摘 要：为了验证反应堆压力容器辐照监督样品盒切取装置的功能、安全性和可靠性，在完全模拟反应堆压力容器参数条件下对该装置进行了全比例综合试验。依据综合试验的结果，对该装置进行了性能优化和改造，并对优化和改造内容通过全比例综合试验再次进行验证。
关键词：反应堆；压力容器；辐照监督样品盒切取装置；全比例综合试验
中图分类号：TL411 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）06-0095-02
目前国际上大多数核电站辐照监督样品盒的布置方式是将其布置在堆芯吊篮外壁的托架上，可采用简单长杆工具将其取出即可。田湾核电站反应堆压力容器辐照监督样品盒的布置方式不同于俄方以往的核电站，也不同于西方的核电站，其辐照监督样品盒安装在反应堆压力容器内壁上，属于世界首创。其优点是在该位置的辐照样品的受照状态能够更加贴近和符合真实的反应堆压力容器的金属状态，其不足是辐照监督样品盒的取出工艺较为复杂，要求切取辐照监督样品时不得损坏反应堆压力容器，过程中产生的所有碎屑都要清除出反应堆压力容器。为此俄罗斯水压机设计院专门设计了一套辐照监督样品盒切取装置，该装置在世界上属于首次设计，未经过试验验证和实际应用。
本研究将辐照监督样品盒切取装置安装至自主设计建造的反应堆压力容器全比例模拟试验平台上，采用全比例综合试验的手段，对反应堆压力容器辐照监督样品盒切取装置进行了功能和可靠性验证，根据试验结果进行了性能优化和改造。
1 反应堆压力容器模拟试验平台
1.1 全比例模拟试验平台
该平台主要由人员操作平台、反应堆压力容器模拟法兰、支撑立柱、模拟水池（内含压力容器模拟筒壁、样品盒模拟金属存放架及样品盒模拟件）、试验平台底座等部件组成。
①人员操作平台。由护栏和底板组成，是辐照样品盒切取装置操作人员的站立平台。
②反应堆压力容器模拟法兰。用于样品盒切取装置的固定，同时也是重要的承重部件，法兰上开有模拟现场反应堆压力容器的螺纹孔，用于反应堆相关工具的固定。
③支撑立柱。试验平台8个支撑立柱是试验平台的重要承重部件，用于在竖直方向上承载压力容器模拟法兰、斜支撑、人员操作平台，模拟法兰上装载的设备和人员等。
④模拟水池。该水池采用不锈钢材质制作，主要用于承装约15 m3的除盐水，用于反应堆类专用工具在水下进行调试和验证。水池内部装有压力容器模拟筒壁、样品盒模拟金属存放架及样品盒模拟件、模拟水池爬梯以及模拟水池进出水管等。其中样品盒模拟金属存放架及样品盒模拟件布置方位、角度、轴线、外观尺寸和材料与现场反应堆压力容器相同。
⑤试验平台底座。用于承载整个试验平台、样品盒切取装置及操作人员的重量。
1.2 试验方法
①将反应堆压力容器辐照监督样品盒切取装置安装到全比例模拟试验平台上，然后进行全比例综合模拟试验。该试验包括干式试验和湿式试验两部分。
干式试验。是指全比例模拟试验平台上的模拟水池内部没有进行充水情况下进行的试验。试验中主要进行辐照样品盒切取装置中各个设备的机构动作的灵活性、对中定位配合情况的检查，为湿式试验做好充分准备。
湿式试验。是指在全比例模拟试验平台上的模拟水池内部充满水情况下对切割和打磨装置、水下电视系统、水下照明系统、水下碎屑收集系统的功能和可靠性进行的试验。
②试验阶段。将反应堆压力容器辐照监督样品盒切取装置全比例综合模拟试验分成两个阶段：
第一次全比例综合模拟试验（又称演示试验）：主要是对全套装置所有设备进行功能和可靠性验证，根据试验结果，确定优化和改造项目。
第二次全比例综合模拟试验（又称验证试验）：主要进行改造项目的实施，然后对全套装置再次进行整体的功能和可靠性验证。
2 反应堆压力容器辐照监督样品盒切取装置全比
例综合模拟试验
2.1 第一次全比例综合模拟试验（演示实验）
2.1.1 切割设备性能试验
使用切割设备在水下进行多次样品盒模拟盖的切割工作，样品盒盖和样品盒托架成功分离。试验中发现，机械手切割头与样品盒托架对中定位时间过长。在拆除废旧电极时，原切割电极拆除工具使用时，发生操作手柄和夹具变形，无法完成旧电极拆除工作。
2.1.2 打磨设备性能试验
试验中顺利完成了多次进行切割坡口的打磨工作，打磨电极与坡口对中定位良好。使用自带电视系统观察发现：坡口表面较为平整，未发现有微裂纹。打磨电极表面状态良好，没有发现裂纹。试验中发现：切割电流电源装置电缆布置较杂乱，存在短路起火的风险。
2.1.3 碎屑收集装置性能试验
碎屑主要集中在样品盒托架底部、反应堆压力容器底部对应区域。通过电视系统观察后，碎屑收集装置铜制吸嘴能够将辐照监督样品盒存放架底部的碎屑收集干净。试验中发现通过电视系统无法准确地观察到吸嘴的运动位置，吸嘴存在碰撞到样品盒托架底部的风险。
2.1.4 手动抓具的可靠性研究
试验中手动抓具能够配合机械手完成样品盒导入装载筒的工作，未发生手动抓具长杆大幅度弯曲和影响切割头对中定位的情况发生，避免了样品盒跌落入反应堆压力容器内部的风险。
2.1.5 水下电视监控系统可靠性研究
试验中更换了电视系统的电容，重新校核了电视系统的分辨率（设计要求可发现样品盒托架坡口上不小于0.1 mm大小的微裂纹），水下电视监控系统配合切割设备、打磨设备、碎屑收集装置顺利预定的设计功能，过程中显示屏图像清晰、稳定，抗干扰能力良好。
2.1.6 其它与样品盒导出有关的设备验证
服务平台能够顺利安装至全比例模拟试验平台上，移动机构动作平稳，其运行上下和左右限位符合设计要求，样品盒能够顺利导入存放容器内部，电气控制柜和机械手手柄工作情况正常。
2.1.7 研究开发一套操作程序
为减少设备的操作时间和工作人员接受到的辐照剂量水平，根据全比例综合试验情况，编制并生效了《B-428型反应堆辐照和温度监督样品取出程序》。
2.2 第二次全比例综合模拟试验（验证试验）
根据第一次全比例试验的结果，确定了需要优化和改造的项目，并在第二次全比例综合模拟试验前完成了改造项目的实施。随后进行第二次全比例综合模拟试验，具体改造项目和验证试验的效果如下。
2.2.1 重新设计和制作电极夹取工具
重新制作了带有啮合齿的夹具，新电极夹取工具较好的完成了废旧切割电极的拆除工作，未发生工具变形的情况。
2.2.2 重新制作切割电流电源装置盖板
原装置上电缆线布置较为杂乱，容易造成电缆间短路起火。新制作盖板对电缆线进行实体隔离，避免了短路的可能性。
2.2.3 提高机械手对中定位精确度的措施
将机械手头部碎屑挡板上影响机械手对中定位的部分切除。明显缩短了机械手切割头与样品盒托架对中定位操作的时间。
2.2.4 对切割电极盒进行优化改造
在电极盒的白色聚乙烯固定板上重新设计了一道窄的凹槽，既不影响电极移动，同时也方便配合新制作的切割电极夹取工具使用，增加电极夹取工具的拔出力量，试验效果非常明显。
2.2.5 对机械手长杆和切割头之间的挡板进行优化改造
原来挡板处没有开孔，造成机械手从水下吊出来时，机械手长杆的底部空间充满放射性污水，且无法排除。因此对该挡板进行了打孔处理，避免长杆和切割头之间存留放射性水的可能性。
2.2.6 研制新的碎屑收集装置摄像头支撑杆
使用原来设计的摄像头支撑杆，无法准确地观察到吸嘴的运动位置，碎屑收集装置吸嘴定位时间长，且存在吸嘴撞击到样品盒托架的风险。重新设计的摄像头支撑杆与吸嘴的伸展长度保持一致，因此可确保其与吸嘴的运动保持同步。
2.2.7 第二次全比例综合模拟试验效果
经过本次全比例综合模拟试验验证以及相关的优化和改造，反应堆压力容器辐照监督样品盒切取装置能够安全和可靠地在水下实现完成样品盒盖的切割、坡口打磨、样品盒抽取及导入存放存容器、碎屑收集、水下电视摄像及照明等工作。
3 结 论
①经过全比例综合试验中多次切割和打磨的工艺操作，表明切割设备和打磨设备能够顺利完成样品盒盖的切割和样品盒存放架坡口的打磨工作，对反应堆压力容器本体不会产生任何损伤。
②碎屑收集装置能够将切割和打磨过程中产生的碎屑全部清除出反应堆压力容器。因此不会发生未清除干净的碎屑对反应堆压力容器的运行安全产生影响的情况。
③将样品盒从存放架内部导出以及导入存放容器中的工艺操作过程较为安全，不会发生样品盒跌落入反应堆压力容器底部的风险。
④该辐照监督样品盒切取装置中各个设备的功能、安全性和可靠性满足技术规格书的要求，已经具备投入到核电站实际反应堆压力容器内部进行应用的条件。
参考文献：
[1] 张长义，宁广胜，佟振峰，等.国产核电厂反应堆压力容器辐照监督冲击试验[J].中国原子能科学研究院年报，2004，（1）.
作者简介：张建军（1978-），男，内蒙古巴林左旗人，大学本科，研究方向：反应堆检修。