核电站用的燃料是铀。铀是一种很重的金属。用铀制成的 核燃料在一种叫“反应堆”的设备内发生裂变而产生大量 热能，再用处于高压力下的水把热能带出，在蒸汽发生器 内产生蒸汽，蒸汽推动气轮机带着发电机一起旋转，电就 源源不断地产生出来，并通过电网送到四面八方。这就是 最普通的压水反应堆核电站的工作原理

黄国炤
（核电秦山联营有限公司，浙江海盐，314300）

摘 要 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），详细描述了秦山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。对秦山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。
关键词 秦山二期 堆内构件 现场安装技术
Abstract Installation and adjustment of upper and lower reactor internals on site is the most complex and prolonged equipment installation in nuclear island of QinShan Phase II Project. It lasted half a year. This text synopsis elucidation the function and the constitution of upper and lower internals. The key of installation of upper and lower internals on site is: first insertion of lower internals into the reactor vessel and adjustment – aligning between the lower internals and reactor vessel – check clearances between the nozzles, measure distances between M block – machining of the clevis inserts – check the aligning between the upper internals and lower internals – installation of the bottom instrumentation, secondary core support energy absorber assembly. This text describes in detail the installation on site, points out the key points, suggests how to deal with the key points. The text then summarizes the installation in the aspects of man power, materials, equipments.
Key words QinShan Phase II Reactor internals Installation process on-site


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4 206 mm，最大直径为3 630 mm，总重约37.1 t；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10 001 mm，最大直径3 630 mm，总重约82 t。

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3 mm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4 mm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250 kg，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（0.01~0.03 mm）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。秦山二期工程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。在秦山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Z l。Z l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Z l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1 mm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>3.1 mm、J1>0.25 mm、J2>0.25 mm和0.66≤J1 J2≤0.91 mm。



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0.25 mm。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，Z l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。秦山二期工程1号机组的管嘴间隙略为偏大，25°处为1.99 mm，205°为1.97 mm，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1.37 mm，最小处为1.04 mm，最大处为1.69 mm；205°为1.90 mm。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2~3 mm）做一个半径为1753.2 mm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1.75 mm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Φ5 mm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0.1 mm。实际钻孔深度允许比要求值小0.05 mm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0.15 mm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0.10 mm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

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