压水堆核电厂专用换料水套设计探讨

戴旭东　王炳炎　刘兆东　陈书华　李海博

【摘 要】压水堆专用换料水套是核电厂反应堆的专用设备，在反应堆换料大修期间，通过换料水套将反应堆压力容器和换料水池连通，形成吊装通道，供装卸堆内各构件、燃料组件及相关组件使用，利用换料水套内的水层对无顶盖的反应堆进行屏蔽。该换料水套结构紧凑、操作简便、可缩短操作时间、减少操作人员可能承受的辐照剂量。

【关键词】反应堆；换料水套；专用设备；换料技术

【Abstract】Special refueling water jacket is a special equipment for PWR nuclear power plant reactor. During a reactor refueling overhaul， connected the reactor pressure vessel and the refueling pool by a refueling water jacket， and forming a hoisting channel， in this way， use for loading and unloading of internal components， fuel assembly and related components. Meanwhile， shielding radiation from the reactor without cover by water layer in the refueling water jacket layer. This refueling water jacket has the advantages of compact structure， simple operation， effectively shorten operation time and reduce probable radiation dose to operators.

【Key words】Reactor； Refueling water jacket； Special equipment； Refueling technology

0 引言

压水堆专用换料水套（以下简称“换料水套”）是在核电厂反应堆换料大修期间使用的专用设备，通过换料水套将无顶盖的反应堆和换料水池连通，形成吊装通道供装卸堆内各构件和燃料组件，并利用换料水套内足够的水层对无顶盖的反应堆起到屏蔽作用。

换料水套的设计涉及的主要技术难点有：（1）核电厂核岛内的各设备存在基础沉降、安装误差、位移补偿，以及高温环境下的热补偿等问题，要求换料水套本身对反应堆压力容器和换料水池具备良好的自适应性能。（2）换料水套内承载的水具有强放射性，必须可靠密封，杜绝发生泄漏。

1 需求分析

通过对换料水套的功能需求进行分析得知，在核电厂反应堆换料大修期间，当反应堆压力容器顶盖被拆卸后，要求换料水套为无顶盖的反应堆提供可靠的吊装通道，同时还需对反应堆的放射性物质进行屏蔽。在安装方面，要求换料水套可有效适应核岛内各项设备的基础沉降、安装误差、位移补偿，以及高温环境下的热补偿等问题。与此同时，还应具备密封可靠、吊运简单、易于安装拆卸、维护简便等功能特点，从而缩短操作时间，降低操作费用，减少操作人员可能承受的辐照剂量。

2 总体方案

换料水套主要由上法兰、波纹补偿器、护套、筒体、下法兰、O形圈、吊环螺钉、螺钉、定位销等零部件组成，其结构如图1和图2所示。

上法兰为高颈法兰型式，其下部与波纹补偿器通过焊接相连，其上部与安全壳的换料水套安装法兰通过若干螺钉连接。上法兰的密封面内设有两道燕尾环槽，供安装O形圈使用，上法兰的下端面为台阶式平面，可保证螺钉有效预紧并压紧O形圈实现密封。

波纹补偿器是由多个波纹段组成的圆筒形挠性部件，是换料水套实现柔性通道的重要部件，该部件可对反应堆压力容器和安全壳的基础沉降、轴向与径向安装误差、高温环境下各设备的热胀冷缩进行自适应性补偿。

波纹补偿器采用奥氏体不锈钢材料制造而成，其下端与筒体对接相连，上端与上法兰通过焊接相连，该部件与筒体共同构成换料水套的压力边界。非工作状态时，波纹补偿器外侧设有若干支承螺柱便于运输和存放；工作状态时，所有支承螺柱需要全部予以拆除。

波纹补偿器内部设有护套，护套为内壁面光滑的圆筒形结构，焊接安装于波纹补偿器内侧，用于有效防止物件在吊装时与换料水套发生擦挂。

筒体是构成换料水套的主要结构部件，由奥氏体不锈钢板卷焊而成，其下部与下法兰通过焊接相连，其上部与波纹补偿器通过焊接对接而成。

下法兰为高颈法兰型式，其下端与反应堆压力容器的换料水套支承环通过若干螺钉连接，其上部与筒体通过焊接相连。下法兰的密封面内设有两道燕尾环槽，供安装O形圈使用，下法兰的下端面为台阶式平面，可保证螺栓有效预紧并压紧O形圈以实现密封。

O形圈采用低苯基硅橡胶制造，可适应带有辐射的工作环境。O形圈的横截面可为多种形式，如圆形、方形、楔形、碟形等。每个法兰密封面设有两道O形圈构成双层密封。通过螺栓预紧将O形圈压紧在密封面上从而实现密封。

在换料水套的顶部，沿上法兰的周向均匀布置有若干吊环螺钉，供吊装和运输换料水套使用。

3 实施方式

在核电厂反应堆进行换料大修期间，首先将换料水套安装在压力容器筒体组件和安全壳壳体之间，将换料水套内部充满水，换料水套连接部位实现可靠密封，通过换料水套将反应堆压力容器和换料水池连通，形成吊装通道，供装卸堆内各构件、燃料组件及相关组件使用，利用换料水套内的水层对无顶盖的反应堆进行屏蔽。具体实施方式如下：

（1）使用前，应将换料水套筒体内壁清洁干净，表面不得有污物、油污等；

（2）使用前，必须进行充水试验以检验上下两个密封面是否存在漏水，若橡胶O形圈老化则可能导致漏水，此时应及时更换橡胶O形圈；

（3）安装前，应清理压力容器的换料水套支承环和安全壳的换料水套安装法兰，要求法兰表面干净无污物；

（4）使用吊车通过吊环螺钉将换料水套进行吊运和安装，必须按换料水套调试时所做好的标记位置安装，使用定位销进行精准定位；

（5）换料水套正确就位后，依次预紧全部螺栓，拆除换料水套外侧的支承螺柱，将换料水套内部充满去离子水，充水过程中注意监测换料水套及其密封部位有无泄漏，若有，立即停止充水进行检修。

使用完毕后，按上述操作的相反步骤将换料水套进行拆除，应将换料水套完全去污、清洁、干燥后再予以妥善存放，存放过程中要求换料水套内外表面均满足一定的清洁度要求。

4 结论

该换料水套有效适应了核岛内各设备的基础沉降、安装误差、位移补偿，以及高温环境下的热补偿等问题，并且密封可靠、吊运简单、易于安装拆卸、维护简便，进而缩短操作时间，降低操作费用，减少操作人员可能承受的辐照剂量。

【参考文献】

[1]瓮松峰.压水堆核电站乏燃料运输辅助设备设计[J].核动力工程，2012.06.

[2]董正平，瓮松峰.反应堆主设备安装工艺及专用工具的设计研究[J].核动力工程，2013.S1.

[责任编辑：王伟平]