林益銷，王天蔚，陳堅(jiān)剛，吳舜華，郭兆寶，田永亮

(中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽 314303)

0 引言

核電廠大修或日常期間，水池區(qū)域可能會(huì)產(chǎn)生異物，會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)組正常運(yùn)行。由于核電廠結(jié)構(gòu)復(fù)雜，又兼具了輻射、水下、高溫、高壓等特點(diǎn)，給水下異物打撈工作帶來了極大的困難。為此，核電廠需要開發(fā)一套成熟的防異物措施以及水下異物打撈方案。

本文分析了壓水堆核電廠日常運(yùn)行或換料大修期間存在的異物落入水池的風(fēng)險(xiǎn)和可以采取的防異物措施，以及在堆芯水池、構(gòu)件池、乏燃料水池、裝載井等滿水狀況下，發(fā)現(xiàn)異物后打撈異物的方法。

1 異物風(fēng)險(xiǎn)分析

1.1 反應(yīng)堆廠房堆芯水池異物風(fēng)險(xiǎn)(大修)

大修期間，異物落入堆芯水池的風(fēng)險(xiǎn)主要來自于壓力容器開蓋，上部堆內(nèi)構(gòu)件吊裝和裝卸料期間。

壓力容器開蓋螺栓拉伸期間，近10人在水池底部作業(yè)，會(huì)用到螺栓拉伸機(jī)等大量專業(yè)工具，存在較大的異物遺留風(fēng)險(xiǎn)。

上部堆內(nèi)構(gòu)件吊裝期間，作業(yè)人員需將三角吊具與上部堆內(nèi)構(gòu)件通過連接螺母嚙合鎖住。此時(shí)，作業(yè)人員需爬上吊具作業(yè)平臺(tái)進(jìn)行作業(yè)，異物風(fēng)險(xiǎn)不僅來自于吊具本身的零部件(螺栓、螺母連接件等)，還來自于作業(yè)人員的隨身物品(筆、工具、衣物等)。

裝卸料期間，包括光槍的安裝、卸料演練、卸料、裝料演練、裝料以及光槍的拆除等，大量的作業(yè)人員需要在水池邊走動(dòng)，并且用到工器具進(jìn)行作業(yè)。作業(yè)期間，裝卸料機(jī)在水池上方移動(dòng)上百次，由于時(shí)間跨度長(zhǎng)，人員流動(dòng)大，異物風(fēng)險(xiǎn)主要來自于裝卸料機(jī)、作業(yè)工具、作業(yè)人員隨身異物等。

1.2 燃料廠房乏燃料水池異物風(fēng)險(xiǎn)(日常)

新燃料接收期間，異物可能來自于：1)新燃料生產(chǎn)和運(yùn)輸前準(zhǔn)備過程中產(chǎn)生的碎片；2)新燃料運(yùn)輸容器中的塑料袋和避震海綿產(chǎn)生的碎片；3)濕式儲(chǔ)存的新燃料入水時(shí)，人橋吊車司機(jī)和抓具操作員隨身攜帶的物品及個(gè)人防護(hù)用品等。

機(jī)組日常運(yùn)行和裝卸料期間，乏燃料水池邊存在著大量作業(yè)，各種透明的塑料制品，常用的工器具(螺栓、螺母等)，以及人員隨身物品(紙、筆等)和個(gè)人防護(hù)用品都可能產(chǎn)生異物，墻體漆皮剝落也是水池異物產(chǎn)生的一大原因。

2 異物種類分析

發(fā)現(xiàn)水池中存在異物后，首先要對(duì)異物進(jìn)行全面的分析，才可以制定相應(yīng)的打撈異物的方法。

2.1 異物的材料

按照異物的材料可以將異物分為金屬異物、磁性異物、易碎異物，進(jìn)而進(jìn)一步確認(rèn)打撈的方法。異物的材料主要通過望遠(yuǎn)鏡或者水下攝像裝置的觀察來判斷，也可通過判斷異物的來源去判斷異物的材料。水池異物來源可分為三部分：水池邊設(shè)備本身的零部件、維修時(shí)用于維修的零部件、工作人員隨身用品和個(gè)人防護(hù)用品或用于捆綁的綁扎帶、膠帶等。若異物為金屬材料，可采用重錘、磁力吸取或氣動(dòng)夾鉗進(jìn)行打撈，若異物為其他不具有磁性的材料，可采用重錘、氣動(dòng)夾鉗或水下真空裝置進(jìn)行打撈。

2.2 異物的大小

對(duì)異物的大小進(jìn)行判斷。若異物尺寸較小，可用重錘、磁力吸取進(jìn)行打撈作業(yè)；若異物尺寸大于10 mm，可用水下異物打撈工具的氣動(dòng)鉗子進(jìn)行打撈；若異物為塵埃或絮狀物時(shí)(≥25 μm)，可用水下真空裝置吸取。

一般來說，異物表面積越大，所受的阻力也就越大，進(jìn)行打撈作業(yè)時(shí)需要撮箕或打撈網(wǎng)進(jìn)行配合，防止打撈出的異物二次掉落。

2.3 異物的位置

對(duì)異物所處的位置進(jìn)行分析，若處于孔洞邊界，制定打撈方案時(shí)，一定要考慮到二次跌落的風(fēng)險(xiǎn)，可采用撮箕、打撈網(wǎng)等進(jìn)行輔助打撈；若處于孔洞中，可用水下真空裝置進(jìn)行吸取。

3 水下攝像裝置的應(yīng)用

制定打撈異物方案前，我們必須對(duì)異物進(jìn)行充分的觀察，對(duì)其材料、大小、位置各方面都要有詳細(xì)的了解才可以制定相應(yīng)的打撈方案。此時(shí)水下攝像裝置就給我們觀察分析異物提供了極大的幫助。

秦山核電采用的水下攝像裝置由攝像機(jī)本體、一體式控制機(jī)箱、水下電纜、水上電纜等組成，如圖1所示。

圖1 攝像機(jī)本體

使用水下攝像裝置前，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1)檢查兩面端蓋的螺釘是否有松動(dòng)現(xiàn)象，如有必須用專業(yè)工具擰緊再下水使用，防止異物掉落；檢查設(shè)備外觀有無劃痕，主要查看玻璃罩有無破損，如有必須更換后再下水使用。

2)設(shè)備使用前必須加氣，充氣量一般以狀態(tài)顯示屏上的氣壓值達(dá)到1.1～2.2 bar為準(zhǔn)(氣壓不在此范圍時(shí)，控制機(jī)箱會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警，提示應(yīng)向主體內(nèi)部充氣)。在加氣過程中如果發(fā)現(xiàn)氣壓始終不足，或有漏氣現(xiàn)象，則說明本體防水密封可能出現(xiàn)問題，禁止下水使用，請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系廠家解決。

3)正式開始工作前，在控制器上按“上、下、左、右”方向鍵，觀察攝像機(jī)動(dòng)作，測(cè)試攝像機(jī)云臺(tái)工作正常。

4)在控制器上按“光圈、焦距、變倍”調(diào)節(jié)鍵，觀察數(shù)據(jù)工控機(jī)上的實(shí)時(shí)圖像變化，測(cè)試攝像機(jī)的鏡頭工作正常。

5)在控制器上開啟攝像機(jī)照明開關(guān)，調(diào)節(jié)照明亮度按鈕，觀察攝像機(jī)照明燈的亮度變化，測(cè)試攝像機(jī)照明正常。

使用完畢后將水下攝像機(jī)拿出水池，檢查有無部件遺失。

4 異物打撈方法

4.1 磁力吸取打撈

首先，用望遠(yuǎn)鏡或者水下攝像裝置進(jìn)行觀察，對(duì)異物進(jìn)行分析，若觀察到異物為體積較小的金屬異物，如螺栓、螺母、小零件等，可以被磁力吸取(一般鐵、鈷、鎳等物質(zhì)以及它們的合金都能被磁鐵吸引)，則用磁鐵進(jìn)行吸取打撈，磁鐵不宜過大，否則易吸附在隔架或者金屬設(shè)備上。此方法有著便捷且準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。

4.2 重錘粘取打撈

通過觀察，對(duì)異物的形狀大小進(jìn)行判斷。若異物尺寸較小，可用重錘(見圖2)粘取。主要方法是用膠帶反向包裹住重錘，將重錘放入水中，對(duì)準(zhǔn)異物，利用膠帶的黏性將異物打撈出水面。

圖2 重錘

重錘有圓柱形重錘和圓錐形重錘，上部為綁扎環(huán)，用來捆綁牽引繩，圓錐形塞子(見圖3)主要用于塞住孔洞，塞子尺寸要略大于堆芯下柵格板流水孔。為了防止被粘起的異物二次跌落，采用撮箕和打撈網(wǎng)配合打撈。重錘打撈法擁有方便快捷的優(yōu)點(diǎn)。

圖3 塞子

4.3 水池異物打撈專用工具打撈

水池異物打撈專用工具用于法蘭支撐面、反應(yīng)堆壓力容器底部、乏燃料水池底部異物的吸取、打撈和收集。該方法的優(yōu)點(diǎn)是可針對(duì)多種異物進(jìn)行打撈，可靠性高，缺點(diǎn)是操作較為復(fù)雜，用到的設(shè)備較多。

水池異物打撈專用工具主要包括：水下氣動(dòng)夾鉗、水下真空裝置(潛水泵、吸口管、接桿、收集管)、加長(zhǎng)桿及支撐轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制箱及手操盒、收集籃、堆芯重錘及塞子等。設(shè)備構(gòu)成見圖4。

圖4 水池異物打撈專用工具構(gòu)成示意圖

4.3.1 水下真空裝置

水下真空裝置主要由潛水泵、接桿等部件組成，收集管和潛水泵通過快換接頭進(jìn)行連接，內(nèi)襯濾網(wǎng)。收集管與濾網(wǎng)之間會(huì)形成異物抽吸的儲(chǔ)存空間。濾網(wǎng)過濾精度有三種規(guī)格：25 μm、100 μm、1.2 mm。精度為25 μm的濾網(wǎng)適用于打撈小至0.025 mm的絮狀物或者塵埃，精度為1.2 mm的濾網(wǎng)適用于打撈尺寸≤38 mm的異物，精度為100 μm的濾網(wǎng)適用于打撈前述兩者之間的異物。圖5為水下真空裝置。

圖5 水下真空裝置

水下真空裝置潛水泵正向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，提供吸力，會(huì)在泵體內(nèi)負(fù)壓，通過吸口管可將管口的異物連同液體一起吸入裝置內(nèi)，收集在濾網(wǎng)內(nèi)部。

水下真空裝置潛水泵反向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，水流方向改變，異物反向排出裝置，可存于收集籃中。

控制箱提供6個(gè)正轉(zhuǎn)速度和6個(gè)反轉(zhuǎn)速度，可控制潛水泵正反向旋轉(zhuǎn)并調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速高低，以改變水流方向及流速。控制箱配有30 m電源電纜，15 m手操盒控制電纜，30 m潛水泵防水電纜，使?jié)撍每稍诰嚯x電源約60 m的地方運(yùn)行。

4.3.2 氣動(dòng)夾鉗

氣動(dòng)夾鉗可用于夾取水下真空裝置不容易打撈的長(zhǎng)桿件和其他便于夾取的異物。結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 氣動(dòng)夾鉗

水下氣動(dòng)夾鉗主要由氣缸、上下夾鉗、控制氣閥及管、加長(zhǎng)桿、缸鉗連接件、鉤索等部分組成。氣源壓力0.6 MPa。夾鉗的氣缸活塞桿和活動(dòng)桿相連，夾鉗的開合由氣缸伸縮來帶動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)水下異物的夾取。當(dāng)鉗夾夾住異物時(shí)，如果沒有給出松開夾鉗指令，鉗夾不會(huì)自行松開異物。

夾鉗配合異物打撈專用工具完成水下卸掉吸口管、濾網(wǎng)及濾網(wǎng)罩的組合體的工作。在其他狀態(tài)時(shí)還可打撈部分水下真空裝置無法吸取的異物(如細(xì)長(zhǎng)的鐵絲等)。

氣動(dòng)夾鉗需與加長(zhǎng)桿配套使用。

5 異物打撈案例分析

乏燃料轉(zhuǎn)運(yùn)前，對(duì)乏燃料進(jìn)行目視檢查后，發(fā)現(xiàn)8組乏燃料組件上管座存在白色異物。如圖7所示。

圖7 異物

通過水下攝像裝置，可觀察到該組件上管座區(qū)域存在兩塊白色異物。從圖片中對(duì)異物進(jìn)行材料、大小、位置三方面的分析。

從異物的外觀可以初步判斷，該異物為廠房頂部或墻體的漆皮掉落，大小約為5 cm×5 cm，位置位于乏燃料組件的上管座位置。所以選擇采用水池異物打撈專用工具中的水下真空裝置進(jìn)行異物打撈。

根據(jù)目標(biāo)物體選擇合適的濾網(wǎng)，并安裝好收集管。較大異物用過濾精度為1.2 mm濾網(wǎng)收集管(抽吸口為直口)，粉塵狀異物使用25 μm濾網(wǎng)收集管(抽吸口為斜口)?？紤]到漆皮被泵吸取后容易變成粉末，所以采用精度更高的濾網(wǎng)。

按需連接加長(zhǎng)桿。加長(zhǎng)桿的上部通過橫桿，固定在橋上支撐轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)夾持座上，用夾持座上的搭扣鎖??；同時(shí)用絞盤的掛鉤繩索組合分別鉤住將加長(zhǎng)桿的相應(yīng)孔。

將吸塵裝置插入水中，在設(shè)備剛浸入水時(shí)，用手操盒控制，做一個(gè)短時(shí)間的低速正反轉(zhuǎn)運(yùn)行試驗(yàn)。無異常后，“運(yùn)行開關(guān)”置于停止位。

圖8和圖9為水下真空裝置組裝和入水的照片。

將水下真空裝置緩慢下移至指套管保護(hù)管上部附近。通過絞盤、支撐轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、換料機(jī)的移動(dòng)使收集管口對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)區(qū)域或異物。是否移動(dòng)至目標(biāo)位置，可通過水下監(jiān)視系統(tǒng)的顯示屏或者望遠(yuǎn)鏡觀察。

一人握穩(wěn)手柄，另一人將手操盒“運(yùn)行開關(guān)”置為“工作”位，“轉(zhuǎn)速選擇開關(guān)”置于“4”檔，“流量方向開關(guān)”置于“抽吸”位。運(yùn)行約10 s，待異物被吸入后(通過顯示屏觀察)，通過絞盤起吊水下真空裝置并橫移，將收集管口移至收集籃口上部。通過絞盤下移收集管插入籃口。關(guān)閉“運(yùn)行開關(guān)”，確認(rèn)電機(jī)停止工作，“流量方向開關(guān)”置于“停止”。必要時(shí)啟動(dòng)潛水泵反向工作狀態(tài)，運(yùn)行約10 s，待異物排出后，抽出收集管，移開水下真空裝置。

將水下真空裝置移至下個(gè)目標(biāo)物，重復(fù)上述兩個(gè)步驟，直至全部異物被移入收集籃。打撈工作如圖10所示。

打撈結(jié)束后，乏燃料組件上管座異物消失，如圖11所示。

圖11 打撈結(jié)束后組件圖片

打撈工作完成后，將裝置收起升出水面。裝置升出水面時(shí)，應(yīng)確認(rèn)裝置的安全劑量。設(shè)備進(jìn)入水下的部分，按照核電廠的規(guī)程，進(jìn)行清潔，然后再進(jìn)行拆卸。

6 防異物措施

6.1 大修水池防異物措施

1)檢查并確認(rèn)輻射防護(hù)人員建立了20 m的防異物措施，并禁止與操作無關(guān)人員在水池邊進(jìn)行作業(yè)或參觀；

2)檢查并確認(rèn)所有人員佩戴的電子劑量計(jì)、熱釋光、眼鏡等物品固定牢靠，與操作無關(guān)的物件不許帶上操作臺(tái)；

3)設(shè)備檢修時(shí)應(yīng)將裝卸料機(jī)開至安全區(qū)域，主管確認(rèn)在設(shè)備上已鋪好防異物用的塑料布，檢修工具應(yīng)用繩子系好并拴在工作人員手上，要求檢修人員對(duì)攜帶工具進(jìn)行登記工作；

4)進(jìn)入隔離區(qū)的所有物項(xiàng)和人員都必須進(jìn)行防異物登記，無關(guān)人員和物項(xiàng)不準(zhǔn)進(jìn)入異物排除區(qū)域；

5)作業(yè)人員進(jìn)入防異物區(qū)域之前，應(yīng)該仔細(xì)檢查隨身攜帶的工器具、材料的完整性，是否存在損壞、松動(dòng)的情況，確認(rèn)表面有無粘污和易脫落的油漆[1]；

6)堆芯作業(yè)人員需對(duì)使用的工器具進(jìn)行全面檢查，包括常用工具、專用工具、臨時(shí)裝置等，檢查內(nèi)容包括零部件是否緊固、是否有油漆脫落、是否夾帶異物等，新設(shè)計(jì)制造的工具應(yīng)檢查驗(yàn)收合格證明[2]。

7)作業(yè)中使用的工器具、零部件和各種材料、拆下的緊固件等物品應(yīng)該妥善放置，防止跌落。現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的廢物和垃圾嚴(yán)禁隨意擺放，必須合理放置，分類擺放，工作結(jié)束后及時(shí)清理并且?guī)С霈F(xiàn)場(chǎng)；

8)消耗品管理是換料水池防異物區(qū)的管控難點(diǎn)。可考慮的措施如：防異物區(qū)域內(nèi)輕易不要使用鋼絲刷(除獲指定領(lǐng)導(dǎo)的特別批準(zhǔn))；對(duì)于焊條、砂輪片，制定以舊換新制度確保消耗品控制[3]。

9)工作結(jié)束后，檢查工作人員個(gè)人防護(hù)用品是否保持原狀，并對(duì)防異物隔離區(qū)內(nèi)的清潔情況進(jìn)行全面檢查，保證工作區(qū)域的清潔，核對(duì)物項(xiàng)登記表中的工器具、材料等，避免遺漏在系統(tǒng)或設(shè)備內(nèi)。

6.2 日常水池防異物措施

日常期間存在防異物風(fēng)險(xiǎn)的主要是燃料廠房，開展新燃料接收、乏燃料轉(zhuǎn)運(yùn)或者涉及乏燃料水池邊的設(shè)備的維修等工作。

新燃料接收和乏燃料轉(zhuǎn)運(yùn)工作開展前，規(guī)定進(jìn)行防異物檢查，對(duì)作業(yè)用到的工器具進(jìn)行全面檢查，觀察是否存在松動(dòng)、掉漆等情況。

維修作業(yè)時(shí)，不能手握施工器具上下梯子，不允許在水池上方用手傳遞工具或物品，以免異物掉入水池。

其余防異物措施可參考6.1大修期間的防異物措施來實(shí)行。

7 結(jié)論

本文主要對(duì)壓水堆核電廠異物進(jìn)入堆芯水池、構(gòu)件池、乏燃料水池等區(qū)域進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)分析，闡述了針對(duì)不同異物，應(yīng)該采取何種方案進(jìn)行打撈。并且總結(jié)了目前池邊作業(yè)我們可以采取的防異物措施。異物進(jìn)入水池對(duì)于核電廠的正常運(yùn)行存在著極大的危害，我們還是要真正做到“預(yù)防為主”，做好防異物培訓(xùn)，落實(shí)防異物措施，希望本文可以為國(guó)內(nèi)外壓水堆核電廠水池邊防異物措施和水下異物打撈提供指導(dǎo)和借鑒。