核燃料組件導向翼損傷回堆復用的分析

李利剛

（中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

核燃料組件導向翼損傷回堆復用的分析

李利剛

（中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

2011年1月，中核核電運行管理有限公司二廠（簡稱二廠）換料大修，外觀檢查發(fā)現(xiàn)燃料組件A導向翼脫落。經國家核安全局（NNSA）審評批準后，將燃料組件A裝入堆芯規(guī)定位置。2012年3月再次換料大修，將燃料組件A卸出堆芯。經檢查確認燃料組件A完整，無異常變化。此次實踐為此類型的導向翼損傷，燃料組件回堆復用提供參考，為同類型燃料組件導向翼損傷后回堆復用的標準制定提供案例支持。

燃料組件；格架；導向翼；外觀檢查；回堆

燃料組件是反應堆乃至整個核電廠的心臟，是最重要的核心部件[1]，是整個電廠的能量來源。如此重要的部件，但當它的某一個部件損傷后，卻一直以來沒有一個明確的評價標準。國內某電廠L206大修外觀檢查發(fā)現(xiàn)8組組件格架刮擦3根燃料棒破損；L207換料大修期間發(fā)現(xiàn)10組組件存在格架導向翼破損的情況，這些組件都沒有再回堆復用。2011年1月，二廠在例行換料大修期間，使用核動力運行研究所視頻檢查設備，對已輻照燃料組件外觀檢查時發(fā)現(xiàn)，1組燃料組件A的第六層格架外條帶的三片導向翼脫落。至此國內外仍然沒有明確的標準來評價導向翼的損傷程度，以及是否可以回堆復用。事無先例的情況下，二廠技術人員，聯(lián)系設計院經過分析論證認為，該組組件可以回堆復用，并最終安全運行一個循環(huán)。

1 2011年大修燃料組件檢查發(fā)現(xiàn)異常

2011年大修期間，按照計劃安排，二廠技術處對隨后的循環(huán)準備回堆復用的85組燃料組件實施外觀檢查。發(fā)現(xiàn)A燃料組件90°方位第六層格架外條帶的三片導向翼脫落（見圖1），其他組件未見異常。二廠立刻起草文件向NNSA匯報，并加強檢查，對整個堆芯剩余未檢查的燃料組件實施外觀檢查，但未見異常。

其中，這個燃料循環(huán)與燃料組件A90°方位相鄰的燃料組件Q已使用4個燃料循環(huán)，隨后的燃料循環(huán)不再使用，卸料后放于乏燃料水池規(guī)定位置；外觀檢查結果表明格架未見異常。后對燃料組件A進行了在離線啜吸檢查，檢查結果無異常。

圖1 AFA-3G標準格架外條帶示意圖及損傷導向翼對應位置Fig.1 Sketch of AFA-3G standard grid strap and damaged guide vanes

這個循環(huán)期間機組一回路冷卻劑中的裂變氣體和裂變產物活度實測值均遠遠低于技術規(guī)范要求（∑gas＜370 000 MBq/t；131Ieq＜4 400 MBq/t）。說明整個堆芯燃料組件處于完整狀態(tài)，燃料組件A只是導向翼損傷，未發(fā)生泄露和其他損傷。

2 燃料組件A第六層格架外條帶的三片導向翼脫落原因及損傷程度分析

燃料組件A是2009年入堆235U富集度3.70%的AFA-3G燃料組件。2010年換料大修堆芯裝料：燃料組件A位于J07位置，裝料步序78步，與該組件90°方位相鄰的燃料組件Q，裝料步序89步，燃料組件Q比燃料組件A后裝。2011年換料大修卸出時已在堆內運行兩個燃料循環(huán)。計劃在機組隨后的循環(huán)繼續(xù)回堆復用。

燃料組件在兩次大修期間位于堆芯，由上部堆內構件和下部堆內構件夾持，其位置固定，基本不發(fā)生移動。也就是說燃料組件的相互刮擦只可能發(fā)生在裝卸料期間。

1）燃料組件A在2010年換料大修裝料前進行了外觀檢查，未見異常。2011年大修卸料后裝料前的外觀檢查發(fā)現(xiàn)的是格架外條帶的上部導向翼脫落，且斷口明顯為舊斷口，無金屬光澤。因此推斷導向翼脫落的時間是在2010年換料大修堆芯裝料期間。

2）2011年大修發(fā)現(xiàn)異常后，對此循環(huán)與燃料組件A90°方位相鄰的燃料組件Q也進行了外觀檢查，格架外條帶未發(fā)現(xiàn)異常，說明燃料組件A格架導向翼脫落不是由于格架之間的鉤掛造成的，而可能是由于燃料組件Q下管座刮擦燃料組件A格架外條帶導向翼所致（下管座的外形尺寸大于格架的外形尺寸）。

3）經反復檢查A燃料組件，未發(fā)現(xiàn)脫落導向翼格架的附近燃料棒有損傷，脫落導向翼的格架未損傷到剛凸，機械定位性能未破壞，且該燃料組件的格架外條帶導向翼破損后也已經在堆芯運行了一個循環(huán)，仍然能夠保持相應的定位功能。

3 安全評價及回堆復用

1）導向翼的功能主要是在燃料組件裝卸過程中保持燃料組件之間的導向作用。帶有該缺陷的燃料組件A已歷經一個燃料循環(huán)運行，本次檢查表明燃料棒機械完整性良好，表明該缺陷的存在不會對燃料組件A和整個堆芯的運行安全帶來不可接受的負面影響。

2）外觀檢查可以看到A燃料組件90°方位格架外條帶導向翼的脫落，并沒有形成外伸的毛刺或者異物。通過裝料過程小靴綁的使用和裝料步序的優(yōu)化，燃料組件A導向翼的脫落不會對其他燃料組件的裝卸產生負面影響。

后經設計院分析評價得出以上一致結論。

2011年2月，NNSA審評認為：“格架外條帶的三片導向翼脫落的燃料組件，滿足所有的燃料組件的設計準則。通過采取嚴格控制堆芯裝卸料操作、執(zhí)行機組運行技術規(guī)格書和燃料組件堆內運行行為監(jiān)測，燃料組件在下一個燃料循環(huán)的安全運行是有保障的?！?/p>

根據(jù)NNSA要求，調整燃料組件A的裝卸料步序，避免燃料組件A在裝卸料中造成其本身或相鄰組件額外的損傷。具體采用“后進、后出”的辦法，即在裝料時，與燃料組件A堆芯90°方向相鄰的燃料組件B先入堆；卸料時，與燃料組件A堆芯90°方向相鄰的燃料組件B先出堆。2011年3月燃料組件A安全順利裝入堆芯規(guī)定位置。

4 2012年換料大修驗證

2012年換料大修期間，通過嚴格的卸料操作和監(jiān)督，燃料組件A安全順利地卸出堆芯。卸料采取“后出”方式卸出燃料組件A。燃料組件A和燃料組件B分別為第七步和第十三步卸出堆芯。燃料組件A落后于燃料組件B卸出堆芯。燃料組件A和燃料組件B在堆芯位置相對關系如圖2所示。

2012年3月，二廠在乏燃料水池對燃料組件A及其90°方向相鄰燃料組件B進行了水下電視外觀檢查。燃料組件A的90°方向相鄰燃料組件B各個格架外條帶完整，未見異常。

與L207換料大修期間發(fā)現(xiàn)10組組件存在格架導向翼破損的情況對比可見，燃料組件A經歷一個循環(huán)后，外觀未發(fā)生異常變化。

圖2 燃料組件A和燃料組件B在堆芯位置相對位置Fig.2 The comparative position of fuel assembly A and B

自2011年3月機組達到滿功率至2012年3月機組與電網解列，整個循環(huán)期間機組一回路冷卻劑中的裂變氣體和裂變產物活度實測最大值為∑gas＝12.89 MBq/t；131Ieq＝1.845 MBq/t，遠遠低于技術規(guī)范要求（∑gas＜370 000 MBq/t；131Ieq＜4 400 MBq/t）。說明整個堆芯燃料組件處于完整狀態(tài)。本循環(huán)WANO燃料可靠性指標（FRI）均為0.037 Bq/g，處于WANO先進值水平。

在2012年大修卸料期間對燃料組件A等燃料組件進行了在線啜吸檢查，檢查結果無異常。也證明全堆燃料組件處于完整狀態(tài)。

5 結論

燃料組件A的2012年大修外觀檢查與2011年大修外觀檢查圖像對比，表明組件外觀沒有發(fā)生異常變化。2012年大修期間對A燃料組件及其90°方向相鄰燃料組件進行了外觀檢查。結果表明都處于完整狀態(tài)，本循環(huán)裝卸料期間均未發(fā)生組件刮擦。一回路放化分析跟蹤和2012年大修卸料期間在線啜吸表明整個堆芯燃料組件處于完整狀態(tài)。證明本燃料循環(huán)堆芯無燃料破損。

按照推斷燃料組件A在2011年大修發(fā)現(xiàn)導向翼損傷時已經在堆芯“帶傷”運行一個循環(huán)，然后回堆復用。2012年大修卸料時，燃料組件A已經在堆芯“帶傷”運行兩個循環(huán)。對于燃料組件A回堆復用的整個跟蹤過程和檢查結果，為此類型導向翼損傷燃料組件的回堆復用提供參考，為探索同類型燃料組件導向翼損傷后的回堆復用和標準制定提供案例支持。

[1] 張興田，何明智.核燃料管理人員崗位必讀[R].浙江海鹽：核電秦山聯(lián)營有限公司，2008.（ZHANG Xing-tian，HE Ming-zhi. Fuel manager manual[R]. Haiyan of Zhejiang Prov：NPQJVC，2008.）

Discussion on the Re-irradiated Fuel Assembly with Damaged Guide Vanes

LI Li-gang
(CNNC Nuclear Power Operations Management Co., Ltd., Haiyan of Zhejiang Prov.314300,China)

In January2 011, during the second plant of CNNC Nuclear Power Operations Management Co., Ltd.(hereinafter referred to as the second plant) refueling outage, the visual inspection found the guide vanes of fuel assembly A had felling off. After the National Nuclear Safety Administration (NNSA) estimated and approved, the fuel assembly A was reloaded in the specified location of reactor core. During the refueling outage in March2 012, the fuel assembly A was removed again from the reactor core. Visual inspection confirmed that the fuel assembly A was complete and without abnormal changes. The practice provides reference for re-irradiated of fuel assembly with the same type of damaged guide vanes, and provides case support for standard development for the same type of re-irradiated fuel assembly with damaged guide vanes.

fuel assembly；grid；guide vanes；visual inspection；re-irradiated

TL37 Article character: A Article ID: 1674-1617(2013)04-0360-04

TL37

A

1674-1617(2013)04-0360-04

2013-08-07

李利剛（1981—），男，河北邯鄲人，工程師，本科，主要從事堆芯核燃料管理工作。