燃料操作抓具检修专用模拟体的开发与应用

□ 彭 峰

一、引言

压水堆核电厂燃料厂房乏燃料贮存水池内使用的燃料操作抓具，包括乏燃料组件抓具、可燃毒物组件抓具、旧控制棒组件抓具和阻力塞组件抓具。乏燃料组件抓具主要用于在燃料转运装置与乏燃料贮存格架之间转运乏燃料组件，可燃毒物、旧控制棒和阻力塞组件抓具用于水下完成相关组件在燃料组件间的抽插倒换操作［1］。由于直接用于操作燃料组件，抓具的检修精度、可靠性对操作的安全稳定性，以及核电厂换料大修的关键路径起到至关重要的作用。

二、燃料操作工具的检修现状

(一)现有检修方法。每次换料大修前需要对各燃料操作抓具进行预防性检查并操作试验，以验证其在装卸燃料组件前的可用性。由于抓具均在乏燃料贮存水池内完成水下操作，当检查或试验过程中发现某一抓具存在缺陷时，解体检修无法直接进行，需将抓具从水池内吊出，置于燃料厂房地面或冲洗井中进行。在检修完成组装后再将抓具吊回乏燃料贮存水池中抓取相应的燃料组件进行再鉴定试验。

(二)存在的问题。由于目前没有调试用的基准，燃料操作抓具在解体检修组装后无法在检修区域内较全面地验证抓具的可靠性和功能完整性，而需吊回乏燃料贮存水池中直接抓取真组件进行试验，存在水下脱不开、损坏燃料及相关组件等风险。燃料操作抓具在乏燃料水池与燃料厂房地面或冲洗井间的吊装需开关水闸门，同时使用人桥吊车和辅助吊车，若在水池内的再鉴定试验不合格需进行抓具的多次吊装，将引入多项作业风险，增加安全隐患。在特殊情况下，可能造成大修主线计划延后，损失较大的经济效益。

三、检修专用模拟体的研制

(一)总体方案。开发一套检修专用模拟体，适用于燃料厂房乏燃料贮存水池内使用的所有燃料操作抓具，方便用于在燃料厂房地面上的干式检查、维修和再鉴定试验，确保上述工具的可靠性，以减少检修后使用中带来的风险，同时也可用于燃料操作抓具的培训。压水堆核电站的燃料操作抓具按照组件的种类和接口尺寸，大致可分为三类:一是控制棒组件抓具;二是阻力塞/可燃毒物组件抓具;三是燃料组件抓具。研制的检修专用模拟体也可根据燃料操作抓具的分类进行设计，包括燃料组件上管座模拟体、控制棒组件模拟体和阻力塞组件模拟体。由于阻力塞与可燃毒物组件头部结构、尺寸相同，故阻力塞组件模拟体可通用于阻力塞组件抓具和可燃毒物组件抓具。

表1 燃料操作抓具检修专用模拟体清单

(二)结构及技术要求。

1．燃料组件上管座模拟体。上管座模拟体由上基体、连接环、下基体、导向管、压紧弹簧、支座和连接附件组装而成。总高度360mm(不含弹簧高度)，重量和体积轻巧、便于搬运移动。数量及用途见表1，具体结构及技术要求如下:一是选用不锈钢材质，采用组装式结构，焊接部位焊缝打磨光滑平整，方便拆装和清洗去污;二是模拟体外表面抛光后整体酸洗钝化，不应有过酸洗现象;三是上基体与各燃料操作工具的接口结构尺寸及其加工要求与AFA－3G燃料组件相同;四是下基体包括导向管、与支座的连接接口等，8个导向管连接孔与阻力塞、控制棒组件模拟体的芯棒连接孔配作;五是导向管采用不锈钢空心管，外径尺寸与下基体上的孔相配，内径与阻力塞、控制棒组件模拟体的芯棒相配，导向管的长度为100mm;六是连接环用于连接上、下基体;七是支座高度265mm，内部空心，四周设计为5mm的钢板，并开有167mm×120mm的孔，便于观察阻力塞、控制棒组件模拟体与燃料组件上管座模拟体的配插情况，同时可减轻重量。

2．控制棒组件模拟体。由于HARMONI控制棒组件结构形式复杂，不便于加工制造，考虑到开发控制棒组件模拟体的目的为抓具检修需要，需对模拟体的结构、尺寸进行重新设计——保留头部连接柄的结构尺寸、加工要求与原有控制棒组件相同，连接柄以下部件采用与阻力塞组件模拟体相同的设计。与燃料组件上管座模拟体配插后，连接柄上表面相对标高尺寸与真实组件一致，数量及用途见表1。

3．阻力塞组件模拟体。该模拟体由压翅、导柱、基板、阻力塞棒和连接附件组成。设计的8根阻力塞棒与基板用螺纹连接，除了阻力塞棒随燃料组件上管座模拟体相应缩短外，其余结构尺寸、连接方式及其加工要求都与原阻力塞组件相同。与燃料组件上管座模拟体配插后，阻力塞组件模拟体压翅上表面相对标高尺寸与真实组件一致。重量不做要求，数量及用途见表1。

(三)技术特点分析。通过结构和技术要求可以看出，开发的燃料操作抓具检修专用模拟体有如下特点:一是自主研发、制造的整套燃料操作抓具检修专用模拟体，采用常见的不锈钢材料进行制造，具备安全可靠、简易经济、便于加工制造等技术特点。二是阻力塞组件和控制棒组件模拟体可使用相同的燃料组件上管座模拟体，既节约了材料，也使得新的控制棒组件模拟体方便加工制造，实现了最优化设计。三是重新设计的控制棒组件模拟体，在保证其功能的情况下，解决了原组件加工制造困难的技术难点，实现了最优化设计。

四、应用效果

燃料操作抓具检修专用模拟体先后在秦山第二核电厂2012年12月至2013年1月和2014年2月至4月顺利完成了1#和2#机组旧控制棒组件抓具、可燃毒物组件抓具、阻力塞组件抓具和乏燃料组件抓具一共8台抓具的全面解体检修工作。到目前为止，大修装卸料、燃料相关组件倒换期间燃料操作抓具使用情况良好。

五、结语

检修专用模拟体的开发及应用，有效解决了燃料操作抓具无调试基准的技术难题，提高了燃料操作抓具的检修精度，降低了作业风险，保护了燃料及相关组件，增强了燃料操作的安全性、稳定性，为后续大修期间燃料操作提供了有力的保障，并且保证了大修主关键路径时间。国内压水堆核电站所使用的燃料操作抓具相同或相近，且该套模拟体具有优越的经济性和可靠性，简单实用，有很好的工程使用价值，具有推广意义。

［1］付卫彬．燃料操作和贮存系统手册［M］．嘉兴:核电秦山联营有限公司，2005:21