某核电工程堆内构件现场安装技术

**二期工程堆内构件现场安装技术简要说明堆内构件的作用、组成，按安装主线（下部构件第一次吊入——下部构件与压力容器的对中——管嘴、径向支承块与径向键的间隙测量——嵌入件的加工——上、下部构件的对中复测——嵌入件的安装——吊篮以下组件的安装），详细描述了**二期堆内构件的安装过程，分析并指出安装过程中的重点和难点，提出了应对措施和注意事项。对**二期工程堆内构件的安装工作从人、材、物各个方面作出了总结。1堆内构件的功能和组成1.1堆内构件的功能?盛装燃料组件与相关组件，并为它们提供定位和预紧力；?为控制棒组件提供可靠的导向，吸收落棒冲击能；?为堆芯提供冷却剂流道和合理的流量分配，并减少冷却剂无效泄露；?屏蔽中子和γ射线，减少压力容器的辐照损伤；?为堆芯中子通量测量和温度测量系统提供固定支承和导向；为压力容器辐照样品监督管提供固定的位置；?为堆芯跌落提供二次支承。1.2堆内构件的组成堆内构件由上、下部构件以及压紧弹簧组成。上部构件由热电偶柱、控制棒导向筒、上支承板、上堆芯板等组成，总高度为4206mm，最大直径为3630mm，总重约37.1t；下部构件由吊篮组件、二次支承、能量吸收器等组成，总高度为10001mm，最大直径3630mm，总重约82t。2堆内构件现场安装过程及分析2.1安装前的准备对场地的要求：RCCM要求的1级清洁区。对堆内构件的准备：拆除包装，快速旋入件安装就位并拧到要求力矩，通过与吊具的配合、上下构件的配合，最终确定快速旋入件的安装角度。将堆内构件吊至存放架上并保护好。检查堆内构件放置在存放架上及自由状态下的水平度。由于下部构件的高度较高，其上法兰不容易到达，可用测倒尺方法测量其下支承板下表面的水平度或测量下支承板下表面与存放架的相对高差得到。根据实际经验，自由状态下水平度控制小于3mm的范围内即可，否则调整吊具。对压力容器的准备：将压力容器密封面保护环吊到压力容器法兰面上。将安装用的临时施工平台吊进压力容器内。检查压力容器径向支承块的各个面的情况，如水平度、垂直度、平面度、销孔及螺孔的位置、支承块的槽宽B等，用“U”型嵌入块（简称嵌入块）的模拟块对径向支承块的相关接触表面进行研磨。测量下部堆内构件径向键的宽度B1。吊具的准备：吊具已组装完成，通过吊具与上、下部堆内构件的连接，最终确定吊具本身快速旋入件的方位并把固定销安装好。2.2下部堆内构件第一次吊入压力容器先将堆内构件的基础连接板吊入压力容器底部。将吊具与下部堆内构件连接，对下部堆内构件的方位（0°、90°、180°、270°）进行确认，通过环吊行走，使堆内构件中轴线与压力容器的中轴线相对应；通过间隙均化的方法使两者对中，缓慢将堆内构件放至压力容器内。间隙均化的方法是将下部堆内构件降至压力容器上方，测量压力容器上法兰面内壁与径向键的间隙，通过行走环吊大车与小车来调整间隙达到间隙基本均匀，各个值相差应在4mm以内。在堆内构件向压力容器下降过程中用电子秤监测，重量变化值不能超过250kg，如超过应立刻停止下降并查明原因。在0°、90°、180°、270°四个方位处应各站一个人，依次仔细观察径向键、热屏蔽、辐照监督管管座、管嘴与压力容器的间隙，防止擦伤。将堆内构件放在压力容器上，进行径向和切向对中。径向对中通过均化管嘴与压力容器的间隙来实现，管嘴间隙要求为（1.8±0.13）mm，管嘴间隙测量是将整个管嘴分为12等分，测12个值取平均值。切向对中通过四位一体的对中销的复测和计算来实现。对中完成后即可安装四位一体对中销。将对中销放置于法兰上，有标记线的面朝外，对称将四个螺栓拧至要求力矩值，焊接锁紧杆。测量下部堆内构件法兰与压力容器内壁的间隙J（0°、90°、180°、270°四个方位，要求为（5±1）mm）。测量压力容器径向支承块与堆内构件径向键的切向间隙Y和径向间隙Z。为了保证测量的准确性，Y是通过每一侧面分两列测量，每一列测上、中、下三个点的值；Z是通过每一侧面分三列测量，每一列测上、中、下三个点的值。Y和Z的测量至少需两人用不同的工具对同一点进行测量，取平均值，特别是Y值。测量工具一般用百分表和量块。将测量值绘制在平面图上，通过与各处间隙要求值比较，确定出每一块“U”型嵌入块的加工量（切向为Yc，径向为Zz）及加工形状（为了方便加工和保证加工精度，一般需均差成一个斜面）。每一个面的加工厚度根据经验应留下A（0.01~0.03mm）的研磨加工余量，根据Yc＋A的值绘制加工图，然后送至厂家加工。测量基础连接板与堆内构件的高差H1。测量的方法，用垂线进行基础连接板的对中，调整基础连接板的水平，确定测量的位置，每个柱子测四个点，共四个柱子。根据现场测得的数据确定能量吸收器的长度，绘制加工图，然后送至厂家加工。基础数据的测量是所有安装工作的基础，它决定了后续安装工作的成败。管嘴间隙、嵌入块、能量吸收器的数据测量，是整个测量工作的关键。嵌入块研磨余量大小的确定对以后的安装工作有很大的影响，余量大了会加大现场的研磨工作量，加大安装难度，小了容易引起间隙的增大，可能会导致嵌入块报废。**二期工程1号机组安装时，由于经验不足，余量过大，加大了现场研磨工作量，增加了施工难度和工期。嵌入件的加工是堆内构件安装工作的重点之一，加工要求高，一般为外委加工。由于加工要求高，加工难度较大，容易发生报废，因此需派专人全程跟踪，及早发现问题及时处理。在**二期工程两台机组的安装中虽然都发生过嵌入件加工报废的事件，但由于发现及时，均对工期无太大影响。2.3上部堆内构件第一次吊入下部堆内构件在压紧弹簧与上、下堆内构件的接触面上涂上Neolube型润滑剂，将压紧弹簧吊至下部堆内构件上法兰面上。人员携带木梯子、测量工具（包括对中所需的工具，如水银盘、光靶等）、手电、测量上堆芯板与围板间隙专用规等工具至下堆芯板处。将吊具与上部堆构件连接，通过间隙均化实现对中，在当上堆芯板下降到与压力容器法兰面附近时，人员携带测量工具、手电站立于上堆芯板上（此时人员应对称站立，保证不影响上部堆内构件的水平度）。继续下降直到将上部堆内构件放置在下部堆内构件内。测量上部堆内构件键槽和下部堆内构件键的间隙Zl。Zl是通过每一个侧面分两列测量，每一列各测上下两点最小值得到。通过采用下部堆内构件与压力容器对中的方法实现上下堆内构件对中，使每一个Zl值符合（0.152±0.05）mm的要求。在45°、135°、225°、315°的左右两侧（Wr和WL）和0°、90°、180°、270°（Wc）处测量上堆芯板与吊篮筒体的间隙W值，W值应满足1mm的要求。测量法兰与压力容器内壁的间隙H，测量压力容器密封面到上法兰面的高度G，其要求为（5±1）mm。用专用规测量上堆芯板处与围板的间隙。测量对中销与上部堆内构件的间隙J，如图1所示，应满足J3>3.1mm、J1>0.25mm、J2>0.25mm和0.66≤J1+J2≤0.91mm。进行上、下堆内构件的对中复测，对中主要有上下堆芯板的对中、上支承板与下堆芯板的对中、下支承板与下堆芯板的对中。上、下堆芯板的对中要求最严，要求为0.25mm。对中方法可采用准直仪或天地仪的方式。使用准直仪进行对中测量其精度较高，但对环境、人员的熟练程度要求较高，这主要是采用准直仪对中时需用水银盘先建立基准光轴，由于水银为液态，一旦有振动就很难建立基准光轴，同时水银在空气中很容易发生氧化，一旦氧化后就得用酒精清洗，较为烦琐。天地仪的方式相对较为简单，易于操作，但精度不高，仪器的标定困难。1号机组是采用准直仪进行对中测量，2号机组由于1号机组运行产生的振动影响了准直仪的使用，最后2号机组采用了天地仪进行对中测量。由于测量对环境要求高，一般在凌晨零点开始对中测量。对中测量时，Zl值应符合设计要求。完成上述工作后，将快速旋入件防松块焊接好并按要求检查焊接质量。安装上部堆内构件存放架加长段，并将上、下部堆内构件吊至存放架上。2.4下部堆内构件管嘴的修磨在现场所测得管嘴间隙值小于要求值而无法通过调整来达到要求时才对下部堆内构件管嘴进行修磨。形成原因主要是由于堆内构件、压力容器的制造误差积累造成的。一般情况下，两大设备是由两个厂家生产，而且构件的尺寸大，精度要求高，因此出现的概率较高。**二期工程1号机组的管嘴间隙略为偏大，25°处为1.99mm，205°为1.97mm，经设计计算，认为出口水温能达到要求，可不作处理。2号机组的管嘴间隙偏小，25°处均值为1.37mm，最小处为1.04mm，最大处为1.69mm；205°为1.90mm。经数据分析可知管嘴间隙已无调整可能，必须进行修磨，修磨区域为除4、5两点外的其他全部管嘴区域。在实际修磨操作过程中，为了保证修磨成功，必须有足够的基础数据，因此需扩大测量的点数，将要修磨的管嘴按切向分成24等分，在情况许可的前提下每一等分在厚度方向测3个点。修磨需专用工具。修磨前用薄铝板（厚度2~3mm）做一个半径为1753.2mm的模板，在管嘴修磨前利用管嘴本身的柱面进行校核修磨定型。模板修磨定型后，用模板检查管嘴，将每一次检查的区域在管嘴侧面标记出来，将管嘴与模板的间隙记录下来，作为修磨过程中和修磨后检查的基础数据。制作专用的深度测量工具，如图2所示。根据测量出的数据，以管嘴间隙为1.75mm作为基准值，计算各区域需打磨的深度。划线前在管嘴表面做PT检查。将管嘴细分为多个小区域，在直径方向分为7等分，切向分144等分，用记号笔在管嘴表面标出，如图3所示，在管嘴侧面标出所需修磨量。在小区域中间用Φ5mm钻头（钻头应作适当修磨）钻修磨的基准孔，孔的深度为需修磨量，测量孔深并记录好。每一次测量时应先在未钻孔管嘴表面处将专用测量表校零，每一次钻孔深度不超过0.1mm。实际钻孔深度允许比要求值小0.05mm以内。如孔钻深了，用黑色记号笔将孔标记出，在该孔旁边再钻一个符合要求的孔。在所需基准孔钻好后，在孔深处涂上红丹。然后开始逐层修磨，从孔深的区域开始修磨，每一层修磨量控制在0.15mm以内。修磨过程中，为了保证管嘴的形状，用专用测量表、模板检查，与原始数据进行比较。开始时可用砂轮机或抛光轮进行修磨，当修磨量剩0.10mm以内时只能采用抛光轮进行修磨。将基准孔打磨平后，用模板检验管嘴的圆柱度，局部采用抛光轮修磨或油石进行研磨，保证表面粗糙度基本上达到R6.3μm。将黑色标记孔用抛光轮圆滑过渡。完成打磨后，将管嘴表面清理干净并做PT检查。把下部构件清洁干净，将下部构件吊进压力容器内。检查管嘴间隙值，间隙值在要求范围内管嘴修磨工作即可结束，如不在范围内则重新修磨，一直到间隙值合格为止。管嘴修磨工作的关键在于修磨量的控制和保形，而修磨量控制的关键在钻孔的控制和测量。测量一定要掌握好方法，每一次测量时应先在未钻孔管嘴表面处将专用测量表校零，两人以上测量，取平均值。钻孔的质量高低主要取决于人的技能，其中包括钻头的打磨和钻孔的控制，这些可通过培训和适应性训练来提高并达到要求。管嘴形状的保持是通过逐层修磨，保证每一层的修磨量严格控制在0.10mm以内，保持整个修磨区域均匀。在修磨过程中用模板检查并与原始值对比，决定小区域修磨范围并进行修磨，保证在每一层修磨过程中保持管嘴形状。**二期工程2号机组采用上述方法对2环管嘴进行了修磨，修磨工作一次取得了成功。2.5“U”型嵌入块的安装“U”型嵌入块加工完成送到现场后，检查各外型尺寸，主要是厚度尺寸。把嵌入块与径向支承块对研，保证接触率不低于75%。在安装嵌入块前应将支承块和嵌入块表面清洁干净。接触率合格后可开始安装嵌入块，安装时可只安装上下两个螺栓，为了方便拆装，拧螺栓的力矩不超过要求力矩的80%，这是由于钻孔时，中间的螺栓需用于固定钻孔套架。安装嵌入块时，3个接触面均应加力，使嵌入块的各个面与支承块的各个面紧密接触。每一单块安装好后，用0.04mm的塞尺检查各接触面的缝隙，塞尺不能通过为合格。然后测量其到对面支承块的距离L。通过公式L1=B－L，复核实际嵌入块的装配厚度，如L1=YCmm内即可。如不在范围内，拆下重新研磨，再重新装配测量，直到合格为止。同一个支承块的两块单块装配合格后就开始组对装配。装配完成后测量两嵌入块侧面的距离L0。如L0=（B1+0.5）mm，初次研磨就可结束。在所有8块嵌入块安装好后，将下部堆内构件第二次吊至压力容器内，吊入过程与第一次吊入压力容器内相同。检查嵌入块与径向键的各种间隙TL、TR、BL、BR、TF、TM、TN、TJ、TK是否在其要求范围内，如图4所示。如果间隙不在要求范围以内，但实际间隙值比要求最小值小，切向单侧间隙值相差在0.02mm以内，径向间隙在0.2mm以内，可将构件吊起一点（将下部堆内构件吊起，径向键在径向支承块上方），直接用抛光轮对嵌入件进行打磨。否则将下部构件吊至存放架上，拆下嵌入块进行重新研磨、装配直到间隙符合要求为止。在直接对嵌入块进行修磨时应多测基础数据，找出间隙不符合要求的区域，并标在嵌入块上，然后用抛光轮对其进行修磨。在修磨过程中用标准平面对打磨面进行检查，要求接触率不得低于75%。间隙测量工作完成后即可将下部堆内构件吊至存放架上，开始钻嵌入块的定位销孔。每一块嵌入块各有两个销孔。将钻孔台架安装在支承块上，将孔钻至23.5～24mm之间，孔深约110mm，然后用铰刀进行铰孔，当孔铰到24～25mm之间，内表面用手检查无明显的刀痕即可。无论是钻孔或铰孔均应使用钻套或铰套。钻孔时可采用风动工具，但在铰孔时应用手工铰孔，使孔的表面光洁度、圆柱度能达到较为理想的状态。销孔加工完成后，开始精确测量销孔的直径。测量时要求两人以上，用不同的测量工具对同一孔进行测量。测量一般用内径表和内径尺测量。测量内径时要将销孔的整个形状测量出来，找出最小直径D。按D=Dmm要求加工销子，销子的长度按实际孔深加工，一般在104～108mm之间。拆除所有钻孔的台架，将嵌入块拆下清洁干净并重新装配好。将所有螺栓按要求力矩拧上，通过修磨螺栓头部调整好锁紧杆的方位，一般为水平位置（此时焊接变形最小）。销子加工完成后，清洁干净并涂上Neolube，在端面用记号笔作好标识，把销子放置于液氮中。30min后取出销子，快速将销子一一对应装进销孔中。在冷装销子过程中允许进行轻敲。将下部堆内构件第三次吊入压力容器内，将堆内构件与压力容器进行对中，复测各种间隙，如管嘴间隙、嵌入块的各种间隙、下部堆内构件与压力容器的各种间隙等。对中是通过控制管嘴间隙和径向支承块的间隙来实现的。在各种间隙均符合要求后，配装堆内构件吊具的导向套。安装下部堆内构件存放架的加长段，把基础连接板及其它两块水平板依次吊至存放架范围内的水池板上，将下部构件吊至存放架加长段上。将嵌入块螺栓防松杆焊好，销子点焊好固定，对点焊焊缝进行打磨，磨至与嵌入块表面平为止，对焊接按要求进行检查。用专用规检查下堆芯板的燃料销。用专用规测量下堆芯板处与围板的间隙、围板本身的竖向间隙。嵌入块安装的关键是嵌入块的研磨、销子的冷装。研磨工作是与间隙的测量密切相关，做好L、L0的测量工作可以做到事半功倍。根据实际经验，由于各结合部件（嵌入块，键）的加工形状的影响，L1应尽量控制在接近下公差值，L0应尽量控制在接近上公差值。销子的冷装主要难度是销孔的测量，一定要找到最小孔径。为了方便找到最小孔径，除了测量工作外，铰孔的质量非常关键，在铰孔时一定用手工铰。铰刀的质量对孔的成型非常重要，必须对采购回来的铰刀进行测量，必要时进行修磨（最好通过市场调研采购质量高的铰刀）。为保证安装成功，弥补销孔加工和测量中的不足，销子的加工尺寸控制接近下公差，即D-0.02mm。在1号机组安装过程中，由于最小直径未能准确测出，销子的加工尺寸控制不合理（上公差）导致了3个销子在第一次冷装未成功（共16个销子），最后将销子锯断后再重新钻孔、铰孔，重新加工销子，然后再冷装。在2号机组安装过程中，吸取了1号机组的教训，除加强对孔的测量外，还根据销子在液氮中的收缩量，加工了一个模拟销子，用模拟销子进行试装。用模拟销子试装方法为先涂上Neolube，销子只允许直进直出，不准旋转（防止咬死），不准敲击，只能用手轻推。同时将销子分两批冷装，第二批销子视第一批销子的安装情况再作决定。采用上述方法后，2号机组全部销子冷装一次成功。2.6上部堆内构件的安装在嵌入块送到厂家加工时，可进行上部堆内构件的安装。上部堆内构件现场安装主要有控制棒导向筒、热电偶柱的安装。其中控制棒导向筒共33组，分上、下两部分，热电偶柱共有4根，分别在45°、135°、225°、315°四个方位。在上部堆内构件进行安装前应用检验规对上堆芯板的燃料销进行检查。如有不合格销子，要在上部堆内构件现场安装前进行更换。1号机组有一个销子被撞歪，钻掉后冷装上新销子。在安装前确认的上部堆内构件在存放架上的水平度超标，这主要由于上部堆内构件的存放架安装的水平度要求为小于0.2mm（实际为0.08mm），而堆内构件放在存放架的要求为0.1mm。由此可见，其超差是由于设计要求不统一（两个设计院设计）和堆内构件的制造误差引起的。因此该水平度一般根据实际情况控制，**二期工程的实际安装证明控制在0.3mm左右是可以的。上部堆内构件的安装顺序是先安装下部控制棒导向筒，然后安装热电偶柱，最后安装上部控制棒导向筒。热电偶柱安装完成后，用通规检查热电偶通道。全部控制棒导向筒安装完成后，用专用工具及控制棒模拟组件做抽插试验。抽插试验完成后用专用内窥镜检查导向套内表面是否有异物。上部堆内构件导向筒的安装过程中要严格防止异物进入，人员着装一定要按要求穿着白色连体服，严格按要求安装临时保护盖，随时用吸尘器吸走可能的异物，保持现场清洁度。2.7下部堆内构件的安装检查已加工好的能量吸收器组件的长度，将其组装好、焊接好。将底部的测量套管组件、二次支承柱安装就位。检查下堆芯板与上支承板之间的支承柱的延伸段露出下堆芯板的高度，其值不得超过40mm；将所有螺栓拧至要求的力矩，焊接防松帽，撬褶防松帽和焊接防松杆。将能量吸收器组件与基础连接板焊接在一起。按要求检查所有焊接质量，用0.04mm的塞尺检查所有接合面缝隙以不能通过为合格。通过调整吊具来调整上、下堆内构件起吊后自由状态的水平度。2.8下部堆内构件第四次吊进压力容器将下部堆内构件吊入压力容器内，测量基础连接板与压力容器内壁的间隙D，D=26.9mm。用专用规检查中子通量管管座与测量组件套筒的同轴度。安装下堆芯板人孔盖板，将上部堆内构件第二次吊入吊篮内，检查各相关间隙。拆除上、下部堆内构件存放架加长段，将上部堆内构件吊至存放架上，配装上部堆内构件存放架的定位销，钻下部堆内构件存放架的定位销孔，加工销子并安装好。安装下部堆内构件法兰上的24个冷却流量管并焊接好，按要求对焊缝进行检查。安装辐照监督管抽插孔维持塞。将下部堆内构件吊至存放架上，在下堆芯板上安装过滤器组件。2.9安装中应重视的问题堆内构件为不锈钢部件，螺纹连接处容易出现咬死情况。在安装前认真检查螺孔和螺栓，并进行预装。在安装过程中应按规定涂上Neolube，不得强行装配，不得敲击。所有螺栓的安装过程应遵守紧—松—紧的规则，即先将螺栓拧至要求力矩，再将力矩松至零，再拧至要求力矩。在每一次吊装、安装过程中有可能摩擦的表面应涂上Neolube，如导向键、管嘴和销子等的表面。每一次吊装都应接好电子秤，观察重量及摩擦力的变化情况并作出记录，以供下一次吊装时参考。不管何种情况，摩擦力变化值超过2500kN时，应立即停钩，查明情况后再作决定。为了保证测量的数据具有对比性，每一次测量与对中有关的间隙时，应以对中完成后的测量值为准。每一次对中应尽量接近上一次对中的位置。3现场安装总结堆内构件的安装工作是**二期工程核岛设备安装难度最大、历时最长的机械设备安装工作，历时半年。堆内构件安装工作虽然历时长，繁锁复杂，但也有主线可循。主线为下部构件第一次吊入——下部构件与压力容器的对中——管嘴、径向支承块与径向键的间隙测量——嵌入件的加工——上、下部构件的对中复测——嵌入件的安装——吊篮以下组件的安装。从主线来看，与嵌入件（块）加工和安装相关的工作是整个主线的关键。非特殊情况，一般不对主线上的工作顺序进行变更。不在主线上的工作可根据现场实际情况作出相应的调整，不应只限于上面所述的顺序，按照紧前计划安排工作。测量工作是整个安装工作的重要基础，在堆