1概述
在核电厂调试及大修过程中，反应堆上部堆内构件吊装、反应堆下部堆内构件吊装及反应堆压力容器顶盖吊装是核岛最重要的设备吊装作业，风险大，要求高，并且占据着主线时间，对核电厂的安全性和经济性有着至关重要的影响。在进行上下部堆内构件及反应堆压力容器顶盖吊装作业时，设备的精确定位和导向主要依靠导向柱来保证。三门核电1号机组作为全球首台AP1000，其反应堆压力容器配备有2根导向柱，用于在安装、调试和大修期间来导向反应堆压力容器顶盖和上、下部堆内构件的吊装。现有导向柱每根长4420mm，有效导向高度为4004.5mm，在吊装反应堆压力容器顶盖时可以完全满足导向要求，但在吊装上、下部堆内构件时长度不足，无法进行精确导向。首炉装料前的吊装操作过程中，此问题带来的不利影响不是十分明显，因为此时安装、调试人员可直接在换料水池底部观察确认堆内构件吊装的对中情况，在人工定位之后将堆内构件下降到压力容器内，当堆内构件下降到合适高度后，再由导向柱提供导向。而换料大修期间，堆内构件吊装时换料水池充满屏蔽水，吊装指挥无法进入换料水池底部，此时堆内构件在进入压力容器前就需要导向柱进行导向。在换料大修期间的上部堆内部件吊出过程中，当上部堆内构件堆芯上板吊离反应堆压力容器筒体法兰面约100mm时，需要检查堆芯上板是否带出控制棒组件。如果控制棒组件被带出，则需先将上部堆内构件回装到位，对问题进行处理后重新起吊上部堆内构件。现有导向柱高度不能满足此操作要求。吊出下部堆内构件时，由于下部堆内构件高度较高，吊出和吊入压力容器过程中，现有导向柱高度不能满足下部堆内构件吊装操作的导向要求。另外，受到反应堆压力容器顶盖自身结构的限制，当顶盖在反应堆压力容器上时或在吊离/吊装至反应堆压力容器时，导向柱的高度不能超过5278.9mm。因此，需要通过优化导向柱解决以下两个问题：问题一：上、下部堆内构件吊装过程中的导向柱导向高度不足的问题；问题二：在保证上、下部堆内构件吊装时导向柱的导向高度满足要求的前提下，确保导向柱在反应堆压力容器顶盖吊装过程中不超过顶盖对导向柱的高度限值要求。
2优化方案一：配置长、短两套导向柱
此优化方案配置的长、短导向柱有效导向高度分别为9100mm和4150mm。在反应堆压力容器顶盖和上部堆内构件吊装时使用短导向柱。当需要从压力容器内吊出下部堆内构件时，先降低系统水位至反应堆压力容器筒体法兰面以下，然后拆除短导向柱，再安装长导向柱，最后升水位进行下部堆内构件的吊出操作；在回装过程中，当下部堆内构件回装完成后，将系统水位降低至反应堆压力容器筒体法兰面以下，然后拆除长导向柱，再安装短导向柱，最后升水位进行后续操作。
3优化方案二：配置一套可拆分式导向柱
此优化方案配置的一套导向柱，每根导向柱可以拆分为2段，按安装位置从下到上分为短导向柱和延伸导向柱。短导向柱的有效导向高度为4150mm，延伸导向柱的有效导向高度为4950mm，两段导向柱连接后总有效导向高度为9100mm。预计加上安装段与锥形头段的短导向柱长为4565mm，短导向柱和延伸导向柱连接后总长9515mm。在反应堆压力容器顶盖和上部堆内构件吊装时使用短导向柱，并在短导向柱顶部安装锥形头。当需要吊出下部堆内构件时，在不降水位的情况下，操作人员借助装卸料机或堆腔辅助平台进行操作，拆除短导向柱顶部的锥形头，将延伸导向柱安装在短导向柱顶端，再吊出下部堆内构件；待下部堆内构件回装完成后，拆除延伸导向柱并安装短导向柱顶部的锥形头以进行后续操作。
4两种优化方案的比较
无论采用上述方案中的哪种，在反应堆压力容器顶盖和上部堆内构件的吊装过程中都是使用短导向柱进行导向，两者的工艺流程也都一致。但是，当进行下部堆内构件吊装作业时，两者的工艺流程就产生了较大的差别，从而在占用大修主线时间的长短、人员接受的辐射剂量的多少等方面均有较大的不同。
4.1占用大修主线时间对比
下部堆内构件的吊装占用大修主线时间，因此吊装下部堆内构件时，更换导向柱占用着大修主线时间。方案一占用大修主线时间包括为长短导向柱更换增加必要辐射防护措施的时间（约1小时）、降和升换料水池7.6m水位的时间（约3.92小时）以及长短导向柱的两次更换操作时间（约10.5小时），总计约15.42小时；方案二占用大修主线时间包括短导向柱顶端锥形头拆装时间（约1小时）和装拆延伸导向柱时间（约4小时），总计约5小时。由此可见，采用方案二比采用方案一每次大修可节省主线时间10.42小时，具有更好的经济性。
4.2操作人员受到的辐射剂量对比
方案一：拆除短导向柱时需要4名操作人员站在换料水池底部工作3小时，人员总辐射剂量为0.6mSv；导向柱安装时需要6名操作人员站在换料水池底部工作2.25小时，人员总辐射剂量为0.675mSv。大修期间要进行两次导向柱的更换操作，正常情况下采用方案一时操作人员接受的总辐射剂量为2.55mSv。方案二：拆装短导向柱锥形头需要4名操作人员站在装卸料机人员通道工作1小时，人员辐射剂量为0.10mSv；将延伸导向柱安装到短导向柱顶端需要4名操作人员站在装卸料机或堆腔辅助平台工作2小时，人员辐射剂量为0.2mSv。正常情况下采用方案二操作人员接受的总辐射剂量为0.6mSv。通过对比可知，采用方案二时，操作人员受到的总辐射剂量比采用方案一要少约1.95mSv。
4.3导向柱更换操作对比
采用方案一时，每次更换导向柱的主要操作步骤如下：（1）安装导向柱吊耳；（2）将手拉葫芦联接到环吊副钩上，测力计悬挂在手拉葫芦吊钩上，将导向柱吊耳与测力计连接；（3）提升手拉葫芦，保持合适的提升力，拆除导向柱；（4）利用环吊将导向柱吊至135′平台并倾翻至水平状态储存；（5）清洗检查过渡套螺纹，涂抹润滑脂，对新的O型密封环涂抹润滑脂，清洗导向柱安装孔，并目视检查其螺纹，不得有损伤；（6）将手拉葫芦联接至所需更换的导向柱上，提升环吊副钩将导向柱吊从水平状态倾翻至垂直状态；（7）将导向柱吊装至安装孔位置，对中后安装导向柱；（8）拆除手拉葫芦、测力计等工具。方案二的操作分为以下步骤：（1）拆除短导向柱的锥形头，将专用工具联接到环吊副钩上并就位至短导向柱顶端，操作专用工具拆除锥形头并吊至135′平台储存；（2）将导向柱吊耳旋入延伸导向柱吊装孔，拆下专用工具，将手拉葫芦环吊副钩连接，将测力计悬挂在手拉葫芦吊钩上，将导向柱吊耳与测力计连接；（3）操作环吊副钩，将延伸导向柱翻转至竖直状态，并移动至压力容器短导向柱安装孔正上方。下降导向柱，当下端进入短导向柱顶部后要特别小心，当延伸导向柱底部接触到短导向柱顶部后（测力计读数开始降低），停止下降；（4）将导向柱拆装把手插入导向柱插孔，手动下压延伸导向柱到位，旋转把手使延伸导向柱与导向柱啮合；（5）拆除手拉葫芦、测力计等工具。对比两种方案，方案一工作较为简单，但工作步骤多，工作量较大，花费时间和人力较多；方案二工作步骤较少，花费的时间和人力较少，涉及水下操作，对操作人员技能要求较高，操作难度相对较大，但可以通过加强培训来提高人员的工作技能。
4.4导向柱运输安装对比
根据目前工程实际，三门核电1号机组在大型设备（蒸汽发生器、反应堆压力容器、稳压器等）吊装完成以后已经将反应堆厂房穹顶安装就位并焊接完成，屏蔽墙浇筑完成。因此，更换的导向柱需要通过附属厂房吊装口和设备闸门运输至反应堆厂房换料水池。导向柱运输的路径：导向柱运至107′平台，通过附属厂房吊装口运至附属厂房135′平台，再通过设备闸门运至135′平台，最终运输至换料水池。设备闸门的直径只有4.9m，吊装区域空间有限，方案二中长度为4950mm的延伸导向柱比方案一中长度为9515mm的长导向柱导更容易倾翻，吊运难度更小，更容易实现导向柱的吊入、安装工作。
5结语
三门核电1号机组反应堆压力容器导向柱导向高度不足、无法满足上下部堆内构件吊装时精确导向的问题在目前的AP1000机组中均存在，为解决此问题，文章提出并分析对比了两种优化方案，在满足吊装作业精确导向的前提下，采用配置一套可拆分式导向柱的方案占用大修主线时间更少，操作人员受到的辐射剂量更少，安装运输更为方便，更换操作工作量较小，具有更好的经济性，虽然更换操作难度相对较大，但可以通过加强操作人员的培训、提高操作技能来解决，后续机组也可参照此方案进行相应优化。
作者：叶荣山 单位：三门核电有限公司c
