一种核电站乏燃料贮存镉格架解体方法与流程

本发明涉及乏燃料处理设备技术领域，特别是涉及一种核电站乏燃料贮存镉格架解体方法。

背景技术：

随着国内二代核电站各机组的运行，大部分机组的乏燃料水池已接近满容，同时现阶段乏燃料后处理厂无法接收各核电站产生的乏燃料，为了提高核电站乏燃料水池的贮存能力，在原有乏燃料水池的基础上进行贮存架的密集化改造已经成为必然趋势。在对乏燃料水池进行高密集化改造时，需将乏池现有的部分镉格架进行拆除，拆除后的镉格架具有一定的放射性水平，实测其表面最大辐射水平为1.5msv/h，为了实现放射性废物的最小化、最优化处理，需要对镉格架进行解体。

镉格架重量约为8t，镉格架由围板、顶板、底板、贮存单元、支腿组成，围板与顶板、底板通过m20螺栓连接，且将m20螺栓点焊防松，贮存单元与底板通过m64螺母连接。镉格架分为6×6型和6×5型，镉格架(6×6型)外形尺寸为1840mm×1840mm×4425mm，镉格架(6×5型)外形尺寸为1840mm×1560mm×4425mm，镉格架(6×6型)有36个贮存单元，镉格架(6×5型)有30个贮存单元，镉格架的材料为不锈钢材质。

进一步优化镉格架解体方法，为以后二代核电站乏池改造或退役时镉格架的解体工艺路径奠定基础，为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

针对上述提出的进一步优化镉格架解体方法，为以后二代核电站乏池改造或退役时镉格架的解体工艺路径奠定基础，为本领域技术人员亟待解决的技术问题，本发明提供了一种核电站乏燃料贮存镉格架解体方法。采用本解体方法，可有效减少因为拆解所形成的废物数量，便于后续放射性废物处理。

针对上述问题，本发明提供的一种核电站乏燃料贮存镉格架解体方法通过以下技术要点来解决问题：一种核电站乏燃料贮存镉格架解体方法，用于对包括围板、底板、支撑板、贮存单元的镉格架进行拆解处理，包括顺序进行的以下步骤：

s1、完成贮存单元抽离；

s2、完成围栏与围板之间的分离、围板与支撑板的分离、围板与底板的分离，在进行所述分离时，采用机加工设备完成被分离部件之间连接螺栓上防松焊点的去除，对未咬死螺栓，采用扳手进行拆卸，对咬死后螺栓，采用钻头进行拆卸。

现有技术中，针对镉格架拆解，一般为相应人员在防护措施情况下，人工完成镉格架拆解，且传统拆卸方式中相应人员作业较为随意。

本方案针对镉格架的结构特点和材料特点，提供了以上所述的解体方法：本方案考虑到镉格架的装配特点和材质特点，螺栓上设置有用于防松的点焊点，螺栓的材质多为不锈钢螺栓，针对在完成镉格架拆解时首先需要去除防松点焊的操作特点，提供了以上解体方式，具体的，由于通过机加工的方式完成防松点焊去除时，通过钻削、刮削等方式均会产生颗粒或片状物质，且由于镉格架表面附着放射源的特点，以上颗粒和片状物质本身也为放射性污染物，在具体废物处理和回收时，以上颗粒或片状物质的多少以及收集难度直接影响镉格架退役后的处理难度。

故本方案中，在整体解体过程中，首先完成步骤s1中的贮存单元抽离，而后进行步骤s2，对螺栓进行防松焊点去除和螺栓拆除，采用以上方案，由于在对螺栓进行相应操作之前，首先完成了贮存单元抽离，这样，完成贮存单元抽离后镉格架更小的刚度便于完成螺栓松懈，即便于步骤s2的实施；其次，在完成贮存单元抽离后，贮存单元相对于镉格架的其他组成部分结构更为复杂，这样，在进行步骤s2时，可有效避免机加工、螺栓钻削拆卸时产生的颗粒或片状物质与贮存单元接触而在贮存单元上富集或沾附，造成后期污染物收集和处理难度增大；最后，在步骤s2中，针对螺栓拆卸，设置为：对未咬死螺栓，采用扳手进行拆卸，对咬死后螺栓，采用钻头进行拆卸，不仅可实现全部螺栓的拆卸，同时根据螺栓具体情况，在非必要情况下采用扳手拆卸这样的无颗粒状污染物产生的手段，也旨在通过杜绝污染物颗粒产生，从废物数量上和收集难度上解决后期废物处理难度的问题。

更进一步的技术方案为：

作为步骤s2的具体实现方式，设置为：在所述步骤s2中，所述机加工设备包括钻削设备和铣削设备，在对所述焊点进行去除时，针对相对于螺栓端面平整的焊点，采用钻削设备完成焊点去除，针对相对于螺栓端面外凸、内凹或位于螺栓侧面的焊点，采用铣削设备完成焊点去除。采用本方案，从稳定性和废物产生量上考虑了具体的焊接去除方式：如点焊点相对于螺栓端部齐平时，考虑到加工量或废物颗粒产生量，优选采用钻头；在点焊点位置位于螺栓端面且相对于所述端面凸出、内凹或位于螺栓侧面时，考虑到加工的稳定性以及减少废物颗粒量，优选采用铣刀。

为便于实现拆除螺栓过程中镉格架的翻转，以利于镉格架解体效率，设置为：在所述步骤s2中，完成围板与围板之间的分离时，在任意相连围板的螺栓组中，首先拆除螺栓组中处于镉格架中部的螺栓并保留处于镉格架端部的螺栓，所述的镉格架中部的螺栓为沿着围栏的长度方向，处于螺栓组最端部的螺栓之间的全部螺栓；

完成镉格架上中部螺栓全部拆除后，再进行于螺栓组最端部螺栓的拆除，而后完成围板分离。

为便于支撑板拆除，设置为：在步骤s2中，拆除镉格架上的三块围板后，进行支撑板拆除。

为解决底板上螺栓拆卸导致围板上污染废物沾附，设置为：拆除支撑板后，完成第四块围板与底板的分离，而后完成支腿与底板的分离。

为实现放射防护和放射废物跌落防护，设置为：完成步骤s1后，对贮存单元进行包裹处理。

所述解体方法的实现基于自动化解体设备，所述机加工设备为自动化解体设备的局部，自动化解体设备包括用于支撑镉格架的支撑台，所述机加工设备为安装于支撑台上的解体部件；

所述解体部件包括扳手、钻铣动力头；

所述钻铣动力头包括均可独立工作的钻头和铣刀；

所述扳手、钻头、铣刀各自上均连接有驱动各自工作驱动机构；

所述钻头和铣刀用于步骤s2中防松焊点去除，所述扳手、钻头用于步骤s2中螺栓拆卸。

针对镉格架的拆解，现有技术中，由于并没有专用的机具或者设备，故镉格架的拆解主要通过人工完成，这就导致了相应拆解人员处于辐射环境下，这样不仅不利于拆解人员的健康，同时相应防护措施也会导致镉格架拆解存在效率低、操作难度大的问题。

针对以上问题，本方案提供了一种可专用于镉格架拆解的自动化解体设备，具体结构设计中，所述钻头用于：通过钻制完成被拆卸螺栓上点焊点的去除，同时亦可用于难以拆解螺栓的钻削去除；所述铣刀用于：通过铣削加工完成被拆卸螺栓上点焊点的去除；所述扳手用于：通过为被拆卸螺栓提供转矩，完成被拆卸螺栓拆卸。扳手、钻头、铣刀各自上连接的驱动机构分别用于驱动扳手转动、钻头钻削、铣刀铣削，相应驱动机构的动作执行采用相应自动化控制系统即可完成。

采用以上方案，如以上解体方法所述，在进行镉格架解体时，针对以上防松点焊点，可根据如具体点焊点位置、状态或去除难度，采用钻头或者铣刀的方式完成去除。完成所述点焊点去除后，即可进行螺栓拆除工序，为避免产生不必要的废物颗粒，优选采用以上扳手为螺栓施加用于其拆卸的转矩。

在实际运用时，由于所述螺栓多采用不锈钢螺栓，故在螺栓咬死后，由于螺栓本身直径较大，采用扳手的方式是难以将螺栓扭断的。故本方案中在点焊点去除上包括钻头的冗余设计，此时可运用于通过钻削的方式完成咬死后螺栓的拆卸。

综上，本方案提供的拆卸设备针对镉格架的特殊结构和材料设计，提出了自身能够执行螺栓拆卸动作的自动化解体设备，可避免人员处于镉格架周围，达到减少因为镉格架拆解所造成的人员受辐照计量或避免人员受辐照的目的，也可完全避免以上因为辐射防护引入的操作不便、效率低的问题。同时，在螺栓拆卸上设置为包括钻头、铣刀和扳手的解体部件，根据具体螺栓特点，可选择在拆卸螺栓时产生废物最少的拆卸方式完成螺栓拆卸，达到减少废物的量和降低后续废物处理成本的目的。

为便于判断螺栓咬死情况，以保护本自动化解体设备和在需要情况下，自动、快速更换螺栓去除的方式：在利用扳手进行螺栓拆卸时，根据扳手所施加给螺栓的扭矩大小，判断是否切换为利用钻头进行螺栓拆卸：当所述扭矩大小大于所设定扭矩阈值时，切换为利用钻头进行螺栓拆卸。具体的，可设置为：还包括控制模块，各驱动机构的信号输入端均与控制模块的控制信号输入端信号连接，所述控制模块用于控制各驱动机构的工作状态，所述检测机构的信号输出端与控制模块的信号输入端信号连接。本方案中，所述控制模块即用于控制各驱动机构，如实现点焊点去除后进行扳手驱动，在需要情况下，更换钻头替代扳手完成螺栓去除。所述检测机构的信号输出端与控制模块的信号输入端信号连接，即利用检测机构获得的转矩大小信号，用于判定是否需要更换钻头替代扳手完成螺栓去除：如当扳手输出的扭矩大小大于设定阈值时，即判定为螺栓被咬死，此时采用钻头替代扳手完成螺栓去除工作。

作为解体部件的安装形式、更好的实现主动适应被拆卸螺栓的具体位置，设置为：所述自动化解体设备还包括连接于支撑台上的机架，所述解体部件安装于机架上；所述机架在支撑台上的位置可调；所述解体部件在机架上的位置可调，所述位置可调基于自动化解体设备上的驱动部件实现。具体的，针对机架位置调整，可设置为包括位置调整动力源的伺服电机、作为力传递部件的减速箱、便于实现机架停留位置精确锁定的齿轮、齿条和锁紧机构。针对解体部件在机架上的位置调整，可在机架上设置如x、y、z直线导轨，x直线导轨与机架相连，y直线导轨可滑动设置于x直线导轨上，z直线导轨可滑动设置于y直线导轨上；亦可在解体部件与机架之间设置多轴机械手，以完成解体部件在机架上位置的调整。

为方便实现如钻头、铣刀、扳手与被拆卸螺栓的定位，设置为：所述自动化解体设备还包括用于检查解体部件相对于镉格架位置的检测系统，所述检测系统所获得的信号用于实现步骤s2中进行焊点去除时机加工设备与焊点的位置匹配、进行螺栓拆卸时机加工设备与焊点的位置匹配。在具体运用时，如以上主动适应采用电气控制系统自动完成，所述检测系统与电气控制系统信号连接，且检测系统输出的信号作为电气控制系统的信号源。作为一种直观、实现成本低的技术方案，设置为：所述检测系统为视频定位显示系统。作为一种直观、便于实现准确定位的更具体的技术方案，设置为：所述视频定位显示系统包括十字标尺摄像机。更为完整的，设置为：视频定位显示系统包括十字标摄像机，作为十字标摄像机局部的电动镜头，作为电动镜头局部的高清摄像头、作为十字标摄像机控制单元的控制器等。摄像机可输出实时图像，支持poe供电功能。为实现远距离照射，设置为：所述视频定位显示系统包括红外灯。

本发明具有以下有益效果：

本方案针对镉格架的结构特点和材料特点，提供了以上所述的解体方法：本方案考虑到镉格架的装配特点和材质特点，螺栓上设置有用于防松的点焊点，螺栓的材质多为不锈钢螺栓，针对在完成镉格架拆解时首先需要去除防松点焊的操作特点，提供了以上解体方式，具体的，由于通过机加工的方式完成防松点焊去除时，通过钻削、刮削等方式均会产生颗粒或片状物质，且由于镉格架表面附着放射源的特点，以上颗粒和片状物质本身也为放射性污染物，在具体废物处理和回收时，以上颗粒或片状物质的多少以及收集难度直接影响镉格架退役后的处理难度。

故本方案中，在整体解体过程中，首先完成步骤s1中的贮存单元抽离，而后进行步骤s2，对螺栓进行防松焊点去除和螺栓拆除，采用以上方案，由于在对螺栓进行相应操作之前，首先完成了贮存单元抽离，这样，完成贮存单元抽离后镉格架更小的刚度便于完成螺栓松懈，即便于步骤s2的实施；其次，在完成贮存单元抽离后，贮存单元相对于镉格架的其他组成部分结构更为复杂，这样，在进行步骤s2时，可有效避免机加工、螺栓钻削拆卸时产生的颗粒或片状物质与贮存单元接触而在贮存单元上富集或沾附，造成后期污染物收集和处理难度增大；最后，在步骤s2中，针对螺栓拆卸，设置为：对未咬死螺栓，采用扳手进行拆卸，对咬死后螺栓，采用钻头进行拆卸，不仅可实现全部螺栓的拆卸，同时根据螺栓具体情况，在非必要情况下采用扳手拆卸这样的无颗粒状污染物产生的手段，也旨在通过杜绝污染物颗粒产生，从废物数量上和收集难度上解决后期废物处理难度的问题。

附图说明

图1为本发明所述的一种核电站乏燃料贮存镉格架解体方法一个具体运用实施例中，相应结构的立体结构示意图，其中，镉格架固定于支撑台上；

图2为本发明所述的一种核电站乏燃料贮存镉格架解体方法一个具体运用实施例中，相应结构的侧视图；

图3为本发明所述的一种核电站乏燃料贮存镉格架解体方法一个具体运用实施例中，相应结构的俯视图。

图中标记分别为：1、支撑台，2、钻铣动力头，3、扳手，4、齿条，5、导轨，6、机架。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但是本发明不仅限于以下实施例：

实施例1：

如图1至图3所示，一种核电站乏燃料贮存镉格架解体方法，用于对包括围板、底板、支撑板、贮存单元的镉格架进行拆解处理，包括顺序进行的以下步骤：

s1、完成贮存单元抽离；

s2、完成围栏与围板之间的分离、围板与支撑板的分离、围板与底板的分离，在进行所述分离时，采用机加工设备完成被分离部件之间连接螺栓上防松焊点的去除，对未咬死螺栓，采用扳手3进行拆卸，对咬死后螺栓，采用钻头进行拆卸。

现有技术中，针对镉格架拆解，一般为相应人员在防护措施情况下，人工完成镉格架拆解，且传统拆卸方式中相应人员作业较为随意。

本方案针对镉格架的结构特点和材料特点，提供了以上所述的解体方法：本方案考虑到镉格架的装配特点和材质特点，螺栓上设置有用于防松的点焊点，螺栓的材质多为不锈钢螺栓，针对在完成镉格架拆解时首先需要去除防松点焊的操作特点，提供了以上解体方式，具体的，由于通过机加工的方式完成防松点焊去除时，通过钻削、刮削等方式均会产生颗粒或片状物质，且由于镉格架表面附着放射源的特点，以上颗粒和片状物质本身也为放射性污染物，在具体废物处理和回收时，以上颗粒或片状物质的多少以及收集难度直接影响镉格架退役后的处理难度。

故本方案中，在整体解体过程中，首先完成步骤s1中的贮存单元抽离，而后进行步骤s2，对螺栓进行防松焊点去除和螺栓拆除，采用以上方案，由于在对螺栓进行相应操作之前，首先完成了贮存单元抽离，这样，完成贮存单元抽离后镉格架更小的刚度便于完成螺栓松懈，即便于步骤s2的实施；其次，在完成贮存单元抽离后，贮存单元相对于镉格架的其他组成部分结构更为复杂，这样，在进行步骤s2时，可有效避免机加工、螺栓钻削拆卸时产生的颗粒或片状物质与贮存单元接触而在贮存单元上富集或沾附，造成后期污染物收集和处理难度增大；最后，在步骤s2中，针对螺栓拆卸，设置为：对未咬死螺栓，采用扳手3进行拆卸，对咬死后螺栓，采用钻头进行拆卸，不仅可实现全部螺栓的拆卸，同时根据螺栓具体情况，在非必要情况下采用扳手3拆卸这样的无颗粒状污染物产生的手段，也旨在通过杜绝污染物颗粒产生，从废物数量上和收集难度上解决后期废物处理难度的问题。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上作进一步限定，如图1至图3所示，作为步骤s2的具体实现方式，设置为：在所述步骤s2中，所述机加工设备包括钻削设备和铣削设备，在对所述焊点进行去除时，针对相对于螺栓端面平整的焊点，采用钻削设备完成焊点去除，针对相对于螺栓端面外凸、内凹或位于螺栓侧面的焊点，采用铣削设备完成焊点去除。采用本方案，从稳定性和废物产生量上考虑了具体的焊接去除方式：如点焊点相对于螺栓端部齐平时，考虑到加工量或废物颗粒产生量，优选采用钻头；在点焊点位置位于螺栓端面且相对于所述端面凸出、内凹或位于螺栓侧面时，考虑到加工的稳定性以及减少废物颗粒量，优选采用铣刀。

为便于实现拆除螺栓过程中镉格架的翻转，以利于镉格架解体效率，设置为：在所述步骤s2中，完成围板与围板之间的分离时，在任意相连围板的螺栓组中，首先拆除螺栓组中处于镉格架中部的螺栓并保留处于镉格架端部的螺栓，所述的镉格架中部的螺栓为沿着围栏的长度方向，处于螺栓组最端部的螺栓之间的全部螺栓；

完成镉格架上中部螺栓全部拆除后，再进行于螺栓组最端部螺栓的拆除，而后完成围板分离。

为便于支撑板拆除，设置为：在步骤s2中，拆除镉格架上的三块围板后，进行支撑板拆除。

为解决底板上螺栓拆卸导致围板上污染废物沾附，设置为：拆除支撑板后，完成第四块围板与底板的分离，而后完成支腿与底板的分离。

为实现放射防护和放射废物跌落防护，设置为：完成步骤s1后，对贮存单元进行包裹处理。

所述解体方法的实现基于自动化解体设备，所述机加工设备为自动化解体设备的局部，自动化解体设备包括用于支撑镉格架的支撑台1，所述机加工设备为安装于支撑台1上的解体部件；

所述解体部件包括扳手3、钻铣动力头2；

所述钻铣动力头2包括均可独立工作的钻头和铣刀；

所述扳手3、钻头、铣刀各自上均连接有驱动各自工作驱动机构；

所述钻头和铣刀用于步骤s2中防松焊点去除，所述扳手3、钻头用于步骤s2中螺栓拆卸。

针对镉格架的拆解，现有技术中，由于并没有专用的机具或者设备，故镉格架的拆解主要通过人工完成，这就导致了相应拆解人员处于辐射环境下，这样不仅不利于拆解人员的健康，同时相应防护措施也会导致镉格架拆解存在效率低、操作难度大的问题。

针对以上问题，本方案提供了一种可专用于镉格架拆解的自动化解体设备，具体结构设计中，所述钻头用于：通过钻制完成被拆卸螺栓上点焊点的去除，同时亦可用于难以拆解螺栓的钻削去除；所述铣刀用于：通过铣削加工完成被拆卸螺栓上点焊点的去除；所述扳手3用于：通过为被拆卸螺栓提供转矩，完成被拆卸螺栓拆卸。扳手3、钻头、铣刀各自上连接的驱动机构分别用于驱动扳手3转动、钻头钻削、铣刀铣削，相应驱动机构的动作执行采用相应自动化控制系统即可完成。

采用以上方案，如以上解体方法所述，在进行镉格架解体时，针对以上防松点焊点，可根据如具体点焊点位置、状态或去除难度，采用钻头或者铣刀的方式完成去除。完成所述点焊点去除后，即可进行螺栓拆除工序，为避免产生不必要的废物颗粒，优选采用以上扳手3为螺栓施加用于其拆卸的转矩。

在实际运用时，由于所述螺栓多采用不锈钢螺栓，故在螺栓咬死后，由于螺栓本身直径较大，采用扳手3的方式是难以将螺栓扭断的。故本方案中在点焊点去除上包括钻头的冗余设计，此时可运用于通过钻削的方式完成咬死后螺栓的拆卸。

综上，本方案提供的拆卸设备针对镉格架的特殊结构和材料设计，提出了自身能够执行螺栓拆卸动作的自动化解体设备，可避免人员处于镉格架周围，达到减少因为镉格架拆解所造成的人员受辐照计量或避免人员受辐照的目的，也可完全避免以上因为辐射防护引入的操作不便、效率低的问题。同时，在螺栓拆卸上设置为包括钻头、铣刀和扳手3的解体部件，根据具体螺栓特点，可选择在拆卸螺栓时产生废物最少的拆卸方式完成螺栓拆卸，达到减少废物的量和降低后续废物处理成本的目的。

为便于判断螺栓咬死情况，以保护本自动化解体设备和在需要情况下，自动、快速更换螺栓去除的方式：在利用扳手3进行螺栓拆卸时，根据扳手3所施加给螺栓的扭矩大小，判断是否切换为利用钻头进行螺栓拆卸：当所述扭矩大小大于所设定扭矩阈值时，切换为利用钻头进行螺栓拆卸。具体的，可设置为：还包括控制模块，各驱动机构的信号输入端均与控制模块的控制信号输入端信号连接，所述控制模块用于控制各驱动机构的工作状态，所述检测机构的信号输出端与控制模块的信号输入端信号连接。本方案中，所述控制模块即用于控制各驱动机构，如实现点焊点去除后进行扳手3驱动，在需要情况下，更换钻头替代扳手3完成螺栓去除。所述检测机构的信号输出端与控制模块的信号输入端信号连接，即利用检测机构获得的转矩大小信号，用于判定是否需要更换钻头替代扳手3完成螺栓去除：如当扳手3输出的扭矩大小大于设定阈值时，即判定为螺栓被咬死，此时采用钻头替代扳手3完成螺栓去除工作。

作为解体部件的安装形式、更好的实现主动适应被拆卸螺栓的具体位置，设置为：所述自动化解体设备还包括连接于支撑台1上的机架6，所述解体部件安装于机架6上；所述机架6在支撑台1上的位置可调；所述解体部件在机架6上的位置可调，所述位置可调基于自动化解体设备上的驱动部件实现。具体的，针对机架6位置调整，可设置为包括位置调整动力源的伺服电机、作为力传递部件的减速箱、便于实现机架6停留位置精确锁定的齿轮、齿条4和锁紧机构。针对解体部件在机架6上的位置调整，可在机架6上设置如x、y、z直线导轨，x直线导轨与机架6相连，y直线导轨可滑动设置于x直线导轨上，z直线导轨可滑动设置于y直线导轨上；亦可在解体部件与机架6之间设置多轴机械手，以完成解体部件在机架6上位置的调整。

为方便实现如钻头、铣刀、扳手3与被拆卸螺栓的定位，设置为：所述自动化解体设备还包括用于检查解体部件相对于镉格架位置的检测系统，所述检测系统所获得的信号用于实现步骤s2中进行焊点去除时机加工设备与焊点的位置匹配、进行螺栓拆卸时机加工设备与焊点的位置匹配。在具体运用时，如以上主动适应采用电气控制系统自动完成，所述检测系统与电气控制系统信号连接，且检测系统输出的信号作为电气控制系统的信号源。作为一种直观、实现成本低的技术方案，设置为：所述检测系统为视频定位显示系统。作为一种直观、便于实现准确定位的更具体的技术方案，设置为：所述视频定位显示系统包括十字标尺摄像机。更为完整的，设置为：视频定位显示系统包括十字标摄像机，作为十字标摄像机局部的电动镜头，作为电动镜头局部的高清摄像头、作为十字标摄像机控制单元的控制器等。摄像机可输出实时图像，支持poe供电功能。为实现远距离照射，设置为：所述视频定位显示系统包括红外灯。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本发明的保护范围内。