǎn)，需做好風(fēng)險(xiǎn)宣貫，合理監(jiān)護(hù)操作。如圖6所示，運(yùn)輸容器入水前需打開頂蓋和疏水孔，此外鑒于容器入水，存在引入異物風(fēng)險(xiǎn)，需在入水前檢查松動(dòng)部件，編制防異物檢查單，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)入水設(shè)備及工具進(jìn)行登記、檢查，并拍照留底。

圖5 運(yùn)輸容器吊運(yùn)至20米雞籠暫存Fig.5 Temporary storage in 20-meter platform

圖6 運(yùn)輸容器入水前準(zhǔn)備Fig.6 Preparation before extraction of irradiation surveillance capsule

利用吊耳，將運(yùn)輸容器從RX20米平臺(tái)吊入構(gòu)件池，入水后吊帶上端臨時(shí)綁扎于水池護(hù)欄。組裝抓取工具、安裝水下電視，依據(jù)圖7所示的輻照監(jiān)督管堆內(nèi)周向布置方位圖，移出輻照監(jiān)督樣品塞，提取輻照監(jiān)督管、平移、放入運(yùn)輸容器［10］?；匮b輻照監(jiān)督樣品塞，拆除抓取工具、運(yùn)輸容器封蓋，運(yùn)輸容器從構(gòu)件池吊至堆坑，吊帶及容器封蓋長(zhǎng)繩綁扎在水池邊噴淋管上。同時(shí)，需要確認(rèn)容器放置于堆坑位置，不影響水閘門的安裝；吊帶及長(zhǎng)繩綁扎位置注意不影響換料小車的行駛。

圖7 輻照監(jiān)督管堆內(nèi)周向布置方位圖Fig.7 Internal circumferential orientation diagram of irradiation surveillance capsule

圖8 輻照監(jiān)督管提取Fig.8 Extraction of irradiation surveillance capsule

考慮到輻照監(jiān)督提管工作一般為大修核島主關(guān)鍵路徑工作，為避免可能出現(xiàn)第一次輻照監(jiān)督提取的U管無(wú)法拔出導(dǎo)致核島主關(guān)鍵路徑延遲的情況，需制定輻照監(jiān)督管拔管預(yù)案。鑒于樣品損傷影響因素、中子注入量率、超前因子和中子注量四個(gè)方面，U管、V管、Y管具有等效性，同時(shí)考慮輻照監(jiān)督管長(zhǎng)桿抓具、下部堆內(nèi)構(gòu)件法蘭、輻照監(jiān)督管塞子所承受的最大程度及最大力，結(jié)合役前階段插入及撥出輻照監(jiān)督管試驗(yàn)數(shù)據(jù)，制定U管最大提出力，如超過(guò)最大提出力則更換V管、Y管提取［11］。

在對(duì)堆坑去污時(shí)，同時(shí)對(duì)運(yùn)輸容器表面進(jìn)行去污。運(yùn)輸容器經(jīng)懸掛排水后，從堆坑吊至RX20米暫存場(chǎng)地，解除吊帶及長(zhǎng)繩，并在容器出水后進(jìn)行劑量測(cè)量和防異物檢查，擰緊封蓋和疏水螺栓。

1.4 運(yùn)輸容器包裝

鑒于等待設(shè)備艙門再次打開的窗口時(shí)間和廠內(nèi)運(yùn)輸要求，需對(duì)容器進(jìn)行臨時(shí)包裝（吊具單獨(dú)包裝、無(wú)外表裸露、張貼大修物料存放單），如圖9所示。人員需穿戴紙衣、鞋套、乳膠手套、口罩等附加防護(hù)用品，避免人員沾污。

圖9 RX20米平臺(tái)臨時(shí)包裝Fig.9 Temporary packing in RX20-meter platform

設(shè)備艙門再次開啟時(shí)，運(yùn)輸容器仍先由核島運(yùn)至龍門架雞籠，再吊入廠內(nèi)運(yùn)輸車輛后運(yùn)至AC熱室，裝車起運(yùn)前需測(cè)量表面劑量、并辦理放射性物品廠內(nèi)運(yùn)輸許可證。在AC熱室對(duì)運(yùn)輸容器進(jìn)行最終打包，如圖10所示，拆除容器臨時(shí)包裝、防倒支架（起重配合，防止容器傾倒），將容器放平于支架；拆除容器吊具、擰緊疏水孔螺栓、安裝減震器；對(duì)運(yùn)輸容器、吊具、防倒支架進(jìn)行打包，張貼物料存放單暫存，等待運(yùn)輸容器出廠運(yùn)輸。此外，鑒于兩次包裝、一次拆卸的復(fù)雜性，以及可能存在的人員沾污，在核島RX20米平臺(tái)空間允許的條件下，建議可以在核島內(nèi)一次完成包裝后吊運(yùn)入AC熱室暫存。

圖10 最終包裝狀態(tài)Fig.10 Final packing state

2 結(jié)論

（1） 運(yùn)輸容器需經(jīng)源項(xiàng)計(jì)算確定貨包類型，屏蔽計(jì)算確定運(yùn)輸?shù)燃?jí)后，再進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要由容器本體（防倒支架）、減震器、容器支架及緊固件等組成，容器本體采用不銹鋼內(nèi)筒+鉛+銹鋼外殼三層結(jié)構(gòu)。運(yùn)輸容器設(shè)計(jì)和模擬件制造均需向國(guó)家核安全局報(bào)備，并經(jīng)驗(yàn)證試驗(yàn)評(píng)審后方可進(jìn)行正式容器制造。

（2） 鑒于核島內(nèi)復(fù)雜的工況條件，各類操作動(dòng)作難度大為增加，運(yùn)輸容器運(yùn)達(dá)核電站、進(jìn)入核島前，在AB庫(kù)拆卸減震器，安裝吊耳，豎立運(yùn)輸容器后安裝防倒支架，完成運(yùn)輸容器安裝并調(diào)試吊耳安裝流暢性與穩(wěn)定性、防倒支架安裝穩(wěn)定性。

（3） 經(jīng)由雞籠將運(yùn)輸容器吊運(yùn)至核島RX20米平臺(tái)，水池旁臨邊作業(yè)需注意人員和工具墜落、人員沾污等風(fēng)險(xiǎn)，并在容器入水前進(jìn)行防異物檢查。運(yùn)輸容器吊運(yùn)入構(gòu)件池，水下提取輻照監(jiān)督管并封蓋，吊運(yùn)至堆坑池完成去污后方可吊回RX20米平臺(tái)，容器出水后仍需劑量測(cè)量和防異物檢查。同時(shí)，為避免可能出現(xiàn)第一次輻照監(jiān)督提取的U管無(wú)法拔出導(dǎo)致核島主關(guān)鍵路徑延遲的情況，需制定輻照監(jiān)督管拔管預(yù)案。核島RX20米平臺(tái)完成臨時(shí)包裝后，吊運(yùn)至AC熱室拆卸、最終包裝，填寫物料存放單暫存，等待運(yùn)輸容器出廠運(yùn)輸。

致謝

感謝國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2020YFB1901500）對(duì)本文研究的資助。