反应堆压力容器顶盖安全快速对孔探索与实践

□王屹锟 王礼坤 张锋国 刘忠武

2017年某核电站102机组大修期间，容器顶盖扣盖对孔阶段，容器顶盖法兰盘隔爆下表面不慎接触容器导向杆柱头，导致顶盖密封部位划伤。通过对传统容器顶盖扣盖对孔阶段问题原因分析，找出容器顶盖扣盖对孔阶段业务风险因素，智能监控设备替代人工观测顶盖法兰盘螺栓孔(下简称：螺栓孔)与导向柱(下简称：导向柱)位置关系的新技术，并成功完成技术装置的实验测试。

一、概述

核电机组大修期间压力容器装料完成后，需对压力容器进行容器顶盖扣盖。容器顶盖扣盖工序分为：容器顶盖提升(从顶盖存放间)、平移、下降、对孔(让三根导向柱顺利穿越螺栓通孔)、就位等五个阶段[1]。其中对孔阶段操作难度和风险较大。本文就这一阶段存在的问题展开论述。

传统容器顶盖扣盖对孔阶段，需要三名观测者进入堆芯水池底部剂量较高的区域，用手电筒自底向上照射导向柱及预穿越顶盖法兰盘对应的螺栓孔，通过目测得出导向柱和螺栓孔两者水平二维坐标系下的位置关系(包含、内切、外切、相交、不相交等)，三名观测者把所看到导向杆对中情况汇总给地面指挥。

地面指挥根据三名观测者观察位置和上报信息内容，分析并汇总后估算出容器顶盖需要移动的位移和旋转的角度，通知人桥吊辅助人员对容器顶盖进行辅助旋转，吊车司机对容器顶盖进行升降操作。经过反复交互后，导向柱中心位置与螺栓孔中心位置才能接近重合，即两者在水平二维坐标系下保持包含关系，地面指挥通知司机继续下降容器顶盖高度直至顶盖就位。

二、问题分析

图1 问题原因分析鱼骨图

通过鱼骨图如图1所示，分析可以得出：第一，对孔阶段导向柱和螺栓孔空间位置关系，可抽象为水平二维水平坐标系下导向柱和螺栓孔位置关系，只有俯视向下这一角度才能较为客观观测到二者之间的位置关系，其它任何观测角度都存在视觉偏差问题；第二，传统对孔阶段信息多层传递信息路线为：观测者-地面指挥-吊车司机，交互信息层数过多；第三，地面指挥获得原始观测者站位、观测信息后，需进行综合与抽象分析，估算出顶盖移动或旋转的位移；第四，传统对孔阶段，池下观测者受辐射累计剂量较高。

三、技术装置设计思路

(一)监控设备取代人工观测。提升阶段前，监控设备被放置于三根导向柱上穿螺栓孔(下简称：观测孔)的相邻孔位，通过监控设备部件机械悬臂的作用，将监控设备部件视频摄像机移动到观测孔位正上方，为地面指挥提供三个俯视向下近距离观测螺栓孔与导向柱位置关系的第二视角。地面指挥通过监控设备实时获得螺栓孔和导向柱之间位置关系，向吊车司机发出移动或旋转容器顶盖的控制指令。

(二)提供辅助参考坐标系。在观测设备视频软件中标注出代表螺栓孔中心的电子分划板，当三根导向柱中心点同时落入三个电子分划板某个区域内时，即表示导向柱对孔成功。

(三)提供对孔阶段导向柱柱头与容器顶盖下表面的安全距离。在监控设备上配备激光测距功能，实时计算并显示容器顶盖法兰盘与导向柱顶部之间距离，确定对孔阶段的安全距离。

(四)提供无线遥控遥调功能。对孔阶段中，地面指挥通过观测设备控制面板调整摄像机变焦或调整光圈；对孔阶段后，通过观测设备控制面板监控摄像机移位，避让导向柱向上穿越轨迹。

四、技术装置总体设计

技术装置由组网通信设备、监控设备、观测设备三个部分组成。

(一)组网通信设备。搭建无线组网环境，实现核岛内吊装现场监控设备和观测设备之间的双向无线通信。

(二)监控设备。向地面指挥提供近距离观测螺栓孔与导向柱的水平坐标系下两者位置关系的视频图像，辅助地面指挥做出容器顶盖移位或旋转的快速判断。

(三)观测设备。由4台平板电脑设备组成，其上安装有视频监控软件，主要实现：一是1#，29#，43#孔位的三路视频图像呈现；二是三路顶盖法兰盘下表面到导向柱柱头的测距数据(信息叠加在视频图像上)；三是控制部件机械转动、摄像机变焦等控制操作面板；四是容器顶盖扣盖全过程视频录像存储；五是提示距离告警信息。

五、技术装置关键技术点设计

(一)无线宽带网络设计。单路视频图像在观测设备上呈现1,080p画质图像，传输时需占用4～6Mbps无线数据带宽[2]，四台观测设备同时开启三路视频后，整个无线网络需提供48～72Mbps无线数据带宽容量。选择单频2.4GHzAP不能满足现场需求；若选择单频5.8GHzAP作为数据传输中枢，带宽虽能满足业务需要，但此波长的无线信号绕射能力又较差，在实际业务应用中可能会出现瞬间障碍物遮挡，导致网络中断、视频中断的问题[3]。

方案最终采用两块双频AP解决方案，化解现场无线网络设计难题。监控设备接入组网通信设备的2.4GHz无线频段；观测设备无线接入组网通信设备的5.8GHz无线频段，同板块内两个频段无线网络在AP内进行数据交换，不同板卡间的数据交换通过千兆网络交换机来完成。

(二)监控设备安装点选定。技术装置设计之初，监控设备安装位置选择在容器顶盖吊具环轨上[4]。考虑到以下问题：第一，监控设备自身重量(>5kg)，要实现吊具环轨位置安装、拆卸风险性较高，增加高空坠物风险，消耗时间较长，可能会占用大修工作的主线时间，导致业务节点所需时间增加；第二，监控设备安装后不便于安装后的标定和校准；第三，吊具环轨上挂载的电葫芦可能会遮挡观测视角。另外，为避免和规避上述问题及风险，方案最终确定监控设备在观察孔旁安装。

六、现场调试现场

技术装置经过两次大修期间的技术实验和测试，实验效果良好，达到替代人工观测作业的效果。设备安装和拆卸工作简单易行，大大缩短了容器顶盖扣盖的时间，降低了池底观测者受到的辐射剂量。

七、结语

通过对容器顶盖扣盖对孔阶段业务存在问题和风险分析，对容器顶盖扣盖过程采用的技术改进与科技创新，比较有效地解决核电行业中普遍存在的容器顶盖扣盖的难点和痛点，提高了容器顶盖扣盖效率，降低了责任事故发生的风险，减少在辐射环境下的工作人员。这一技术创新对进一步提升国内核电行业科技创新，做出了有意的探索和尝试。