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. 陽江核電有限公司，廣東 陽江 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的主要老化機理，經(jīng)中子輻照后RPV材料韌脆轉(zhuǎn)變溫度升高、屈服強度增加、斷裂韌性降低，快速斷裂的風(fēng)險增加，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試試樣，定期取出輻照監(jiān)督管進行性能測試，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，從而通過輻照監(jiān)督管內(nèi)試樣的性能可以有效預(yù)測RPV服役更長時間的輻照脆化性能［5，6］。輻照監(jiān)督管理可以分為監(jiān)督管提取、監(jiān)督管運輸、監(jiān)督管內(nèi)試樣測試、綜合性能評估等工作，其中，輻照監(jiān)督管提取是進行后續(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核電機組為例，闡述了輻照監(jiān)督管提取時應(yīng)注意的事項，為國內(nèi)其他類似核電機組的輻照監(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 運輸容器設(shè)計、制造與驗證

反應(yīng)堆輻照監(jiān)督管是為了檢測反應(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)堆正常運行時受到來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)督管達到輻照時間后需從反應(yīng)堆卸出，并裝入專門設(shè)計的運輸容器運送至實驗室進行輻照分析，對監(jiān)督管的反射性源項的計算為后續(xù)運輸容器設(shè)計的基礎(chǔ)。

因此，首先需對監(jiān)督管的放射性源項進行分析計算，由于放射源監(jiān)督管為非特殊形式的放射性物質(zhì)，計算主要放射性核的活度以及與各核素的A2值的比值之和，用以確定運輸容器貨包類型。按照GB 11806-2004《放射性物質(zhì)安全運輸規(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，而大于1則需按照B型以上貨包設(shè)計計算。

輻照監(jiān)督管從反應(yīng)堆容器中卸出后需裝入專門設(shè)計的運輸容器運送至實驗室進行分析，由于輻照監(jiān)督管有較強的放射性，運輸容器必須設(shè)計有屏蔽層，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，需對運輸容器進行屏蔽設(shè)計，使之滿足GB 11806-2004對放射性運輸容器的劑量率要求。主要計算內(nèi)容為對已初步設(shè)計的運輸容器方案進行屏蔽計算，得到容器表面及距離表面1米、2米處的劑量當量率，并使計算目標滿足《放射性物質(zhì)安全運輸規(guī)程》中的有關(guān)要求：

圖1 輻照監(jiān)督管運輸容器結(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，正常運輸條件下，在貨包外表面任意一點處，輻射水平均不得超過 2 mSv/h，同時運輸指數(shù)也不得超過10（即距離容器表面1米處的輻射水平不超過0.1 mSv/h）。

此外，還需根據(jù)計算獲得的容器外表面最高輻射水平，參照《放射性物質(zhì)安全運輸規(guī)程》貨包分級標準（如表1所示），確定運輸指數(shù)及對應(yīng)的貨包運輸?shù)燃墶?/p>

表1 貨包和外包裝的運輸?shù)燃塗able 1 Transport level of package and outer packing

運輸容器經(jīng)源項計算、屏蔽計算，整體設(shè)計結(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螺栓與容器本體相連接，容器通過吊耳固定在容器支架上。制造過程中，采用直立鑄鉛方式，灌鉛后屏蔽體采用60Co源γ探傷機進行探傷檢查，制造完成后還需進行吊耳載荷試驗，包含靜載荷和動載荷。此外，運輸容器設(shè)計和模擬件制造需向國家核安全局（NNSA）報備，制造后進行驗證試驗，包含噴水試驗、自由下落試驗及貫穿試驗等，最終試驗結(jié)果提交NNSA批準之后進行最終運輸容器的制造［7，8］。

圖2 運輸容器Fig.2 Shipping containers

1.2 運輸容器在進入核島前的安裝與調(diào)試

輻照監(jiān)督管運輸容器運達核電站后，在核電站大修期間實施輻照監(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，各類操作動作難度大為增加，運輸容器在進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，運輸車輛進入核電廠后先在AB庫進行卸車，航車吊運需要注意人員安全。運輸容器暫時橫放于臨時坐架上，拆卸螺栓、移除減震器、安裝吊耳，減震器暫存AB庫，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輸容器豎立，且事先在地面鋪放緩沖材料，防止運輸容器與地面碰撞。

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

防倒支架分為兩個半環(huán)，待運輸容器豎立并平穩(wěn)于地面后，搬運防倒支架對準安裝于運輸容器下部，需注意防倒支架與運輸容器間的結(jié)合度，防止間隙過大，安裝螺栓時勿單個擰緊后繼續(xù)安裝下一枚螺栓，應(yīng)先安裝所有螺栓但不擰緊，后對稱分布的螺栓同時多人擰緊，可有效保障防倒支架的安裝穩(wěn)定性。運輸容器安裝完成后，必須對其進行必要的調(diào)試，利用吊帶多次拉動吊耳，驗證吊耳的安裝流暢性，吊起運輸容器并靜止于空中，驗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)邊界將運輸容器吊運至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，將雞籠暫存的運輸容器吊運至核島RX20米平臺。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，需做好風(fēng)險宣貫，合理監(jiān)護操作。如圖6所示，運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，需在入水前檢查松動部件，編制防異物檢查單，對現(xiàn)場入水設(shè)備及工具進行登記、檢查，并拍照留底。

圖5 運輸容器吊運至20米雞籠暫存Fig.5 Temporary storage in 20-meter platform

圖6 運輸容器入水前準備Fig.6 Preparation before extraction of irradiation surveillance capsule

利用吊耳，將運輸容器從RX20米平臺吊入構(gòu)件池，入水后吊帶上端臨時綁扎于水池護欄。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、放入運輸容器［10］?；匮b輻照監(jiān)督樣品塞，拆除抓取工具、運輸容器封蓋，運輸容器從構(gòu)件池吊至堆坑，吊帶及容器封蓋長繩綁扎在水池邊噴淋管上。同時，需要確認容器放置于堆坑位置，不影響水閘門的安裝；吊帶及長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方面，U管、V管、Y管具有等效性，同時考慮輻照監(jiān)督管長桿抓具、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)督管試驗數(shù)據(jù)，制定U管最大提出力，如超過最大提出力則更換V管、Y管提取［11］。

在對堆坑去污時，同時對運輸容器表面進行去污。運輸容器經(jīng)懸掛排水后，從堆坑吊至RX20米暫存場地，解除吊帶及長繩，并在容器出水后進行劑量測量和防異物檢查，擰緊封蓋和疏水螺栓。

1.4 運輸容器包裝

鑒于等待設(shè)備艙門再次打開的窗口時間和廠內(nèi)運輸要求，需對容器進行臨時包裝（吊具單獨包裝、無外表裸露、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、口罩等附加防護用品，避免人員沾污。

圖9 RX20米平臺臨時包裝Fig.9 Temporary packing in RX20-meter platform

設(shè)備艙門再次開啟時，運輸容器仍先由核島運至龍門架雞籠，再吊入廠內(nèi)運輸車輛后運至AC熱室，裝車起運前需測量表面劑量、并辦理放射性物品廠內(nèi)運輸許可證。在AC熱室對運輸容器進行最終打包，如圖10所示，拆除容器臨時包裝、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；對運輸容器、吊具、防倒支架進行打包，張貼物料存放單暫存，等待運輸容器出廠運輸。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） 運輸容器需經(jīng)源項計算確定貨包類型，屏蔽計算確定運輸?shù)燃壓?，再進行整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，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)。運輸容器設(shè)計和模擬件制造均需向國家核安全局報備，并經(jīng)驗證試驗評審后方可進行正式容器制造。

（2） 鑒于核島內(nèi)復(fù)雜的工況條件，各類操作動作難度大為增加，運輸容器運達核電站、進入核島前，在AB庫拆卸減震器，安裝吊耳，豎立運輸容器后安裝防倒支架，完成運輸容器安裝并調(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)由雞籠將運輸容器吊運至核島RX20米平臺，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，并在容器入水前進行防異物檢查。運輸容器吊運入構(gòu)件池，水下提取輻照監(jiān)督管并封蓋，吊運至堆坑池完成去污后方可吊回RX20米平臺，容器出水后仍需劑量測量和防異物檢查。同時，為避免可能出現(xiàn)第一次輻照監(jiān)督提取的U管無法拔出導(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米平臺完成臨時包裝后，吊運至AC熱室拆卸、最終包裝，填寫物料存放單暫存，等待運輸容器出廠運輸。

致謝

感謝國家重點研發(fā)計劃（2020YFB1901500）對本文研究的資助。