华龙一号主设备保温拆装数字化模型研究

中广核苍南核电有限公司 杨军魁 万广千 卫轶君

1 引言

核电厂核岛主设备保温拆装人员面临的高剂量辐射属于行业共性问题。保温拆装数字化模型，通过三维建模仿真模拟拆装步骤及位置，并以模型教学提高作业人员熟练度，减少工作准备及执行时间，降低集体剂量。

2 压力容器保温简介

华龙一号压力容器保温为全不锈钢材料制作的金属反射型保温层。正常运行工况下，压力容器保温层的功能是减少反应堆热损失，降低环境温度，降低压力容器内外壁面温差，保障反应堆的安全运行。容器保温层与堆坑壁面之间应形成冷却风流动通道，以便堆坑冷却风带走通过保温层丧失的热量。在堆芯熔化的严重事故工况下，作为堆腔注水系统重要组成部分，保温层应能维持结构完整并与压力容器外表面形成一个特定的环腔，堆腔冷却水从筒体保温底部进入该环腔并冷却压力容器，产生的汽水混合物从压力容器接管保温的排气口排出，从而实现堆芯余热的导出，保持反应堆压力容器的完整性。保温层设置在压力容器外侧，包容了整个压力容器。

3 压力容器保温拆装数字化建模可行性分析

查询设计文件可以发现，压力容器保温在出厂时，每一块都对应一个独立的编码，且有实体编码标牌。这意味着每一块保温都有唯一的“身份证”，且保温块安装顺序已经设计固定，具备关联性，这就为保温拆装数字化模型建立提供了前提条件。同时，在压力容器安装时，设定了水平方向的0°方位，顺时针呈360°，结合高度参数形成了完整的三维坐标系。在该坐标系中，所有的保温块都拥有独立的坐标。根据设计文件或现场三维扫描，将所有的保温块与坐标相关联，并将保温块拆装顺序和步骤等信息加入模型中。当检修点或检修区域坐标确定后，与坐标关联的保温块将全部确定，通过三维仿真生成拆装模拟视频。

4 压力容器保温模型建立

接管段是压力容器在役检查的重点，采用可拆卸保温，因而以接管段模拟保温拆卸。运用三维建模软件如Solidworks 构建零件模型，建立装配零件体，将装配好的模型导入Pixyz 软件进行轻量化处理。为了更好地说明模型建立的思路和方法，仿真过程简述如下。

一是向自主引擎编辑器中导入轻量化处理后的模型、设备外观材质图片、解说词语音条等文件，添加3D 环境背景，使三维动态交互效果更加完整和真实。二是调用编辑器的材质库以及提前导入的材质属性，进行渲染，确保后期设备结构模块、维修场景模块能够清晰地展示设备结构。三是利用3D 编辑软件或动画制作工具，对每个动画片段进行制作，使之展示保温层拆装过程的各个环节。在每个动画片段中添加解说词语音条，用于引导用户理解和学习操作。

5 压力容器保温拆装数字化模型研究

在压力容器保温模型建立后，即可针对具体的坐标点进行拆装模拟研究。本文针对压力容器假设的在役检查点接管段（管嘴）处进行保温拆装模拟。

“华龙一号”压力容器上部共有6个管嘴，水平大约分布在其25°、95°、145°、215°、265°、335°六个方位。假设215°管嘴处某在役检查点坐标提取为（2620，232，5690），对应保温块编码为020602RS-06，其前置关联保温块有0206NM-25、0206NM-26、0206NM-13、0206NM-14、0206NM-46、0206NM-40、0206NM-34、0206NM-54、020603RS-09、020603RS-11。保温块的安装具有固定的顺序。为了顺利拆卸保温块020602RS-06，需要先反向拆卸其前置关联的保温块。在模型研究中，通过设计的保温块安装逻辑顺序，反向模拟拆除具体步骤及效果如图1～图11所示。

图1 0206NM-25拆卸前、后

图2 0206NM-26拆卸前、后

图3 0206NM-13拆卸前、后

图4 0206NM-14拆卸前、后

图5 0206NM-46拆卸前、后

图6 0206NM-40拆卸前、后

图7 0206NM-34拆卸前、后

图8 0206NM-54拆卸前、后

图9 020603RS-09拆卸前、后

图10 020603RS-11拆卸前、后

图11 020602RS-06拆卸前、后

最终，完成该假设在役检查点坐标（2620，232，5690）对应的保温块020602RS-06的拆卸。保温块回装作业过程为逆序开展。

6 结语

本研究中的模型建立方法和保温拆卸模拟可以推广至各类设备，尤其针对不可达区域或环境复杂、高风险区域的保温拆装工作。通过模型模拟，可以帮助作业人员在远离工作现场的条件下熟悉掌握工作内容、各保温块位置及拆卸步骤。即便对无经验作业人员也能够进行充分的工作准备和安全技术交底，提高作业人员工作效率，降低作业风险。同时，针对高辐射剂量工作区域，不仅避免了工作准备过程中的辐射剂量，高效率的拆装也能够有效降低作业时间，降低作业班组集体剂量，对保护人员健康具有极高的价值和意义。