构件水池池壁预埋板泄漏封堵工艺研究

段文开

中国核工业二三建设有限公司红沿河项目部 辽宁瓦房店 116300

摘要：构件水池钢覆面是冷却剂边界的主体，保持钢覆面的结构完整性是保证核电厂安全运行的前提，本文结合核电工程构件水池泄漏事件，从设计和施工两个角度出发，对水池泄漏原因进行深入剖析，对水池泄漏后封堵工艺进行研究与开发，最终在确定了封堵工艺的同时也对上游设计提出了改进建议，并成功应用于核电工程中。

关键词： 构件水池 泄漏 封堵 预埋板 封堵工艺

引言

换料水池与构件水池的总体结构为薄壁不锈钢钢板焊接结构，主要起到冷却剂密封的作用，水池壁是冷却剂边界的主体，对反应堆安全运行、换料、停堆起到非常重要的作用，所以必须保证整个水池的完整性。堆内构件存放架池壁预埋板通过与其焊接的锚固板、连接螺栓及销钉与存放架横向支撑墙板连接，但由于上游设计的局限性，锚固板设计尺寸较小，以及土建预埋尺寸存在偏差等原因，现场销孔配钻难度较大，按照设计位置进行配钻极易出现水池泄露事件，所以一套成熟的构件水池泄露封堵工艺在后续的核电建设中有着非常重要的指导意义。

1. 封堵结构的研究

在考虑核安全及保证水池钢覆面完整性的前提下，本文从非地震工况及地震工况下进行封堵结构的设计，并进行对比分析，最终确定封堵方案。

1. 1. 堆内构件存放架水平支撑预埋板泄露因素分析

上部堆内构件存放架水平支撑墙板通过两排螺栓与两个定位销与下方的土建预埋板连接。预埋板由两块锚固板和周围不锈钢板焊接组成，螺栓孔和销孔布置在锚固板上，从上述结构分析水平支撑墙板下的焊缝、螺栓孔和销孔三个位置可能导致水池泄露。

1. 2. 非地震工况下封堵结构的设计

堆内构件水平支撑墙板与水池壁钢覆面之间16mm的间隙需进行密封封堵；堆内构件水平支撑上下横板之间的孔洞需要封堵。

经多次设计实验最终确定堆内构件水平支撑墙板与水池壁钢覆面之间的间隙使用不锈钢板进行密封焊接，由于水池壁钢板的厚度只有3mm，为加强水池壁的强度在土建钢覆面上补焊一圈厚6mm宽60mm的钢板，墙板与水池壁钢覆面之间的密封钢板厚度为：16-6=10mm；水平支撑上下横板之间的孔洞使用10mm进行密封焊接，具体密封焊接结构。

通过分析选择密封板的厚度为10mm，但考虑到水池壁钢覆面只有3mm，地震工况下堆内构件存放架产生的位移，会撕裂水池壁，进而发生更大程度的泄漏，因此该封堵方案不可行。

1. 3. 地震工况下封堵结构的设计

地震工况下需选择封堵钢板抗撕裂强度需小于水池钢覆面的抗撕裂强度，以确保封堵钢板优先于水池钢覆面撕裂，进而保证水池壁的完整性，不会产生更大程度的泄漏。

经过多次试验、计算和分析，选择1.5 mm的304不锈钢板作为封堵材料，因封堵钢板较薄，焊接难度很大，在焊接过程中极易焊穿，因此在保证焊接质量的前提下，尽量减少拼接的焊缝数量，并保持封堵结构的整体性，进而保证密封效果。最终确定为圆筒状封堵结构；水平支撑两侧孔洞用10mm的钢板进行封堵焊接，具体封堵结构及位置如下：

2. 封堵结构的详细设计与受力分析

   1. 水池钢覆面加强环板结构设计

水池钢覆面厚度为3mm，为提高钢覆面抗撕裂强度及保护其在地震工况下不受到损伤，需在水池钢覆面上焊接不锈钢加强环板，其结构尺寸为：内径为Φ560mm、外径为Φ900mm、厚度为6mm。

水池不锈钢覆面加强环板示意图

1. 2. 密封罩筒状结构设计

堆内构件水平支撑墙板与水池壁钢覆面之间16mm的间隙使用筒状结构密封罩进行密封，密封罩由两个半圆筒进行对接焊制作而成。

密封罩的底部与水池钢覆面加强环板进行焊接，顶部与水平支撑墙板四周焊接。

1. 3. 水平支撑两侧封堵堵板结构设计

堆内构件存放架支撑环通过上下两个横板与水平支撑墙板以焊接的形式连接，在上下横板两侧孔洞加焊两块10mm的钢板，在距钢板边缘5mm处四周开45°坡口环焊密封焊接，因两侧封堵堵板与堆内构件存放架一体，无需考虑地震工况下的受力分析。

水平支撑两侧堵板示意图

1. 4. 封堵结构受力分析

封堵结构受力分析总体思路分为两部分，第一部分：筒状密封罩的受力分析；第二部分：水池钢覆面与加强环板受力分析，通过这两部分的受力进行对比分析，确认在地震工况下堆内构件存放架产生位移时封堵结构不会对水池壁造成损伤，产生更大程度的泄漏。

1. 5. 筒状密封罩结构受力分析

筒状密封罩结构有限元分析，利用solidworks simulation对筒状密封罩结构进行有限元分析，模型假设在极限情况下筒状密封罩所承受的最大应力，密封罩材质均为304不锈钢。

筒状密封罩结构应力分析

从分析结果可以看出，对筒状密封罩结构分别加载5500N.m的拉力、5000N.m的剪切力时就超过了304的不锈钢的屈服强度205 MPa，那么筒状密封罩结构就会变形断裂。

1. 6. 水池钢覆面与加强环板受力分析

水池钢覆面与加强环板有限元分析，利用solidworks simulation对水池钢覆面与加强环板进行有限元分析，模型假设在极限情况下水池钢覆面与加强环板所承受的最大应力，水池钢覆面与加强环板材质均为304不锈钢。

水池钢覆面与加强环板应力分析

从分析结果可以看出，水池钢覆面与加强环板分别加载15000N.m的拉力、30000N.m的剪切力时才能超过了304的不锈钢的屈服强度205 MPa。

通过对上述两部分的受力分析对比，水池钢覆面与加强环板所能承受的最大拉力是筒状密封罩结构的三倍，最大剪切力是筒状密封罩结构的6倍，所以在地震工况下堆内构件存放架会产生位移时，因为筒状密封罩结构所能承受的最大应力远远小于水池钢覆面与加强环板所能承受的最大应力，因此筒状密封罩结构会优先于水池钢覆面而变形断裂，不会对水池壁造成损伤发生更大程度的泄漏，最终判定此封堵结构有效可行。

3. 封堵焊接工艺的选择

在封堵工艺中，漏点的封堵是由筒状封堵结构以焊接的形式固定在水池钢覆面上来实现的，筒状密封罩钢板的厚度只有1.5mm、水池钢覆面厚度3mm，在焊接过程中极易将母材焊穿，因此焊接工艺的选择尤为重要。

1. 1. 封堵结构材料

封堵结构所需要的主要材料及规格：

1. 2. 焊接方法及工艺过程控制

由于密封罩材料的厚度只有1.5mm，所以焊缝只能采用TIG方法，在焊接过程中采用小电流、快速焊，打底焊道背面充氩保护。打底焊接第一道焊接完成后，对打底焊道进行PT检测，逐层进行VT检查，焊接完成后，对最终焊缝进行PT检测，不得有任何可见缺陷。

1. 3. 构件水池泄露封堵工艺成功应用

本文针对核岛安装工程构件水池发生泄露设计水池泄露封堵工艺，并成功应用于核岛安装工程，在封堵结构焊接完成后对水池进行15天的密封性实验，未发现泄露。

4. 结论

本论文结合核电厂构件水池泄漏事件，详细论述了水池泄漏的原因以及泄漏后封堵工艺的设计，在封堵工艺设计的过程中，经过多次的试验、计算和受力分析，最终设计出一套完整的封堵工艺，并成功应用于红沿河3号机组，在封堵结构焊接完成后对构件水池进行15天的密封性实验，未发现泄漏，所以此项工艺成熟可用，对后续核电项目不锈钢水池泄漏后的封堵具有一定的参考价值。

参考文献

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