所有核設(shè)施最終都會退役并拆除。在開始現(xiàn)場工作之前，可以通過開發(fā)全尺寸實體模型來模擬拆除核電站中大型部件(如反應(yīng)堆壓力容器)的復(fù)雜任務(wù)。

1、實物模型測試

反應(yīng)堆現(xiàn)場的預(yù)分割和后分割區(qū)域

所有核設(shè)施都將退役，也必須要準(zhǔn)備拆除工作。

除了法律規(guī)定的最長運(yùn)營期外，退役的其他原因可能有政治決策或經(jīng)濟(jì)驅(qū)動因素。

在拆除核設(shè)施時，必須考慮技術(shù)和法規(guī)條件，遵守相關(guān)立法中規(guī)定的安全目標(biāo)。在德國，就有相關(guān)的《輻射防護(hù)條例》和《輻射防護(hù)法》。

為了在退役期間盡可能經(jīng)濟(jì)高效地工作，必須注意產(chǎn)生的二次廢物的類型和數(shù)量，以及所選技術(shù)的可靠性、所用工具的復(fù)雜性和相關(guān)的維護(hù)成本。

因此，理想情況下，在將機(jī)器和工具用于核電站之前，先在測試設(shè)施中進(jìn)行測試。

這種在大型部件全尺寸模型上進(jìn)行的測試被稱為實物模型。

由于在核設(shè)施的實際拆卸工作中進(jìn)行維修可能有風(fēng)險，甚至是不可能進(jìn)行的，因此所有必要的工作步驟都首先在模擬設(shè)施中進(jìn)行測試，類似于彩排。

實物模型測試有助于驗證功能，也可以支持不同流程的優(yōu)化。

一個沒有輻射相關(guān)風(fēng)險的測試設(shè)施可以簡化優(yōu)化的實施。在模型上對設(shè)備進(jìn)行細(xì)致的測試，也可以消除任何初始薄弱環(huán)節(jié)，并在設(shè)備到達(dá)反應(yīng)堆現(xiàn)場之前確定最佳工藝參數(shù)。

這樣可以最大限度地降低項目延誤的風(fēng)險，也意味著它能夠更好地處理拆除活動的緊迫期限。

拆卸過程詳細(xì)設(shè)計的核心要求包括，操作員提供的重量信息和放射性數(shù)據(jù)，以及批準(zhǔn)的包裝概念。

RPV實物

可以利用開發(fā)過程模型優(yōu)勢的一個領(lǐng)域是大型反應(yīng)堆部件的退役，如反應(yīng)堆壓力容器(RPV)。

這樣的元件通常是笨重的，并且不能作為單個部件移除。

此外，RPV攜帶嚴(yán)重的放射性危害。因此，他們保證開發(fā)一個全尺寸的實體模型，以便在現(xiàn)場工作開始前詳細(xì)探索工作流程。

2、拆卸RPV

RPV中的鉆孔裝置

RPV及其外圍部件的拆卸通常按順序進(jìn)行。

拆卸過程本身分為兩個主要的子過程，稱為預(yù)分割和后分割。

這種劃分能夠?qū)崿F(xiàn)并行工作，因此能夠更有效地全面執(zhí)行任務(wù)。

預(yù)分割用于描述拆卸任務(wù)，這些任務(wù)是在部件仍處于原始裝配狀態(tài)時執(zhí)行的。

專門為分割任務(wù)設(shè)計水池，已放入RPV(圖片：Javys)

相反，后分割包括所有切割過程，這些切割過程產(chǎn)生的分段大小適合于將要儲存的容器。

這些任務(wù)在單獨(dú)的沉箱中進(jìn)行，在預(yù)分割中切割的大塊將被運(yùn)輸?shù)匠料渲羞M(jìn)行進(jìn)一步的工作。

使用帶鋸設(shè)備將壓力容器逐漸切割成段(圖片：Javys)

組件的前分割和后分割總是在不同的地方中進(jìn)行。該程序減少了拆卸時間和相關(guān)人員成本，以及維護(hù)剩余操作的成本。

對實體模型設(shè)施中的設(shè)備進(jìn)行徹底檢查，可以確保，當(dāng)設(shè)備用于實際的現(xiàn)場拆卸活動時，它已經(jīng)沒有任何初始缺陷，并確定了最佳工藝參數(shù)。

這使得可以通過最大限度地減少延誤風(fēng)險來遵守嚴(yán)格的拆卸時間表。

RPV和外圍部件的拆卸通常分為三個主要階段：

RPV蓋的碎片;

RPV裙板的碎片，包括連接管道、控制棒驅(qū)動外殼管(CRD外殼管)和RPV小圓頂(RPV的球形底部)的分離;

拆除隔熱層。

拆卸過程從RPV環(huán)段在其安裝位置(原位)的預(yù)分割/切割開始。

隨后拆除RPV環(huán)段，然后將其放入適合放射性衰變的包裝中，或最終儲存在客戶提供的容器中。

3、初始狀態(tài)與最終狀態(tài)

德國Uniper Anlagenservice GmbH公司成為第一家在一年內(nèi)同時完成兩個RPV拆卸、分割和包裝的公司。2021年12月，該公司成功完成了瑞典巴舍拜克核電站1號機(jī)組和德國Neckarwesteim核電站1號機(jī)組的拆卸工作。

對于所有正在退役的核電站，初始狀態(tài)假設(shè)如下：

RPV內(nèi)部構(gòu)件已被完全移除并從反應(yīng)堆廠房中取出;

RPV已被凈化;

包括RPV在內(nèi)的所有系統(tǒng)均已排空且無殘留物;

RPV蓋被放置在RPV法蘭上或已經(jīng)被拆卸;

RPV的出口管道(給水、主蒸汽、反應(yīng)堆水凈化系統(tǒng)等)是分離和密封的;

CRD外殼管已完全拆除并運(yùn)走;

屏蔽條已被拆除和拆卸;

諸如裝載蓋之類的其他蓋已經(jīng)被移除和拆卸;

反應(yīng)堆廠房操作層上的儲存區(qū)域是可自由進(jìn)入的;

反應(yīng)堆廠房起重機(jī)已準(zhǔn)備好運(yùn)行;

加油機(jī)處于停車位置(如有必要，應(yīng)拆卸加油機(jī));

單個工作區(qū)域，如反應(yīng)堆廠房操作層和CRD外殼管，在其初始狀態(tài)(放射性污染、石棉污染等)下進(jìn)行記錄，并移交給客戶。

機(jī)器人切割RPV(圖源：Uniper)

RPV拆除和包裝后，RPV和反應(yīng)堆廠房處于如下最終狀態(tài)：

根據(jù)批準(zhǔn)的處置方法，將RPV部件從其安裝位置移除、拆卸并移交給客戶，

將承包商的設(shè)備，以及承包商使用的任何機(jī)器和裝置從拆卸區(qū)域移除(間隙測量和釋放由客戶進(jìn)行;未清理的材料作為放射性廢物移交給客戶)，

承包商為通風(fēng)目的創(chuàng)建的任何附件或密封件已被承包商拆除并處理，

廢物容器和相關(guān)文件已經(jīng)移交，

不需要最終處理包裝的其他部件，已根據(jù)現(xiàn)有要求進(jìn)行包裝并移交給客戶，

根據(jù)客戶的要求，承包商通過欄桿隔離由此產(chǎn)生的空置區(qū)域(尤其是反應(yīng)堆腔)。在施工階段，還應(yīng)根據(jù)相關(guān)安全規(guī)定對欄桿進(jìn)行固定。

與工作區(qū)域相關(guān)的任何其他要求和保障措施，都由客戶相應(yīng)地制定和執(zhí)行。

在控制室中監(jiān)控切割過程

預(yù)分割

根據(jù)預(yù)分割設(shè)計和相關(guān)切割計劃，使用以下工作步驟拆除RPV：

水池密封的分段

分段是通過等離子切割系統(tǒng)和/或角磨機(jī)、鋸或類似工具進(jìn)行的。

拆除每個環(huán)段的絕緣層

在預(yù)分段階段，使用屏蔽工作籠和所需的電桿工具(操作桿)現(xiàn)場手動拆除絕緣。

拆除的隔熱磚和金屬結(jié)構(gòu)在單獨(dú)的位置再次分段，并分配到適當(dāng)?shù)奶幚砺肪€，或以可裝入指定容器的方式進(jìn)行包裝。

火焰切割起始孔標(biāo)記

要進(jìn)行熱切割，首先需要鉆出起始孔。在標(biāo)記模塊的幫助下標(biāo)記起始孔的位置，該標(biāo)記模塊由提升梁的臂引導(dǎo)。

鉆起始孔

帶有標(biāo)記模塊的提升梁，用于標(biāo)記起始孔位置。

起始孔由專門開發(fā)的鉆孔設(shè)備鉆孔。鉆孔裝置從內(nèi)部移動到外部。該過程是遠(yuǎn)程進(jìn)行的，并在控制室進(jìn)行控制和監(jiān)控。

切割環(huán)段

工作平臺

工具平臺(也稱為“工作平臺”)通過提升梁和反應(yīng)堆廠房起重機(jī)定位在RPV環(huán)上，并使用火焰切割方法切割提升孔。

在最終的水平分離切割后，提升梁使用這些裝置來提升RPV環(huán)段。

為此，刀具平臺承載用于切割系統(tǒng)的引導(dǎo)系統(tǒng)，該引導(dǎo)系統(tǒng)用于遠(yuǎn)程執(zhí)行圓周分離切割。

RPV從上到下一段接一段地預(yù)先分段。該工具平臺還用于提取分離切割過程中產(chǎn)生的煙霧。

取出環(huán)段和小圓頂

通過提升梁移除切割件

最終切割后，將工具平臺移除并放置在存儲位置。然后在提升梁的幫助下提升環(huán)形段，并將其放置在預(yù)分割區(qū)域的清潔位置。對RPV環(huán)段的外部進(jìn)行清潔，以去除任何可能的殘留物。

在預(yù)分割區(qū)域內(nèi)，RPV的拆卸活動隨著卡座的拆除以及支撐框架和剩余控制驅(qū)動部件的后續(xù)拆除而完成。

在后分割區(qū)域中，進(jìn)行RPV環(huán)的后分割成適合于封裝的分段。

4、后分割

RPV小圓頂?shù)椒指詈髤^(qū)域的運(yùn)輸。

分離的環(huán)段放置在反應(yīng)堆廠房操作層或反應(yīng)堆水池底部。分割后區(qū)域的位置主要取決于現(xiàn)場的可能性和條件以及由此產(chǎn)生的空間條件。

反應(yīng)堆廠房起重機(jī)用于將RPV的切割環(huán)段運(yùn)輸至后分割區(qū)域。

預(yù)分段設(shè)計確保RPV節(jié)段的最大重量，特別是RPV小圓頂?shù)淖畲笾亓坎怀^反應(yīng)堆廠房起重機(jī)的允許運(yùn)行負(fù)載能力。

在后分割區(qū)域，開始將后分割為適合打包的較小片段。同時，開始了切割RPV下一個環(huán)段的準(zhǔn)備工作。

分割設(shè)備包括一個旋轉(zhuǎn)切割臺和一個帶有氧乙炔炬的切割機(jī)器人。

包裝被放入客戶提供的包裝容器中。與預(yù)分割的情況一樣，在后分割區(qū)域的切割是通過熱切割技術(shù)遠(yuǎn)程進(jìn)行的。

在大型部件的傳統(tǒng)拆卸中，熱切割工藝是一種行之有效的切割技術(shù)。

在核設(shè)施中，通過局部抽氣系統(tǒng)和具有定向氣流通風(fēng)和過濾的操作外殼來防止切割煙霧造成的污染擴(kuò)散。排氣過濾器系統(tǒng)用于防止有害物質(zhì)的擴(kuò)散。

作為拆除過程的一部分，在后分割區(qū)域和反應(yīng)堆腔附近都采取了定期的污染預(yù)防和清潔措施。

這些措施包括通過煙霧提取器提取，過濾煙霧微小顆粒，以及在技術(shù)可行的情況下，通過收集漏斗捕獲接近形成的礦渣顆粒。

此外，在每次分割活動之后，都會對受影響的區(qū)域進(jìn)行清潔。分割后，再次清潔所有受影響的區(qū)域，以去除污染物。

盡管拆除設(shè)備事先在模型設(shè)施中進(jìn)行了廣泛的測試，但在現(xiàn)場進(jìn)行了改進(jìn)。

5、經(jīng)驗學(xué)習(xí)

第一段已切除，切割整個RPV花了14個月的時間(圖源：Javys)

NUKEM Technologies在過去24個月內(nèi)成功拆卸和包裝了兩臺完整的RPV。

第三個RPV的第一個環(huán)已被切除并臨時存放，以便進(jìn)一步拆卸。該設(shè)備目前正被轉(zhuǎn)移到另一個地點(diǎn)，這個地點(diǎn)計劃在未來幾個月內(nèi)拆除另外兩個壓力容器。

盡管這些反應(yīng)堆并不相同，但不同的項目團(tuán)隊之間會定期交流，以分享研究結(jié)果。

通過以往項目的經(jīng)驗，可以減少拆卸時間并降低相關(guān)成本。

目標(biāo)是節(jié)省成本和時間，并提高工作的整體質(zhì)量。在項目中，施工現(xiàn)場和工程部門也在經(jīng)驗教訓(xùn)會議上交流經(jīng)驗，以便盡早在規(guī)劃和設(shè)計階段將這些發(fā)現(xiàn)納入后續(xù)項目。

此外，由于現(xiàn)場使用了拆卸設(shè)備，因此進(jìn)行了進(jìn)一步的修改和改進(jìn)。

即使在大規(guī)模的實體模型測試階段，也總是有一些問題未被發(fā)現(xiàn)。其中一個原因是很難在現(xiàn)場實現(xiàn)相同的條件復(fù)制。設(shè)備還必須適應(yīng)現(xiàn)場的結(jié)構(gòu)條件，這通常與可用的設(shè)計文件不同。

因此，找到了切實可行的解決方案，確保在以下反應(yīng)堆拆卸項目的拆卸過程中，工藝的安全性大大提高，并縮短了操作時間。

例如，第二個RPV的拆卸時間可以減半至六個月，再加上設(shè)備的組裝和拆卸。

由于施工現(xiàn)場的人員成本較低，切割時間的減少帶來了顯著的成本節(jié)約。

此外，由于反應(yīng)堆廠房可以提前空出來，用于進(jìn)一步的活動，因此客戶可以根據(jù)具體情況從更短的拆卸時間中獲得收益。

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