​如何拆卸反应堆压力容器

所有核设施最终都会退役并拆除。在开始现场工作之前，可以通过开发全尺寸实体模型来模拟拆除核电站中大型部件(如反应堆压力容器)的复杂任务。

1、实物模型测试

反应堆现场的预分割和后分割区域

所有核设施都将退役，也必须要准备拆除工作。

除了法律规定的最长运营期外，退役的其他原因可能有政治决策或经济驱动因素。

在拆除核设施时，必须考虑技术和法规条件，遵守相关立法中规定的安全目标。在德国，就有相关的《辐射防护条例》和《辐射防护法》。

为了在退役期间尽可能经济高效地工作，必须注意产生的二次废物的类型和数量，以及所选技术的可靠性、所用工具的复杂性和相关的维护成本。

因此，理想情况下，在将机器和工具用于核电站之前，先在测试设施中进行测试。

这种在大型部件全尺寸模型上进行的测试被称为实物模型。

由于在核设施的实际拆卸工作中进行维修可能有风险，甚至是不可能进行的，因此所有必要的工作步骤都首先在模拟设施中进行测试，类似于彩排。

实物模型测试有助于验证功能，也可以支持不同流程的优化。

一个没有辐射相关风险的测试设施可以简化优化的实施。在模型上对设备进行细致的测试，也可以消除任何初始薄弱环节，并在设备到达反应堆现场之前确定最佳工艺参数。

这样可以最大限度地降低项目延误的风险，也意味着它能够更好地处理拆除活动的紧迫期限。

拆卸过程详细设计的核心要求包括，操作员提供的重量信息和放射性数据，以及批准的包装概念。

RPV实物

可以利用开发过程模型优势的一个领域是大型反应堆部件的退役，如反应堆压力容器(RPV)。

这样的元件通常是笨重的，并且不能作为单个部件移除。

此外，RPV携带严重的放射性危害。因此，他们保证开发一个全尺寸的实体模型，以便在现场工作开始前详细探索工作流程。

2、拆卸RPV

RPV中的钻孔装置

RPV及其外围部件的拆卸通常按顺序进行。

拆卸过程本身分为两个主要的子过程，称为预分割和后分割。

这种划分能够实现并行工作，因此能够更有效地全面执行任务。

预分割用于描述拆卸任务，这些任务是在部件仍处于原始装配状态时执行的。

专门为分割任务设计水池，已放入RPV(图片：Javys)

相反，后分割包括所有切割过程，这些切割过程产生的分段大小适合于将要储存的容器。

这些任务在单独的沉箱中进行，在预分割中切割的大块将被运输到沉箱中进行进一步的工作。

使用带锯设备将压力容器逐渐切割成段(图片：Javys)

组件的前分割和后分割总是在不同的地方中进行。该程序减少了拆卸时间和相关人员成本，以及维护剩余操作的成本。

对实体模型设施中的设备进行彻底检查，可以确保，当设备用于实际的现场拆卸活动时，它已经没有任何初始缺陷，并确定了最佳工艺参数。

这使得可以通过最大限度地减少延误风险来遵守严格的拆卸时间表。

RPV和外围部件的拆卸通常分为三个主要阶段：

RPV盖的碎片;

RPV裙板的碎片，包括连接管道、控制棒驱动外壳管(CRD外壳管)和RPV小圆顶(RPV的球形底部)的分离;

拆除隔热层。

拆卸过程从RPV环段在其安装位置(原位)的预分割/切割开始。

随后拆除RPV环段，然后将其放入适合放射性衰变的包装中，或最终储存在客户提供的容器中。

3、初始状态与最终状态

德国Uniper Anlagenservice GmbH公司成为第一家在一年内同时完成两个RPV拆卸、分割和包装的公司。2021年12月，该公司成功完成了瑞典巴舍拜克核电站1号机组和德国Neckarwesteim核电站1号机组的拆卸工作。

对于所有正在退役的核电站，初始状态假设如下：

RPV内部构件已被完全移除并从反应堆厂房中取出;

RPV已被净化;

包括RPV在内的所有系统均已排空且无残留物;

RPV盖被放置在RPV法兰上或已经被拆卸;

RPV的出口管道(给水、主蒸汽、反应堆水净化系统等)是分离和密封的;

CRD外壳管已完全拆除并运走;

屏蔽条已被拆除和拆卸;

诸如装载盖之类的其他盖已经被移除和拆卸;

反应堆厂房操作层上的储存区域是可自由进入的;

反应堆厂房起重机已准备好运行;

加油机处于停车位置(如有必要，应拆卸加油机);

单个工作区域，如反应堆厂房操作层和CRD外壳管，在其初始状态(放射性污染、石棉污染等)下进行记录，并移交给客户。

机器人切割RPV(图源：Uniper)

RPV拆除和包装后，RPV和反应堆厂房处于如下最终状态：

根据批准的处置方法，将RPV部件从其安装位置移除、拆卸并移交给客户，

将承包商的设备，以及承包商使用的任何机器和装置从拆卸区域移除(间隙测量和释放由客户进行;未清理的材料作为放射性废物移交给客户)，

承包商为通风目的创建的任何附件或密封件已被承包商拆除并处理，

废物容器和相关文件已经移交，

不需要最终处理包装的其他部件，已根据现有要求进行包装并移交给客户，

根据客户的要求，承包商通过栏杆隔离由此产生的空置区域(尤其是反应堆腔)。在施工阶段，还应根据相关安全规定对栏杆进行固定。

与工作区域相关的任何其他要求和保障措施，都由客户相应地制定和执行。

在控制室中监控切割过程

预分割

根据预分割设计和相关切割计划，使用以下工作步骤拆除RPV：

水池密封的分段

分段是通过等离子切割系统和/或角磨机、锯或类似工具进行的。

拆除每个环段的绝缘层

在预分段阶段，使用屏蔽工作笼和所需的电杆工具(操作杆)现场手动拆除绝缘。

拆除的隔热砖和金属结构在单独的位置再次分段，并分配到适当的处理路线，或以可装入指定容器的方式进行包装。

火焰切割起始孔标记

要进行热切割，首先需要钻出起始孔。在标记模块的帮助下标记起始孔的位置，该标记模块由提升梁的臂引导。

钻起始孔

带有标记模块的提升梁，用于标记起始孔位置。

起始孔由专门开发的钻孔设备钻孔。钻孔装置从内部移动到外部。该过程是远程进行的，并在控制室进行控制和监控。

切割环段

工作平台

工具平台(也称为“工作平台”)通过提升梁和反应堆厂房起重机定位在RPV环上，并使用火焰切割方法切割提升孔。

在最终的水平分离切割后，提升梁使用这些装置来提升RPV环段。

为此，刀具平台承载用于切割系统的引导系统，该引导系统用于远程执行圆周分离切割。

RPV从上到下一段接一段地预先分段。该工具平台还用于提取分离切割过程中产生的烟雾。

取出环段和小圆顶

通过提升梁移除切割件

最终切割后，将工具平台移除并放置在存储位置。然后在提升梁的帮助下提升环形段，并将其放置在预分割区域的清洁位置。对RPV环段的外部进行清洁，以去除任何可能的残留物。

在预分割区域内，RPV的拆卸活动随着卡座的拆除以及支撑框架和剩余控制驱动部件的后续拆除而完成。

在后分割区域中，进行RPV环的后分割成适合于封装的分段。

4、后分割

RPV小圆顶到分割后区域的运输。

分离的环段放置在反应堆厂房操作层或反应堆水池底部。分割后区域的位置主要取决于现场的可能性和条件以及由此产生的空间条件。

反应堆厂房起重机用于将RPV的切割环段运输至后分割区域。

预分段设计确保RPV节段的最大重量，特别是RPV小圆顶的最大重量不超过反应堆厂房起重机的允许运行负载能力。

在后分割区域，开始将后分割为适合打包的较小片段。同时，开始了切割RPV下一个环段的准备工作。

分割设备包括一个旋转切割台和一个带有氧乙炔炬的切割机器人。

包装被放入客户提供的包装容器中。与预分割的情况一样，在后分割区域的切割是通过热切割技术远程进行的。

在大型部件的传统拆卸中，热切割工艺是一种行之有效的切割技术。

在核设施中，通过局部抽气系统和具有定向气流通风和过滤的操作外壳来防止切割烟雾造成的污染扩散。排气过滤器系统用于防止有害物质的扩散。

作为拆除过程的一部分，在后分割区域和反应堆腔附近都采取了定期的污染预防和清洁措施。

这些措施包括通过烟雾提取器提取，过滤烟雾微小颗粒，以及在技术可行的情况下，通过收集漏斗捕获接近形成的矿渣颗粒。

此外，在每次分割活动之后，都会对受影响的区域进行清洁。分割后，再次清洁所有受影响的区域，以去除污染物。

尽管拆除设备事先在模型设施中进行了广泛的测试，但在现场进行了改进。

5、经验学习

第一段已切除，切割整个RPV花了14个月的时间(图源：Javys)

NUKEM Technologies在过去24个月内成功拆卸和包装了两台完整的RPV。

第三个RPV的第一个环已被切除并临时存放，以便进一步拆卸。该设备目前正被转移到另一个地点，这个地点计划在未来几个月内拆除另外两个压力容器。

尽管这些反应堆并不相同，但不同的项目团队之间会定期交流，以分享研究结果。

通过以往项目的经验，可以减少拆卸时间并降低相关成本。

目标是节省成本和时间，并提高工作的整体质量。在项目中，施工现场和工程部门也在经验教训会议上交流经验，以便尽早在规划和设计阶段将这些发现纳入后续项目。

此外，由于现场使用了拆卸设备，因此进行了进一步的修改和改进。

即使在大规模的实体模型测试阶段，也总是有一些问题未被发现。其中一个原因是很难在现场实现相同的条件复制。设备还必须适应现场的结构条件，这通常与可用的设计文件不同。

因此，找到了切实可行的解决方案，确保在以下反应堆拆卸项目的拆卸过程中，工艺的安全性大大提高，并缩短了操作时间。

例如，第二个RPV的拆卸时间可以减半至六个月，再加上设备的组装和拆卸。

由于施工现场的人员成本较低，切割时间的减少带来了显著的成本节约。

此外，由于反应堆厂房可以提前空出来，用于进一步的活动，因此客户可以根据具体情况从更短的拆卸时间中获得收益。