压水堆核电厂核岛控制棒驱动机构CRDM安装技术研究

中国电建集团核电工程有限公司 孙瑞升 赵廷魁 贾广明

核电站核岛控制棒驱动机构（control rod drive mechanism，简称CRDM）安装于安全壳内的反应堆压力容器顶盖上，是一种竖直方向步进运动的磁力提升机构，它按照指令带动控制棒组件在堆芯内上、下运动，保持控制棒组件在指令高度或断电释放控制棒组件使其在重力作用下快速插入堆芯，完成反应堆启动、调节功率、保持功率、正常停堆和事故停堆等功能[1]。

控制棒驱动机构安装主要包括驱动机构耐压壳、隔热套组件、线圈组件和棒位探测器组件在反应堆压力容器CRDM管座上的安装。本文通过调研分析了解控制棒驱动机构的安装工艺要求、安装前准备工作、安装前检查以及具体安装流程等内容，详细开展叙述控制棒驱动机构耐压壳的安装工艺流程。

1 CRDM安装工艺参数

为充分掌握目前国内CRDM安装方面的技术成果，调研了已建、在建项目的CRDM安装工作。通过梳理已建、在建项目编制的安装文件、上游出版的设计文件，安装期间的经验反馈等方式，了解掌握相关重要信息。

CRDM设计参数：目前国内已建、在建核电项目CRDM的长度（mm）、重量（kg）分别为：红沿河3～4号机组5545/291，阳江1～4号机组5545/291，红沿河5～6号机组5579.8/293，阳江5～6号机组5545/291，宁德3～4号机组5545/291，防城港3～4号机组5579.8/293。可知控制棒驱动机构CRDM设计尺寸均为5545mm左右，重量为291 kg，因控制棒长度及重量因素影响，安装时需搭建专用平台进行吊装并使用翻转工具进行保护，以保护控制棒在安装时免受损伤。

CRDM安装技术参数：控制棒驱动机构吊环紧固力矩、CRDM紧固力矩、同心度、Y型环与坡口间隙均为安装时的重要参数。通过分析已建或在建项目控制棒驱动机构安装技术参数为控制棒驱动机构安装提供技术支持：红沿河3～4号机组、红沿河5～6号机组、宁德3～4号机组、阳江1～2号机组、阳江3～4号机组、阳江5～6号机组、防城港3～4号机组的吊环紧固力矩均为250Nm，CRDM紧固力矩均为420Nm、同心度均≤0.1mm、Y型环与坡口间隙均为0.04＜间隙小于0.25mm。

CRDM耐压壳安装专用工具：CRDM安装构架。CRDM安装与焊接工作平台和保护构架，包括带吊车的滚动轨道组件，500kg钢梁、超压装置，360kg安装用起吊梁用稳压装置；CRDM耐压壳临时存放架；吊装翻转专用工具（图1）。在20m平台吊装和翻转竖立CRDM耐压壳用的工具，包括一个从包装箱里面吊出耐压壳的平衡梁和一个翻转耐压壳的装置；CRDM耐压壳紧固扳手（图2），紧固CRDM耐压壳的特殊工具，包括一个卡环和一个连接力矩扳手的套筒。

图1 吊装翻转专用工具

图2 CRDM耐压壳紧固扳手

2 CRDM安装前的准备工作

安装前要求：CRDM安装前要编写耐压壳安装操作规程，详细规定安装操作步骤和安装所需要的工具（尼龙吊带4根、500N.m、50N.m力矩扳手各1把、温湿计1个、0～3mm百分表1个、0～200mm钢板尺1把、磁性表座1套、内六角1个、塞尺10把）、仪器、保护措施、质量要求、清洁用品、消耗品；消耗性材料：不起毛白布、威第尔、Neolube2润滑剂、不锈钢粘胶带、鞋套、连体服、白手套。实施安装的操作人员需具有CRDM耐压壳安装相关操作技能，做到持证上岗，起吊装置和相应的安装设备验收合格；计量器具和仪器经标定并在有效期内。

安装过程中的要求。CRDM的包装箱要运进反应堆厂房后进行包装拆卸，在吊装前检查待装设备的外观和数量，确认无误后存放在专用存放架中，因为耐压壳较为细长，从包装箱中移出、翻转竖立、吊入顶盖存放间的专用存放架的过程中使用吊装翻转专用工具，以防止弯曲变形以及防止损伤下端部的Y型填充环。

工作区域要求。压力容器顶盖存放调整好水平度，密封面要≤2mm；安装区域满足I级工作区域清洁度要求；CRDM安装平台安装就位，平台上要具有足够容纳安装工作所需要的的焊接设备及检查设备的场地，还要提供足够的照明及电源设备。

安装设备的准备。CRDM工作平台包括一个焊接工作平台、一个耐压壳存放架、一个通风入口装置、一个安装在工作平台顶部的500kg行车，以及吊装及平衡装置等（图1）；安装前使用防尘幔布或彩条布对工作台进行封闭隔离用以保证I级工作区域清洁度要求，在CRDM第一层安装CRDM焊机及相关设备，Ω焊缝水压试验设备到厂就位。

3 CRDM安装工艺流程

耐压壳就位前，需要检查及验收标准为：螺纹规检查管座外径。止规检查，止规不应通过管座。通规检查，通规应通过管座；耐压壳与填充环尺寸检查。Y形环与耐压壳焊点尺寸≤2mm，填充环与耐压壳之间的间隙＜0.04mm，填充环两个端头相接处间隙＜0.6mm。

3.1 安装主要步骤

耐压壳部件拧入RPV顶盖管座上；对耐压壳部件进行焊接；焊接完成后进行目视检查和液体渗透检查；无损检测完成后进行水压试验（耐压壳部件的安装顺序不能影响目视检查和液体渗透检查的可达性）。

3.2 耐压壳安装就位步骤[2]

将耐压壳部件拆箱取出，水平放置在木质支架上并安装翻转工具；检查耐压壳上部的吊环螺栓已经紧固，紧固扭矩为250N.m；耐压壳部件连接到专用的吊装工具上，耐压壳部件至竖直位置后拆卸翻转工具，再将耐压壳部件吊到临时存放架中进行保护；拆卸CRDM管座保护装置，使用Neolube2润滑剂对管座螺纹进行润滑，然后使用螺纹规对管座螺纹进行检查；安装隔热套管后使用行车将耐压壳提起并拆除保护环检查点焊位置。

使用丙酮清洗焊接坡口机熔化填充环（Y型环），待丙酮自然挥发后再用干燥无毛白布擦拭干净；使用行车缓慢下降耐压壳在距离管座50～100mm处停止，使用360公斤平衡装置缓慢将耐压壳落在管座上，然后使用专用夹紧工具将耐压壳沿螺纹拧在管座上，旋入过程要缓慢以避免损伤螺纹并保证耐压壳对中，还要注意防止损伤耐压壳表面。

耐压壳拧紧到管座过程中，在距离耐压壳最终位置约10mm时检查同心度，同心度要≤0.1mm；使用专用夹紧工具和力矩扳手将耐压壳紧固在管座上，扭矩值要求为420N.m；安装检查Y形环与管座端面间的距离要满足0.04mm＜gap＜0.25mm（每次将耐压壳放入临时存放架后都要把吊装口关闭）。

CRDM耐压壳在安装过程中要反复检查端面间隙并形成相应记录，安装就位后耐压壳部件焊接、目视检查、液体渗透检查和水压试验检验方法、检验项目和验收标准本文不再赘述。

3.3 完工检查

完工后的检查内容及检查要求如下：用螺纹规检查接管座外径，止规不通过管座、通规通过管座；耐压壳紧固到接管座的同心度和力矩值检查，要求≤0.1mm，420N.m；焊接前检查耐压壳Y形环下表面与接管座间隙检查，要求0.04mm＜gap＜0.25mm；检查接管座、耐压壳及设备标识；耐压壳顶部吊环螺栓力矩检查，要求250N.m。

4 结语

核岛控制棒驱动机构的安装技术与管理涉及到核岛安装工作的各个领域，本文通过研究技术文件、图纸要求，掌握吊装、安装等技术指标，设计配置专用工具、设备等内容。侧重于从安装逻辑及技术的角度对控制棒驱动机构的安装过程进行剖析。控制棒驱动机构的安装是一门复杂的工作，涉及核电建设的方方面面，还有很多地方需要进一步深入的研究和经验积累，通过调研与分析，结合现场实际工作经验，为压水堆核电厂控制棒驱动机构安装提供借鉴基础。