（台山核电合营有限公司施工分部广东省台山市）
摘要：首先对核电站控制棒驱动机构与功能作简单介绍，着重从安装逻辑及技术要求入手，对EPR项目的控制棒驱动机构安装过程进行了系统的描述，同时分析了EPR与CPR1000控制棒驱动机构安装的差异。本文的目的是为EPR控制棒驱动机构安装，提供更多的借鉴经验，供后续项目实施参考。
关键字：台山；控制棒驱动机构；安装；
TheErectionofControlRodDriveMechanism
LINLIN
（TNPJVCTPS/PSNGuangdongTaishan）
【Abstract】:APresentationofControlRodDriveMechanism(CRDM)ofnuclearpowerplantgenerationⅢhasbeengave,andthenanalyzetheCRDMinstallationfromdifferentanglessuchaserectionlogic,technicalmanagement,schedulecontrol.Atthesametime,AnalyzethedifferencebetweenEPRandCPR1000CRDMinstallation,inordertogivesomeerectiontechnicalsuggesttotheotherEPRproject.
【Keywords】:Taishan;CRDM;Erection;
前言
控制棒驱动机构（CRDM）作为压力容器顶盖安装的重要组成设备，技术含量大，装配精度要求高，控制棒驱动机构的安装质量、进度将影响压力容器顶盖设备安装进展，直接关系到冷试、热试的顺利进行。但EPR第三代核电控制棒驱动机构安装，国内尚无施工经验。鉴于上述情况，本文开展了对控制棒驱动机构安装的研究工作。
本文在研究ANP相关设计技术资料并借鉴OL3项目相关经验反馈的基础上，分析了EPR控制棒驱动机构安装施工的技术难点、重点，在“质量第一、安全第一”的原则下，指导控制棒驱动机构的安装。为后续的EPR机型控制棒驱动机构的安装施工提供参考和指导，以期达到可以独立自主完成EPR控制棒驱动机构安装的要求。
图1CRDM安装后示意图
1、控制棒驱动机构简介
控制棒驱动机构（CRDM）是一种竖直方向上步进式的磁力提升机构。它按照指令带动控制棒组件在堆芯内上下运动，保持在指令高度或断电释放控制棒组件使其在重力作用下快速插入堆芯，完成反应堆的启动、调节功率、保持功率、正常停堆和事故停堆等功能。每个控制棒组件都由单独的控制棒驱动机构操作，因此共有89个驱动机构，它们都位于压力容器上方。
控制棒驱动机构由钩爪部件、驱动杆、耐压壳、线圈组件、限位装置等几部分组成。控制棒驱动机构的额定行程是416步，可提升步数位416步，每步10mm。控制棒提出和插入的最高速度75cm/min。
在失去电源时（例如紧急停堆），控制棒靠重力落入堆芯。控制棒从最高位置自由下落到最低位置（包括缓冲段）的时间最长为3.5s，下落至缓冲段允许的最长时间为2.5s。
2、CRDM的各个组成部件
图2CRDM各组件示意图
2.1耐压壳：
耐压壳与压力容器顶盖接管座的连接采用法兰方式，属于一回路反应堆冷却系统的边界。法兰连接采用10个缩颈螺栓及一个松法兰。依据2个金属锥形垫圈与接管座的结合，从而实现紧固与密封性。通过真空试验，最终验证密封性能。这种安装方式由于拆卸方便，可以最大限度的在辐照环境下减少运行维修时的拆卸时间。松法兰和耐压壳法兰是独立两部分，采用这种设计使得采购、制造和操作其各个部件更加容易。
耐压壳的设计功能如下：
图3耐压壳组成示意图
-压力边界
耐压壳是反应堆冷却系统承压边界的一部分，因此它需要承受一回路的压力。除此之外，耐压壳还是放射泄露防护的第二道边界。为确保反应堆压力边界的完整性，耐压壳在预热排除上也发挥一定的作用。
-余下CRDM部件的支撑
控制棒驱动机构的钩爪部件安装在耐压壳内部；驱动轴在其内部运动；
线圈组件安装于其外部；限位装置安装在其上部。耐压壳由奥氏体、马氏体不锈钢焊接而成
2.2钩爪部件
钩爪部件安装于耐压壳内部，直接与一回路冷却水接触。它在线圈组件的磁力驱动下产生提升、下降等动作。
钩爪部件的主要的设计功能如下：
-控制堆芯的功率
控制棒通过钩爪组件的提升、下降控制来维持、调节功率。
-停堆
为防止意外危险发生，控制棒机构需要整体进入堆芯。控制棒连同驱动轴在钩爪部件的释放下完成动作。
图4钩爪部件组成示意图
钩爪部件由奥氏体、马氏体不锈钢制造而成。其表面涂以钴增强硬度。为减少磨损，滑动部分表面镀铬处理。
2.3驱动轴
驱动轴安装于耐压壳内部，直接与一回路冷却水接触。驱动轴与控制棒组件相连接，并在钩爪部件的控制作用下运动。此外，连同线圈组件部分机构一起，共同构成了棒位探测器。
驱动轴的主要的设计功能如下：
-维持堆芯功率
驱动轴直接与控制棒组件相连，在其共同作用下来维持、调节反应堆堆芯功率。
-停堆
为了紧急停堆，落棒时间需要有严格规定控制。正是通过驱动杆的重量的影响，落棒时间才得以确保在可控范围内。驱动轴主要由马氏体不锈钢制造而成。其中一些部件镀铬以减少磨损。
图5驱动轴示意图
2.4线圈组件
线圈组件安装于耐压壳外部，共由运行线圈组件、棒位指示器和钢外壳组成。
线圈组件的主要设计功能如下：
-维持堆芯功率
运行线圈组件为钩爪部件提供动力。
-调节堆芯功率
钩爪部件通过线圈组件的控制指令实现控制棒的提升、下降功能，从而实现对堆芯功率的调节。
-停堆功能
线圈组件通过操控钩爪部件，从而进一步完成释放控制棒停堆这一动作。线圈组件的钢外壳作为棒位指示器的保护壳。此外，钢外壳还具有冷却、消除棒位指示器的热井效应的功能。
线圈组件由多种材质制造而成。运行线圈组件的线圈因为其电磁特性，需要由低合金的普通钢制造。其他部分是由奥氏体不锈钢制造。线圈的材质为铜线。
图6线圈组件示意图
2.5限位装置
限位装置紧旋于耐压壳上部。其主要设计功能为：
外部影响下，耐压壳的顶部可能会有较大位移。为防止与周边其他控制棒驱动机构碰撞，限位装置在抗震加强环上的抗震块约束下实现位移限制功能。限位器由奥氏体不锈钢制成，镍合金基底。
图7限位装置示意图
3、CRDM的主要参数
3.1主要运行参数
-设计压力176bar
-设计温度351℃
-正常运行压力155bar
-正常运行温度≤250℃
3.2主要尺寸
-长度5185mm（耐压壳）+250mm（限位器）
-内径135.7mm(钩爪部件)
43to43.45mm(棒位指示器)
-壁厚13.7mm（钩爪部件下部）7.7mm（钩爪部件上部）6mm（棒位指示器部分）
3.3主要重量
-CRDM456.2kg
-耐压壳94.7kg
-钩爪部件52.8kg
-驱动轴50.4kg
-线圈组件255.7kg
-限位装置2.6kg
4、CRDM安装工作
4.1工作前提：
-CRDM安装构架已安装；
-顶盖就位到存放架上，热电偶导管、
图8CRDM安装构架示意图
排气管、CRDM泄漏管、固定保温层已安装完成；
-热套管安装时建立Ⅱ级工作区，耐压壳安装时建立Ⅰ级工作区；
-设备引入通道畅通，翻转区域足够大。
4.2安装逻辑顺序：
图9CRDM安装逻辑顺序图
4.3主要部件的安装步骤
4.3.1CRDM接管座保护罩移除并清洁
图10CRDM接管座保护罩
因CRDM接管座与耐压壳接触，属于重要端面，因此安装耐压壳前应使用专用塑料防护盖加以防护。
4.3.2热套管安装
隔热套管共89根，分为两种：第一种隔热套管外侧管壁上有3个凸台，共45根，第二种隔热套管外侧管壁上有6个小凸台，共44根。隔热套管长度为1536.84mm，外径为Φ70mm，导向锥部分直径为Φ220mm。
图11热套管安装示意图
4.3.3耐压壳安装
耐压壳每一根重约150kg，长5185mm，最大直径259.5mm，单个格架装满耐压壳4.9t，每个格架装满耐压壳共12根，一个包装箱里面含两个格架。通过塔架的吊装，耐压壳具备了正式安装条件。
图12耐压壳格架翻转示意图
耐压壳安装前，首先要在接管座端面装配Conoseal密封垫圈。Conoseal密封环要求厚度均匀、棱角清晰、无变形、无损伤，清洁度符合要求。在安装完导向螺栓后，调整耐压壳的位置，小心的将耐压壳就位到CRDM接管座上。拆除导向柱并安装剩余M27螺栓。检查并记录CRDM接管座顶面与螺栓顶部之间的距离，要求值为6mm。
图13Conseal密封圈
若测量值过大，则取出螺栓，检查螺纹及螺纹孔的清洁情况，必要时用威第尔清洁，并检查螺纹尺寸，安装前需再在螺纹处重新涂上MolykoteP37型润滑油。若测量值过小，则拆除螺栓并检查螺纹规格。在缩颈螺栓上安装M27的螺母，手动紧固。检查耐压壳与其接管座之间的间隙是否均匀。用整体螺栓拉伸机拉伸10个M27螺栓，拉伸力85KN；通过测量螺栓的伸长量来检查M27螺栓的拉伸力。
图14CRDM螺栓拉伸过程
在耐压壳安装完成后，需进行真空试验对耐压壳和接管座之间的密封性能进行测试。拆除水阀，在试验接管座上连接真空试验仪器，紧固至（25±2）N.m。
真空试验要求为：
-试验压力：<10mbra
-试验时间：5min
-允许压升值：≤X（X为真空试验自检所得实际压升加上0.8mbar）
泄漏率：
4.3.4线圈组件的安装
线圈组件重约260k。安装前的开箱检查包括：
-外观检查，检查线圈组件表面清洁度及外观。
-线圈组件及棒位探测器的震动指示器示数。
-对线圈组件顶部两个O环进行目视检查。
线圈组件具备安装条件后，提升线圈组件及棒位探测器并移动到相应耐压壳正上方，检查线圈组件与耐压壳的标识是否匹配，缓慢下降线圈组件及棒位探测器直至线圈组件部件与耐压壳法兰接触。注意此过程中线圈组件及棒位探测器内壁不能碰撞耐压壳外壳，以保证线圈组件及棒位探测器顺利的通过耐压壳，需使用测力计监控安装过程中耐压壳与线圈组件间的摩擦力，吊装过程中测力计的读数不能低于2300N。调整线圈组件及棒位探测器方向并定位，线圈组件的盖板应指向压力容器90°或270°轴线方向。动力接头指向动力电缆托盘，仪控接头指向仪控电缆托盘。
驱动线圈及位置探测线圈进行定位，然后进行电气性能检查。每检查完一组线圈绝缘后都要对线圈进行放电，然后才能进行下一组线圈的绝缘检查。
4.3.5安装限位装置
-拆除耐压壳上的导向锥。
-在其螺纹上涂上MolykoteP37。
-旋入耐压壳顶部的M20的螺栓孔中，通过顶部的内六角孔手动紧固。
5、EPR、CPR项目CRDM对比分析：
5.1耐压壳连接方式
根据外部经验反馈，CRDM的Canopy焊缝发生泄漏的概率不低，目前所知曾经发生过CRDMCanopy密封焊缝泄漏的核电机组的国家有法国、美国、比利时、瑞典、英国等。根据EDF的经验反馈，EDF共有4次CRDM焊缝泄漏事件报道。其中出现在PALUEL3和GOLFECH1电厂的2次上部密封焊缝泄漏一次发生在母材，一次发生在焊缝本身。美国核电机组的CRDM中、下部焊缝及焊缝热影响区曾出现过多次贯穿泄漏。岭澳一期大修期间，曾发现部分CRDM的焊缝存在不同程度缺陷，有的甚至已经泄漏。
图15CRDM螺栓拉伸机
CRDM焊缝的泄漏将对机组正常运行造成巨大影响。此外，由于辐射剂量问题，在该区域的进行长时间的维修、更换工作，无疑会对人体造成巨大伤害。
EPR的CRDM栓接设计方式基于德国KONVOI核电站。这种连接方式的优势在于：
-更短的更换时间
-更低的功耗
图16CRDM螺栓拉伸机拉伸部件
-德国之前已有的35年运行维护经验
5.2泄漏测试系统
EPR项目的CRDM增加了泄漏测试系统（TightnessTestingSystem）。泄漏测试系统包括89根独立的管线，每根管线又由以下部分组成
-RT接头（与CRDM接管座相连）
-不锈钢管
-膨胀水阀
每根泄露管线的一端同CRDM泄露管接管座相连，另一端连接至一个水箱。这个系统用于检测耐压壳与接管座法兰间的密封性。接管座与耐压壳直接安装有两个锥面的垫圈，该垫圈的应用保证了密封性。安装后通过真空试验仪器来对其密封性进行检测。
图17密封环安装示意图
真空试验仪器由两部分组成：带有真空泵的真空室和带有导管和电缆的控制室，两部分通过一个长约20m，带插头的平软电缆相连接。
图18CRDM密封测试系统示意图
CRDM泄漏管真空试验：
-试验压力：<10mbar
-试验时间：5min
-压力变化允许值：≤X（X为真空试验自检所得实际压升加上0.8mbar）
-泄漏率
CRDM耐压壳真空试验要求：
-试验压力：<10mbar
-试验时间：5min
-压力变化允许值：≤X（X为真空试验自检所得实际压升加上0.8mbar）
-
泄漏率的计算方式如下：
泄漏率：
-P为实际压升值
-t为试验持续时间
-
-VG=真空室的容积=286cm3
-VCRDM=Vtest,CRDM+从设备到仪器的容积（Vtest,CRDM=11cm3）
5.3冷却要求
CPR的RRM系统设计用于在耐压壳外面进行强制空气冷却，驱动机构是按在343摄氏度和17.2MPa的水中动作设计的。实际上驱动机构管座处的温度将远低于343摄氏度，因为它处于一个只有有限的冷却剂从堆芯流入的区域。
EPR的CRDM设计无强制空气冷却需求。
结束语
核岛控制棒驱动机构的安装技术与管理涉及到核岛安装管理的各个领域，本文侧重于从安装逻辑及技术的角度对控制棒驱动机构的安装进行剖析，核岛安装管理是一门复杂的工作涉及核电建设的方方面面，还有很多地方需要进一步深入的研究和经验积累。本文基于作者学习CPR控制棒驱动机构安装管理经验总结，并结合芬兰OL3项目的经验反馈，难免有疏漏和不足之处，敬请各位领导、专家不吝指正。
参考文献:
[1]《900MW压水堆核电站系统与设备》原子能出版社
[2]《岭澳核电工程实践与创新》原子能出版社
[3]《CRDMEquipmentOperationandMaintenanceManual》
[4]《EPRCRDMDesignBasis》