山东电力工程咨询院有限公司 韩小勇

某核电一号机组作为某标准电站设计的首堆，堆内构件流致振动试验（FOAK）项目以验证堆内构件有足够的设计裕量承受稳态或瞬态的流致振动载荷，确保堆内构件在电站60年寿期内不会发生失效。根据美国NRC RG1.20 R2. Comprehensive Vibration Assessment Program for Reactor Internals 规定，某核电站1机组被指定为某原型堆满足RG1.20 R2的要求，当成功完成CVAP 后且没有不可接受的振动现象发生，则可认定某核电一号机组为有效原型“valid prototype”。在某核电一号机组以后建造的某机组按照NRC RG1.20将会被定义为“Non-Prototype category I”，其堆内构件只需进行检查即可，但这些后续机组将会引用首堆试验流致振动试验项目（CVAP）大纲中在原型电站测量的相关数据和分析结果，核管当局将会接受这种引用首堆试验CVAP大纲的提交方式。因此某核电一号机组堆内构件振动试验非常重要，将会受到美国NRC 和其它核电业主的广泛关注。

CVAP 的一部分是在选定堆内构件的位置安装仪表，用以检验在流致振动过程压力容器内堆内构件的性能。堆内构件CVAP 仪表组件的安装是CVAP 项目中的至关重要的一部分，安装后的仪表在试验过程中处于压力容器内部，压力容器顶盖处在压力容器上并全部固定完成；在试验过程中，这些临时仪表在热试的工况下处在高压高温以及高流体冲击的环境中。因此，堆内构件的仪表在CVAP试验中是不能进行拆除或修复，在仪表组件安装时必须保证合格和可靠。

1 CVAP 仪表安装简介

堆内构件的下述区域安装了仪表：仪表格架组件（IGA）、上部堆内构件（UI）和下部堆内构件（LI），其中下部堆内构件包括二级堆芯支撑结构（SCSS）、下部堆芯支撑板（LCSP）、堆芯围筒（CS）和堆芯筒体（CB）。在CVAP 仪表组件安装时，上堆内构件和仪表格架组件是存放在上堆内构件的存储架上，下堆内构件是存放在下堆内构件的存储架上。下堆内构件CVAP 组件安装过程中，需要在堆内构件搭设脚手架，以便完成堆芯围筒上的仪表组件的安装工作。在安装和拆除过程中，实际的操作空间能够满足施工需求，可以不旋转。

CVAP 仪表组件安装工作顺序：拆除部分导向筒-提升IGA-IGA 和UI 上仪表安装-降低IGA-安装IGA 电缆桥架-将上堆内构件组件吊入压力容器（在吊装过程中将下堆内构件电缆穿过上堆内构件法兰）-安装压力容器CVAP 专用Quickloc 组件，将所有堆内构件上安装的线缆引出Quickloc组件-压力容器顶封头（RVCH）安装就位-安装Quickloc 密封组件-安装Conax 密封组件-端接电缆插头，安装电桥和放大器-外部导线、数据采集设备、光纤以及数据处理设备安装-配合完成CVAP 的试验；下堆内构件CVAP 组件安装时，将下堆内构件吊入压力容器，然后接以上“将上堆内构件组件吊入压力容器”的步骤顺序进行。

上堆内构件和IGA 上CVAP 组件的安装过程中，由于IGA 组件和上堆内构件无法分离，因此需将IGA 提升到指定高度才能完成上堆内构件内部和IGA 上的仪表组件安装；在安装时，由于在上堆内构件支撑顶板内安装仪表组件，需要除7～8根控制棒导向筒，在临时仪表安装过程中都涉及导向管的拆除和回装。安装顺序在此安装工程中，由于穿插着导向筒拆装、IGA 提升和降落、下堆内构件安装和上堆内构件安装的工作，需合理安排好施工顺序，否则将会产生大量的返工。拆除顺序可按照安装相反的顺序进行拆除，拆除工作和安装工作同样重要，拆除的步骤也不能简化。

2 CVAP 施工内容

2.1 CVAP 安装的工程量

CVAP 部件安装主要包括仪表基座安装，管夹和电缆管安装、电缆盖板和固定螺栓、电缆卡、电缆钢扎带、电缆卡箍、Conax 密封组件、Quickloc和Bulletnose 组件、下部堆内构件的外侧安装并焊接164颗导线盖板螺母，其位置公差±0.51mm，要求定位精确度高。CVAP 仪表组件在堆内构件安装的有86个，压力容器顶盖螺母上安装7个。堆内构件共有CVAP 仪表组件86个需要安装，在IGA 上共有仪表组件27个；在上堆内构件上共有仪表组件17个；下堆内构件上共有仪表组件42个；压力容器顶盖上共有仪表组件7个。CVAP 安装的临时仪表有应变计（Strain Gauge）、压力传感器（Pressure Transducer）、加速度计（Accelerometer）和相对位移传感器（Relative Displacement Transducer）。

2.2 施工要点

测量元件的安装应注意安装完成后有足够的固定力，保证仪表不振动、不脱落。应变计的焊接，焊接能量应满足要求，并在每处施焊前进行在试件上试焊并进行剥离试验；正式的焊点应分布均匀，按照从中间向单边焊接的顺序。压力传感器的固定孔应与传感器紧密贴合，并使用空心螺栓固定，最终需要点焊螺栓进行防松动；固定孔与传感器的两边间隙之和应小于0.1mm。其它仪表安装后，紧固件应使用专用工具进行防松动处理。线缆固定用的线卡与应变计焊接的焊接能量不同，应在调整焊接能量后重新进行试焊。应变计的安装应注意在安装后其不得承受额外附加的应力，用以提高测量精度。在安装时，在靠近应变片的金属导线进行S 型弯线，然后在S 弯处先固定两个压片避免导线和应变片转动，确保应变片与母材表面平行，最大限度降低应变片的安装后内应力。

在Quickloc Stalk 上安装线缆，由于Quickloc Stalk 相对于仪表格架移动，在进行流致振动试验时在有相对运动的地方应增加安装补偿弯头，避免在安装Quickloc Stalk 压力边界后试验过程线缆受到过大的挤压力或拉力而损坏线缆。在固定某些元器件或部件时需使用到螺栓和螺母，此时为避免螺栓或螺母的脱落会有防松动措施。主要有两种措施：一是将螺栓焊接在基材上使用螺母进行固定，此时为保证被固定件的受压平衡螺母要施加同一紧固力，通过施加螺栓力矩来保证，最后通过两处点焊做到防松动；另一种是在螺栓紧固时在螺栓和被压部件间增加放松帽，将通过点焊将防松帽固定在基材上，在螺栓施加设计紧固力后再通过挤压防松帽边缘与螺栓上的凹痕契合，达到避免螺栓松动的目的。

电缆过细，应在安装过程中注意成品保护，在线缆固定过程中要确保线缆的弯曲半径符合使用说明书和图纸要求，特别是在有人行走的上堆内构件的表面。在施工过程中应增加电气测试的次数，在有怀疑线缆遭到损坏的可能时都需要测试验证仪表功能完好。特别是如果在线缆基本安装完成时，若发现仪表或线缆损坏、丧失功能，将会造成大量的返工。在施工前意识到这种风险并控制了这种风险。

3 施工难点及施工中的问题解决

由于施工空间狭小、脚手架到达位置等影响，以及施工过程中需增加的辅助工作进行评估，主要有以下难点：

在安装上堆内构件支撑顶板内和导向管山的CVAP 仪表组件时，需拆除周围的导向管，在导向管的安装受CVAP 仪表组件安装的影响，拆除和安装均不连续，需多工种和多单位协调合作。即使拆除导向管，在CVAP 仪表组件安装过程中空间十分狭小，且周边有IITA（堆芯仪表保护套管），不能产生碰撞和挤压。下堆内构件堆芯围筒上的CVAP仪表组件安装需在下堆内构件中搭设脚手架，以支持堆芯围筒上的CVAP 仪表组件安装，由于堆内构件属于A1设备，在其内部施工势必需谨慎，避免工机具和脚手架对堆内构件的表面造成破坏。脚手架搭设施工人员可达性差，此问题受到现场环境影响，改进空间很小，施工难度增加。

施工时，设计方没有拆除导向筒的方案和数量，经技术评估拆除的导向筒数量和位置得以确认。其主要考虑的因素有施工人员的身体大小、仪表安装位置、附件的特点。下堆内构件的线缆穿出上堆内构件时，应在上堆内构件吊装过程中进行穿线，穿线后，为配合流道试验应将电缆使用固定装置绑扎在高位，避免线缆头进水。为保证压力容器密封面的光洁，应使用聚四氟乙烯圆环进行保护。因此阶段核岛内清洁度不高，会有灰尘或砂砾进入聚四氟乙烯保护环与密封面的风险，但人员又有在此处的施工，因此需将密封面完全清洁且有保证杂质到达密封面表面的措施，如使用不锈钢专用胶带粘贴避免杂质侵入，同时保证保护环相对压力容器法兰面不移动，减少划痕。

下部堆内构件的外侧的线缆盖板在流致振动期间将受到很大的水流冲击，螺栓的强度需满足设计要求。在盖板安装过程中，焊接螺栓在固定后盖板需要使用螺栓进行固定，此安装工序应特别注意。由于下堆内构件表面不平整，盖板与筒壁间有的部位会有空隙，盖板强度不高，螺母紧固力不足时流致振动期间会造成盖板抖动，螺栓受到很大的垂直拉力和左右晃动的力，最终导致盖板脱落，损坏压力容器内部其他部件。

综上，堆内构件流致振动试验临时仪表安装技术，包括了应变计、压力传感器、相对位移传感器和加速度计的安装，在试验过程中监控堆内构件的振动、压力、应力变形量、筒体受热变形量等参数，用于验证堆内构件在核电运行的可靠性。以上安装技术可对今后新型核电站的堆内构件流致振动试验临时仪表的安装起到指导意义，这些技术也可应用到其他领域，如压力容器内外表面应力测量、压力管道外表面的应力和变形测量、密封高温高压容器内部件的振动等测量。