一种反应堆压力容器顶盖上管座的切割方法与流程

1.本发明属于核设施退役技术领域，具体涉及一种反应堆压力容器顶盖上管座的切割方法。


背景技术：

2.核电作为一种清洁能源，发展势头迅猛。核电站运行期满后按有关规定，将开展切割、拆除和整备等退役工作。核电站的退役是一项长期复杂的系统工程，一般应当在电站服役结束期前10年开展退役相关技术和工程准备工作。目前国内尚无电站退役拆除和切割的相关工程经验，需尽快开发退役相关技术，以满足将来核电退役工程的需要。
3.在核电站退役工程中，需要对大型金属设备进行切割整备，以减少空间占有率，达到降低废物处置体积的目标，而切割大型核岛主设备是最复杂最难的技术和工程之一。
4.以反应堆压力容器顶盖(顶盖)为例，切割存在若干难点：
5.(1)顶盖体积大、厚度大。顶盖高2.8米，直径接近5米，主体厚度达到170mm，法兰处最厚达到850mm，整体重量达到55吨，切割工作量大，切割过程有可能还涉及到顶盖翻转等。
6.(2)顶盖附件多，形状不规则。顶盖为半球形封头，封头与法兰厚度相差大，主体部分贯穿焊接材料为镍基合金的管座，镍基合金切割难；管座高度高，其间距较小，切割工艺设计困难，路径规划难。
7.(3)顶盖材料成分复杂。主体材料为中碳钢，球体部分内壁和密封面上堆焊7mm厚度不锈钢，管座材料为镍基合金，材料种类多且分布不规则，切割工艺选型难度高。
8.(4)切割料块体积尽量小，形状尽量规整。为了降低放射性废物的总体产量，理论上将顶盖切割的料块越小，装箱后箱内空体积越小，料块外形越规整，其装箱难度和占据的空间就越规整。因此料块体积越小越规整，装箱后总体积就越小，处置成本就越低。为了整体放废减容，需要在技术合理的前提下，切割料块体积尽量小、形状尽量规整。
9.针对上述问题，现有专利202210767658.x反应堆压力容器顶盖的切割方法，公开了一种反应堆压力容器顶盖的切割方法。但是该专利方法对压力容器管座实施逐个切割和吊离，对于单个管座，使用火焰切割工艺需要开展预热、起弧、穿孔、行走切割和吊离等多个步骤，工程上切割效率较低。


技术实现要素：

10.有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种反应堆压力容器顶盖上管座的切割方法，可以分单元切割，切割路径更加优化，切割效率更高。
11.为了达到上述目的，本发明采用以下的技术方案：
12.一种反应堆压力容器顶盖上管座的切割方法，包括如下步骤：
13.识别管座在所述顶盖上的位置，按照管座的位置将管座的轴向位于同一平面上的管座划分为一个管座单元，所述顶盖上具有多个管座单元；
14.启动切割设备，以一个管座单元为一组进行该管座单元的切割；
15.切割时，切割设备的切割头由一个管座单元的长度方向靠近该管座单元，并在靠近第一个管座时沿该管座的周向进行180
°
的环向切割，之后向该管座单元中的下一个管座靠近，重复上述步骤，直至到达该管座单元中的最后一个管座，沿最后一个管座的周向进行360
°
的环向切割，之后向该管座单元中的上一个管座靠近，重复上述步骤，直至到达该管座单元中的第一个管座，该管座单元切割结束；
16.重复上述的管座单元切割步骤，直至将所有的管座单元切割完，所述反应堆压力容器顶盖上的管座切割完毕。
17.根据本发明的一些优选实施方面，每个管座单元的切割路径包括具有起始切割点的起始切割缝、沿管座周向延伸的第一半圆切割缝、位于该管座单元中相邻管座之间的中间切割缝、沿管座周向延伸的第二半圆切割缝，所有中间切割缝位于同一延伸线上。
18.根据本发明的一些优选实施方面，形成所述第一半圆切割缝和第二半圆切割缝时，所述切割头的运行方向相反。
19.根据本发明的一些优选实施方面，所述起始切割缝与中间切割缝位于同一延伸线上。
20.根据本发明的一些优选实施方面，所述起始切割缝、中间切割缝位于该管座单元中所有管座的轴心线形成的平面上。
21.根据本发明的一些优选实施方面，每个管座单元中所有管座的轴心线形成的平面相互平行。
22.根据本发明的一些优选实施方面，所述第一半圆切割缝和第二半圆切割缝形成的圆的直径大于所述管座的直径；该圆的圆心位于管座的轴心线上。
23.根据本发明的一些优选实施方面，相邻所述管座单元上的起始切割缝之间具有移动切割缝。
24.根据本发明的一些优选实施方面，所述移动切割缝直线连接两个起始切割缝上的起始切割点。
25.根据本发明的一些优选实施方面，所述切割设备包括夹爪，当所述切割头运行到一个管座的第二半圆切割缝时，所述夹爪夹持住该管座；并在切割头由第二半圆切割缝移动到中间切割缝或起始切割缝时将夹持的管座从所述顶盖上脱离。
26.由于采用了以上的技术方案，相较于现有技术，本发明的有益之处在于：本发明的反应堆压力容器顶盖上管座的切割方法，合理设置切割分区和路径，规定了最优化的切割路径，使用火焰切割一次走刀可以切割并转运所有管座，实现高效切割，且避免了直接切割管座本体(镍基合金)，降低切割复杂程度。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本发明优选实施例中反应堆压力容器顶盖的纵向截面示意图；
29.图2为本发明优选实施例中反应堆压力容器顶盖的俯视示意图；
30.图3为本发明优选实施例中反应堆压力容器顶盖上切除第一个管座单元后的结构示意图；
31.图4为本发明优选实施例中一个管座单元切除路径示意图；
32.图5为本发明优选实施例中反应堆压力容器顶盖上所有管座单元切除的路径示意图；
33.图6为本发明优选实施例中切割设备的结构示意图；
34.图7为本发明优选实施例中采用切割设备切除第一个管座单元时的示意图；
35.图8为本发明优选实施例中采用切割设备切除第一个管座单元结束时的示意图；
36.图9为本发明优选实施例中反应堆压力容器顶盖上切除所有管座后的结构示意图；
37.图10为本发明优选实施例中反应堆压力容器顶盖上切除所有管座后的纵向截面示意图；
38.其中：顶盖-1，管座单元-2，管座-3，切割路径-5，起始切割点-51，起始切割缝-52，第一半圆切割缝-53，中间切割缝-54，第二半圆切割缝-55，移动切割缝-56，切割头-61，夹爪-62，龙门架-63，机头-64，收纳箱-7，支撑台-8，切割孔-9，轨道-10。
具体实施方式
39.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
40.如图1-10所示，本实施例中反应堆压力容器顶盖上管座的切割方法，包括如下步骤：
41.步骤1)、划分管座单元2
42.识别所有管座3在顶盖1上的位置，并按照管座3的位置将管座3轴向位于同一平面上的管座3划分为一个管座单元2，顶盖1上具有多个管座单元2，每个管座单元2中所有管座3的轴心线形成的平面相互平行。如图1-2所示。在其他实施例中，可以按照其他的方向划分管座单元2，只需保证位于同一平面上的管座3属于一个管座单元2即可。
43.步骤2)、切割第一个管座单元2
44.启动切割设备，以一个管座单元2为一组进行该管座单元2的切割。首先切割第一列管座单元2，如图3-4所示。
45.每个管座单元2的切割路径5包括具有起始切割点51的起始切割缝52、沿管座3周向延伸的第一半圆切割缝53、位于该管座单元2中相邻管座3之间的中间切割缝54、沿管座3周向延伸的第二半圆切割缝55，所有中间切割缝54位于同一延伸线上，且与起始切割缝52在同一直线上，该直线位于该管座单元2中所有管座3的轴心线形成的平面上。
46.形成第一半圆切割缝53和第二半圆切割缝55时，切割头61的运行方向相反。第一半圆切割缝53和第二半圆切割缝55形成的圆的直径大于管座3的直径；且该圆的圆心位于管座3的轴心线上。
47.如图6-8所示，切割设备包括龙门架63、机头64、夹爪62、切割头61(割枪)。机头64与龙门架63的龙门梁配合，可以实现远程控制沿梁方向的移动。夹爪62的下端部可张开和闭合，实现对顶盖1管座3端部的夹持；夹爪62的主体部分可以伸缩，实现升降以将管座3由顶盖1上脱离；其根部可沿机头64上轨道10的x方向循环移动以运送从顶盖1上切除的管座3。切割头61(割枪)具备伸缩功能，其根部设置可环绕转动机构，使得割枪可绕z轴方向实现360
°
转动，以沿管座3的外周进行环向切割。切割时，顶盖1放置在支撑台8上。优选地，切割头61根部与夹爪62的移动导轨之间设置过桥结构，可实现切割头61转动与夹爪62的平移互不干涉。
48.切割时，切割设备的切割头61由一个管座单元2的长度方向靠近该管座单元2，并在靠近第一个管座3时沿该管座3的周向进行180
°
的环向切割，之后向该管座单元2中的下一个管座3靠近，重复上述步骤，直至到达该管座单元2中的最后一个管座3，沿最后一个管座3的周向进行360
°
的环向切割，之后向该管座单元2中的上一个管座3靠近，重复上述步骤，直至到达该管座单元2中的第一个管座3，该管座单元2切割结束。
49.当切割头61运行到一个管座3的第二半圆切割缝55时，夹爪62夹持住该管座3；并在切割头61由第二半圆切割缝55移动到中间切割缝54或起始切割缝52时将夹持的管座3从顶盖1上脱离，输送至收纳箱7。
50.如图4所示，图中的箭头方向为切割时的切割头61运行的方向，以g1、g2、g3三个管座3形成的管座单元2为例，具体的切割过程如下：
51.1、割枪从a点起弧，并在a点穿孔顶盖1球体，形成起始切割点51。
52.2、割枪由起始切割点51a沿着该管座单元2的长度方向行走至r点，到达第一个管座3的外周，形成起始切割缝52a-r。
53.3、沿箭头指示路径，切割管座3的左侧圆弧，即沿着管座3的外周进行180
°
的环向切割，到达p点，形成第一半圆切割缝53r-p。
54.4、沿着起始切割缝52的延伸方向，由p点行进到l点，到达第二个管座3的外周，形成中间切割缝54p-l。
55.5、重复上述步骤3和4中的切割操作，依次形成g2的第一半圆切割缝53l-m、g2和g1之间的中间切割缝54m-c，直至到达该管座单元2的最后一个管座3g1，沿g1的外周进行360
°
的环向切割，形成了g1的第一半圆切割缝53c-b和第二半圆切割缝55b-c。且形成第一半圆切割缝53和第二半圆切割缝55时，切割头61的运行方向相反。
56.在切割头61持续进行切割，且到达b点时，夹爪62下探夹持住管座3g1的上端部，并在切割至c点后，夹爪62带动管座3g1上移脱离顶盖1，之后将管座3g1输送至收纳箱7内。
57.6、继续重复上述步骤3和4中的切割操作，依次形成g1和g2之间的中间切割缝54c-m、g2上的第二半圆切割缝55m-n-l、g2和g3之间的中间切割缝54l-p、g3上的第二半圆切割缝55p-q-r，优选最后重新回到起始切割点51a。
58.在切割头61持续进行切割时，且在第二半圆切割缝55的起始位置到中间位置时(如m-n或p-q)，此时，夹爪62夹持上一个已经脱离的管座3，将其运送到收纳箱7之后返回，并在切割头61到达中间位置(如n或q)时，夹爪62已经返回并下探至现在切割管座3的上端部以进行夹持，在切割头61运行到第二半圆切割缝55的尾部端点(l或r)时，夹爪62带动管座3上移脱离顶盖1，之后将管座3输送至收纳箱7内。进而完成该管座单元2中管座3的切割
工作。
59.整个切割过程中，切割速率为100-150mm/min，这样的切割速率能够匹配设备(夹住)的运行速度，实现无缝衔接，达到高效率、安全的切割。且切割头61由a运行到b和由b运行到a的运行方向相反。
60.步骤3)、重复上述的管座单元2切割步骤，直至将所有的管座单元2切割完，反应堆压力容器顶盖1上的管座3切割完毕。
61.如图2、5所示，按照管座单元2的排序逐步进行切割(a
→
a1
→
a2
→
a3
→
a4
→
a5
→
a6)，进而完成所有管座单元2的切割。如图9-10所示，切割完之后的顶盖1上具有与管座3对应的切割孔9和切割缝。
62.相邻管座单元2上的起始切割缝52之间具有移动切割缝56(a-a1、a1-a2、a2-a3、a3-a4、a4-a5、a5-a6)。优选，移动切割缝56直线连接两个起始切割缝52上的起始切割点51。
63.本发明的用于切割反应堆压力容器顶盖上管座的切割方法，具备以下优势：
64.合理设置切割分区和路径，规定了最优化的切割路径，使用火焰切割一次走刀可以切割并转运所有管座，实现高效切割，且避免了直接切割管座本体(镍基合金)，降低切割复杂程度；
65.切割和转运的工序全部实现远程自动化操作，不需要人员就地操作，极大的降低了人员放射性辐照剂量；
66.实现反应堆压力容器顶盖上管座精细化切割、转运，可以实现装箱体积最小化。切割过程中不需要移动或翻转顶盖，降低了工程难度。
67.本发明的反应堆压力容器顶盖上管座切割方法，优化了的切割路径规划和切割方法，实现单次走刀切割，可完成所有管座切割和吊离的效果，大幅提升切割效率。
68.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种反应堆压力容器顶盖上管座的切割方法，其特征在于，包括如下步骤：识别管座在所述顶盖上的位置，按照管座的位置将管座的轴向位于同一平面上的管座划分为一个管座单元，所述顶盖上具有多个管座单元；启动切割设备，以一个管座单元为一组进行该管座单元的切割；切割时，切割设备的切割头由一个管座单元的长度方向靠近该管座单元，并在靠近第一个管座时沿该管座的周向进行180
°
的环向切割，之后向该管座单元中的下一个管座靠近，重复上述步骤，直至到达该管座单元中的最后一个管座，沿最后一个管座的周向进行360
°
的环向切割，之后向该管座单元中的上一个管座靠近，重复上述步骤，直至到达该管座单元中的第一个管座，该管座单元切割结束；重复上述的管座单元切割步骤，直至将所有的管座单元切割完，所述反应堆压力容器顶盖上的管座切割完毕。2.根据权利要求1所述的切割方法，其特征在于，每个管座单元的切割路径包括具有起始切割点的起始切割缝、沿管座周向延伸的第一半圆切割缝、位于该管座单元中相邻管座之间的中间切割缝、沿管座周向延伸的第二半圆切割缝，所有中间切割缝位于同一延伸线上。3.根据权利要求2所述的切割方法，其特征在于，形成所述第一半圆切割缝和第二半圆切割缝时，所述切割头的运行方向相反。4.根据权利要求2所述的切割方法，其特征在于，所述起始切割缝与中间切割缝位于同一延伸线上。5.根据权利要求4所述的切割方法，其特征在于，所述起始切割缝、中间切割缝位于该管座单元中所有管座的轴心线形成的平面上。6.根据权利要求5所述的切割方法，其特征在于，每个管座单元中所有管座的轴心线形成的平面相互平行。7.根据权利要求2所述的切割方法，其特征在于，所述第一半圆切割缝和第二半圆切割缝形成的圆的直径大于所述管座的直径；该圆的圆心位于管座的轴心线上。8.根据权利要求2所述的切割方法，其特征在于，相邻所述管座单元上的起始切割缝之间具有移动切割缝。9.根据权利要求8所述的切割方法，其特征在于，所述移动切割缝直线连接两个起始切割缝上的起始切割点。10.根据权利要求2-9任意一项所述的切割方法，其特征在于，所述切割设备包括夹爪，当所述切割头运行到一个管座的第二半圆切割缝时，所述夹爪夹持住该管座；并在切割头由第二半圆切割缝移动到中间切割缝或起始切割缝时将夹持的管座从所述顶盖上脱离。

技术总结
本发明公开了一种反应堆压力容器顶盖上管座的切割方法，包括如下步骤：识别管座在所述顶盖上的位置，划分管座单元，所述顶盖上具有多个管座单元；启动切割设备，以一个管座单元为一组进行该管座单元的切割；切割时，切割设备的切割头靠近该管座单元，并在靠近第一个管座时沿该管座的周向进行180


技术研发人员：邓春银 陆壮 陈国星 吴树辉 魏少翀 史一岭
受保护的技术使用者：苏州热工研究院有限公司 中国广核集团有限公司 中国广核电力股份有限公司
技术研发日：2022.12.13
技术公布日：2023/8/5