中廣核蒼南核電有限公司 楊軍魁 萬廣千 衛(wèi)軼君

1 引言

核電廠核島主設(shè)備保溫拆裝人員面臨的高劑量輻射屬于行業(yè)共性問題。保溫拆裝數(shù)字化模型，通過三維建模仿真模擬拆裝步驟及位置，并以模型教學(xué)提高作業(yè)人員熟練度，減少工作準(zhǔn)備及執(zhí)行時(shí)間，降低集體劑量。

2 壓力容器保溫簡(jiǎn)介

華龍一號(hào)壓力容器保溫為全不銹鋼材料制作的金屬反射型保溫層。正常運(yùn)行工況下，壓力容器保溫層的功能是減少反應(yīng)堆熱損失，降低環(huán)境溫度，降低壓力容器內(nèi)外壁面溫差，保障反應(yīng)堆的安全運(yùn)行。容器保溫層與堆坑壁面之間應(yīng)形成冷卻風(fēng)流動(dòng)通道，以便堆坑冷卻風(fēng)帶走通過保溫層喪失的熱量。在堆芯熔化的嚴(yán)重事故工況下，作為堆腔注水系統(tǒng)重要組成部分，保溫層應(yīng)能維持結(jié)構(gòu)完整并與壓力容器外表面形成一個(gè)特定的環(huán)腔，堆腔冷卻水從筒體保溫底部進(jìn)入該環(huán)腔并冷卻壓力容器，產(chǎn)生的汽水混合物從壓力容器接管保溫的排氣口排出，從而實(shí)現(xiàn)堆芯余熱的導(dǎo)出，保持反應(yīng)堆壓力容器的完整性。保溫層設(shè)置在壓力容器外側(cè)，包容了整個(gè)壓力容器。

3 壓力容器保溫拆裝數(shù)字化建?？尚行苑治?/h2>

查詢?cè)O(shè)計(jì)文件可以發(fā)現(xiàn)，壓力容器保溫在出廠時(shí)，每一塊都對(duì)應(yīng)一個(gè)獨(dú)立的編碼，且有實(shí)體編碼標(biāo)牌。這意味著每一塊保溫都有唯一的“身份證”，且保溫塊安裝順序已經(jīng)設(shè)計(jì)固定，具備關(guān)聯(lián)性，這就為保溫拆裝數(shù)字化模型建立提供了前提條件。同時(shí)，在壓力容器安裝時(shí)，設(shè)定了水平方向的0°方位，順時(shí)針呈360°，結(jié)合高度參數(shù)形成了完整的三維坐標(biāo)系。在該坐標(biāo)系中，所有的保溫塊都擁有獨(dú)立的坐標(biāo)。根據(jù)設(shè)計(jì)文件或現(xiàn)場(chǎng)三維掃描，將所有的保溫塊與坐標(biāo)相關(guān)聯(lián)，并將保溫塊拆裝順序和步驟等信息加入模型中。當(dāng)檢修點(diǎn)或檢修區(qū)域坐標(biāo)確定后，與坐標(biāo)關(guān)聯(lián)的保溫塊將全部確定，通過三維仿真生成拆裝模擬視頻。

4 壓力容器保溫模型建立

接管段是壓力容器在役檢查的重點(diǎn)，采用可拆卸保溫，因而以接管段模擬保溫拆卸。運(yùn)用三維建模軟件如Solidworks 構(gòu)建零件模型，建立裝配零件體，將裝配好的模型導(dǎo)入Pixyz 軟件進(jìn)行輕量化處理。為了更好地說明模型建立的思路和方法，仿真過程簡(jiǎn)述如下。

一是向自主引擎編輯器中導(dǎo)入輕量化處理后的模型、設(shè)備外觀材質(zhì)圖片、解說詞語音條等文件，添加3D 環(huán)境背景，使三維動(dòng)態(tài)交互效果更加完整和真實(shí)。二是調(diào)用編輯器的材質(zhì)庫以及提前導(dǎo)入的材質(zhì)屬性，進(jìn)行渲染，確保后期設(shè)備結(jié)構(gòu)模塊、維修場(chǎng)景模塊能夠清晰地展示設(shè)備結(jié)構(gòu)。三是利用3D 編輯軟件或動(dòng)畫制作工具，對(duì)每個(gè)動(dòng)畫片段進(jìn)行制作，使之展示保溫層拆裝過程的各個(gè)環(huán)節(jié)。在每個(gè)動(dòng)畫片段中添加解說詞語音條，用于引導(dǎo)用戶理解和學(xué)習(xí)操作。

5 壓力容器保溫拆裝數(shù)字化模型研究

在壓力容器保溫模型建立后，即可針對(duì)具體的坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行拆裝模擬研究。本文針對(duì)壓力容器假設(shè)的在役檢查點(diǎn)接管段（管嘴）處進(jìn)行保溫拆裝模擬。

“華龍一號(hào)”壓力容器上部共有6個(gè)管嘴，水平大約分布在其25°、95°、145°、215°、265°、335°六個(gè)方位。假設(shè)215°管嘴處某在役檢查點(diǎn)坐標(biāo)提取為（2620，232，5690），對(duì)應(yīng)保溫塊編碼為020602RS-06，其前置關(guān)聯(lián)保溫塊有0206NM-25、0206NM-26、0206NM-13、0206NM-14、0206NM-46、0206NM-40、0206NM-34、0206NM-54、020603RS-09、020603RS-11。保溫塊的安裝具有固定的順序。為了順利拆卸保溫塊020602RS-06，需要先反向拆卸其前置關(guān)聯(lián)的保溫塊。在模型研究中，通過設(shè)計(jì)的保溫塊安裝邏輯順序，反向模擬拆除具體步驟及效果如圖1～圖11所示。

圖1 0206NM-25拆卸前、后

圖2 0206NM-26拆卸前、后

圖3 0206NM-13拆卸前、后

圖4 0206NM-14拆卸前、后

圖5 0206NM-46拆卸前、后

圖6 0206NM-40拆卸前、后

圖7 0206NM-34拆卸前、后

圖8 0206NM-54拆卸前、后

圖9 020603RS-09拆卸前、后

圖10 020603RS-11拆卸前、后

圖11 020602RS-06拆卸前、后

最終，完成該假設(shè)在役檢查點(diǎn)坐標(biāo)（2620，232，5690）對(duì)應(yīng)的保溫塊020602RS-06的拆卸。保溫塊回裝作業(yè)過程為逆序開展。

6 結(jié)語

本研究中的模型建立方法和保溫拆卸模擬可以推廣至各類設(shè)備，尤其針對(duì)不可達(dá)區(qū)域或環(huán)境復(fù)雜、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的保溫拆裝工作。通過模型模擬，可以幫助作業(yè)人員在遠(yuǎn)離工作現(xiàn)場(chǎng)的條件下熟悉掌握工作內(nèi)容、各保溫塊位置及拆卸步驟。即便對(duì)無經(jīng)驗(yàn)作業(yè)人員也能夠進(jìn)行充分的工作準(zhǔn)備和安全技術(shù)交底，提高作業(yè)人員工作效率，降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，針對(duì)高輻射劑量工作區(qū)域，不僅避免了工作準(zhǔn)備過程中的輻射劑量，高效率的拆裝也能夠有效降低作業(yè)時(shí)間，降低作業(yè)班組集體劑量，對(duì)保護(hù)人員健康具有極高的價(jià)值和意義。