楊 濤，李青華，簡海林，孫 湞

（國核電站運行服務技術(shù)有限公司，上海 200233）

0 引言

乏燃料水池是核電站用于暫存乏燃料的主要設施，是以不銹鋼材料為主的大型金屬結(jié)構(gòu)，其制造和安裝過程大量采用焊接技術(shù)。這些焊縫在核電站整個運行周期中始終處于帶水和高輻射環(huán)境中，容易發(fā)生局部腐蝕、損傷和破壞，是核電站特種維修領(lǐng)域重點關(guān)注的對象。

由于乏燃料水池處于高放射性區(qū)域，高輻射會對人體造成很大傷害，不利于維修人員直接接近待修部位，在這種條件下進行維修，需利用水對中子和γ 射線的吸收來顯著降低現(xiàn)場輻射強度。早期設計的核電站乏燃料水池與堆內(nèi)構(gòu)件檢查井等設施相通，以便在前者出現(xiàn)泄漏時，將乏燃料暫存于后者，以減少維修過程中人員和設備所承受的輻射劑量。國內(nèi)現(xiàn)有的維修作業(yè)主要采用移除乏燃料、排空水池，人員直接進入水池內(nèi)進行修復。使用該技術(shù)維修準備時間長，人員輻照風險極大。以秦山一廠為例，秦山一期核電廠乏燃料水池進行過焊接修復，但因其設置有兩個乏燃料水池，在進行泄漏維修時，可以將需要維修的水池騰空后，操作人員直接進入乏燃料水池內(nèi)進行修復。然而，包括AP/CAP 和大多數(shù)二代加系列機組的乏燃料水池并不相通，如果出現(xiàn)泄漏，無法進行上述操作，這給維修工作帶來極大的危險性。

1 乏燃料水池簡介

核電乏燃料水池，是一種以不銹鋼作為鋼覆面的大型水池，其采用不銹鋼材料，耐腐蝕性能和耐疲勞性能都良好，因水池面積巨大，鋼覆板通過一塊一塊的方板，焊接搭接而成，焊縫搭接如圖1 所示。

圖1 焊縫搭接示意

早期的核電堆型，如M310，VVER 等，采用的是316L 不銹鋼，不銹鋼厚度為5 mm，該種不銹鋼，在運行一定周期后，發(fā)現(xiàn)水池焊縫出現(xiàn)不同程度的泄漏情況。因此，在新建的核電堆型，已開始使用新的不銹鋼材料，如AP1000 核電機組采用的則是S32101 雙相不銹鋼，同時，為了避免水池泄漏，不銹鋼板厚度增加到了12.7 mm。但因剛覆面是焊接而成，受焊縫質(zhì)量、服役環(huán)境、服役周期的影響，實際運行過程中，依然出現(xiàn)了泄漏。

2 國內(nèi)外泄漏現(xiàn)狀

因乏燃料水池的焊縫，在核電站整個運行周期中，始終處于帶水和高輻射的環(huán)境中，容易發(fā)生局部腐蝕、損壞，腐蝕損壞的焊縫如圖2 所示。

圖2 腐蝕損壞的焊縫

近年來，越來越多的乏燃料水池或類乏燃料水池的剛結(jié)構(gòu)水池發(fā)生了泄漏，國內(nèi)外核電機組泄漏案例見表1。

表1 國內(nèi)外核電機組泄漏案例

尤其巴基斯坦核電，因乏燃料水池泄漏嚴重，且無有效的技術(shù)方案解決，給運行帶來相當?shù)陌踩[患。

3 國內(nèi)外公司研究現(xiàn)狀

針對乏燃料水池底板的維修，國內(nèi)外公司都展開大量的技術(shù)研究，主要研究工作都圍繞焊接穩(wěn)定性較高的氬弧焊和激光焊接所展開[5]。其中，日本日立和石川化成重工業(yè)公司，開發(fā)乏燃料水池水下遠程控制維修專機，其核心技術(shù)是在乏燃料水池池邊安裝大型橫梁，以搭載維修專機系統(tǒng)，但存在體積過大，可實施性較差等問題。西屋電氣公司旗下的PCI 公司，則對激光焊接技術(shù)展開深入的研究，采用小型專機局部排空水域的方法，對乏燃料水池底板進行激光焊接修復，但焊接效果不甚理想。歐洲的相關(guān)研究機構(gòu)則采用不同思路，他們采用熱塑性聚合物對漏點進行水下加熱封堵，該方案容易給乏燃料水池帶來異物，同時熱塑性聚合物在輻射的水環(huán)境下，使用壽命也存在考驗。

國內(nèi)方面，在乏燃料水池泄漏方面也展開研究。其中，國核電站運行服務技術(shù)有限公司開發(fā)的水下固定氣罩覆板氬弧焊接維修系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對水池底板的水下補板焊接修復；上海核工程研究設計院則研發(fā)水下激光焊接技術(shù)，采用移動氣罩排水的方式，排空水域進行水下焊接。

4 未來維修技術(shù)發(fā)展趨勢

因燃料水池高輻射環(huán)境的特殊性，其內(nèi)部還安裝有存放乏燃料組件的格架，當出現(xiàn)缺陷需要修復時，一方面會面臨高輻射人員難以達到的情況，另一方面水難以排空，且隨著服役周期的增加，燃料棒組件[6]的挪移也越來越困難。因此，國內(nèi)外對乏燃料水池維修的研究，尤其是焊接修復專機系統(tǒng)的開發(fā)，越來越向小型化、遠程化、自動化方向發(fā)展。

其未來的技術(shù)研究主要會集中在以下4 個方面：

（1）缺陷的精確定位及測量。

（2）缺陷施焊區(qū)域的表面處理及碎屑收集。

（3）水下干式環(huán)境建立的設備開發(fā)。

（4）小型遠程控制焊接維修專機的開發(fā)。

其作業(yè)流程如圖3 所示。

圖3 乏燃料水池焊接修復流程

5 結(jié)束語

當前，國內(nèi)核電產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，不斷有新機組投入建設和運行，乏燃料水池的安全運行是電站安全運行的保障。越來越多的乏燃料水池，面臨著缺陷修復的需求，因此，乏燃料水池水下焊接維修技術(shù)的開發(fā)及應用，一方面能促進國內(nèi)核電維修技術(shù)的發(fā)展，另一方面可以提高核電的安全運行。