淺析秦三廠裝卸料機(jī)防范LOCA的應(yīng)對(duì)措施

張龍

【摘 要】為防范秦三廠兩臺(tái)重水堆機(jī)組在正常的不停堆換料過程中出現(xiàn)LOCA（失去冷卻劑事故），秦三廠裝卸料機(jī)采用了管嘴抱卡安全鎖鎖緊機(jī)構(gòu)應(yīng)對(duì)管嘴意外解抱、管嘴抱卡泄漏率測(cè)試裝置應(yīng)對(duì)裝卸料機(jī)抱卡面與燃料通道端面之間的泄漏量過大，以及重水供給和回流管線上安裝過流量閥和止回閥的設(shè)計(jì)來應(yīng)對(duì)懸鏈管線的破裂。

【關(guān)鍵詞】裝卸料機(jī) LOCA 應(yīng)對(duì)措施

1概述

中核運(yùn)行秦三廠兩臺(tái)機(jī)組為加拿大重水堆CANDU-6技術(shù)，其特點(diǎn)之一是在機(jī)組正常功率運(yùn)行工況下實(shí)現(xiàn)不停堆換料。每臺(tái)機(jī)組各有兩臺(tái)裝卸料機(jī)負(fù)責(zé)正常的不停堆換料。兩臺(tái)裝卸料機(jī)每周換料約14個(gè)通道，意味著每臺(tái)裝卸料機(jī)每周需要打開燃料通道14次，每次打開通道換料過程約在40分鐘左右。在這約40分鐘的時(shí)間內(nèi)，可能導(dǎo)致出現(xiàn)LOCA的因素有：（1）裝卸料機(jī)意外解除抱卡，燃料通道內(nèi)的冷卻劑重水大量泄漏；（2）裝卸料機(jī)管嘴抱卡部件與燃料通道端部件密封性較差，在換料過程中導(dǎo)致冷卻劑重水泄漏；（3）連接裝卸料機(jī)的重水懸鏈管線破裂導(dǎo)致燃料通道內(nèi)的重水冷卻劑經(jīng)裝卸料機(jī)泄漏。

為避免上述事件的發(fā)生，裝卸料機(jī)在設(shè)計(jì)上采用了管嘴抱卡安全鎖機(jī)構(gòu)、管嘴抱卡密封泄漏率測(cè)試裝置以及重水管線逆止閥等的設(shè)計(jì)。

2管嘴抱卡意外解抱的應(yīng)對(duì)措施

裝卸料機(jī)機(jī)管嘴抱卡組件位于裝卸料機(jī)前部，用于實(shí)現(xiàn)裝卸料機(jī)與燃料通道端部件的連接。為避免燃料通道打開后，出現(xiàn)裝卸料機(jī)與燃料通道意外解抱導(dǎo)致LOCA的發(fā)生，裝卸料機(jī)采取了管嘴抱卡安全鎖鎖緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)：

2.1 管嘴抱卡安全鎖鎖緊機(jī)構(gòu)

管嘴抱卡安全鎖鎖緊機(jī)構(gòu)是在機(jī)械上避免裝卸料機(jī)意外解除抱卡從而導(dǎo)致LOCA。管嘴抱卡安全鎖鎖緊機(jī)構(gòu)是單向、彈簧復(fù)位的液壓缸機(jī)構(gòu)，位于抱卡機(jī)構(gòu)齒輪齒條下方。設(shè)計(jì)上當(dāng)管嘴腔室壓力加壓到3.79MPa以上時(shí)，安全鎖鎖緊機(jī)構(gòu)活塞開始伸長，直到大約5.86MPa時(shí)，活塞和用螺栓連接在下部齒輪齒條下面的擋塊嚙合，實(shí)現(xiàn)抱卡機(jī)構(gòu)的鎖緊功能。當(dāng)壓力低于3.79MPa時(shí)，活塞在彈簧的作用下縮回，使得齒輪齒條存在動(dòng)作的可能，機(jī)頭與端部接頭松開。在正常的不停堆換料過程中，燃料通道壓力約在10MPa左右，燃料通道打開后，管嘴腔壓力將等同于燃料通道壓力，確保了安全鎖鎖緊機(jī)構(gòu)處于鎖緊狀態(tài)。安全鎖鎖緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)從機(jī)械結(jié)構(gòu)上避免了裝卸料機(jī)意外解除抱卡導(dǎo)致LOCA的可能性。

2.2電氣邏輯設(shè)計(jì)避免管嘴抱卡意外解抱

對(duì)裝卸料機(jī)的操作控制分為電站計(jì)算機(jī)DCCY控制程序自動(dòng)控制和盤臺(tái)手動(dòng)操作控制。正常的換料過程由DCCY自動(dòng)控制。為避免DCCY錯(cuò)發(fā)指令或者人員調(diào)用了錯(cuò)誤的計(jì)算機(jī)程序指令，裝卸料機(jī)的解抱需要在計(jì)算機(jī)自動(dòng)指令發(fā)出后，還需要當(dāng)值操作人員將解除抱卡的手自動(dòng)開關(guān)置于手動(dòng)狀態(tài)，再將抱卡開關(guān)置于解抱狀態(tài)，才能將裝卸料機(jī)從通道上解除抱卡，相關(guān)電氣邏輯圖如圖1所示：

圖1：管嘴抱卡解抱回路電氣邏輯回路圖

3管嘴與燃料通道之間的泄漏

裝卸料機(jī)與通道端部件之間的密封依靠位于管嘴上的金屬靜態(tài)密封圈。受端部件表面清潔度及裝卸料機(jī)對(duì)中等因素的影響，裝卸料機(jī)與端部件密封面之間存在一定的泄漏量。為了避免受金屬靜態(tài)密封圈損壞、端部件表面存附異物等因素影響，導(dǎo)致在換料過程中重水泄漏（小LOCA）的情況發(fā)生，在每次打開燃料通道之前需要進(jìn)行管嘴抱卡泄漏率試驗(yàn)。

管嘴抱卡泄漏率試驗(yàn)裝置包括一壓力變送器3523-PT33、一個(gè)放大器和一個(gè)監(jiān)測(cè)泄漏率的微分器及相關(guān)的泄漏探測(cè)閥門3523- MV34#1、MV-34#2、MV33和MV36。壓力變送器是雙向的，包含一個(gè)波紋管組件，一端與裝卸料機(jī)料倉相連，另一端與管嘴腔室相連。波紋管的撓度與容積排量成正比。通過測(cè)量波紋管的撓度，可確定管嘴抱卡的泄漏率。壓力變送器由電源/放大器3523-PY33#1供電，放大器產(chǎn)生一個(gè)4-20mA的輸出信號(hào)與波紋管撓度成正比。當(dāng)沒有流量進(jìn)出變送器時(shí)，波紋管處于中間位置，這相當(dāng)于12mA的信號(hào)輸出。壓力變送器3523-PT33的可測(cè)量范圍為±2000mL/min。

泄漏率試驗(yàn)的目的是利用計(jì)算機(jī)通過采樣泄漏探測(cè)傳感器利用最小二乘法計(jì)算出一條最佳的反映泄漏趨勢(shì)直線的斜率。計(jì)算機(jī)利用下面的方程計(jì)算最佳直線斜率：

如果只考慮直線斜率B，則：

在t時(shí)刻實(shí)際采樣值與根據(jù)直線斜率計(jì)算出的理論值偏差是：

因此，N次取樣后偏差的平方是：

對(duì)B求導(dǎo)并將結(jié)果設(shè)置為0，得：

解方程求B得：

將B轉(zhuǎn)換成工程量BC：

正常情況下，計(jì)算機(jī)每兩秒鐘取樣一次，采樣30次。如果泄漏率較大致使計(jì)算機(jī)某次采樣值超過11.8mL，計(jì)算機(jī)將提前終止泄漏測(cè)試。并將結(jié)果反饋給換料操縱員，提醒操縱員采取必要措施終止打開燃料通道。

4懸鏈管線破裂的應(yīng)對(duì)措施

每臺(tái)裝卸料機(jī)通過17根軟金屬重水懸鏈管線與重水控制系統(tǒng)和重水供給系統(tǒng)連接，懸鏈管線提供重水流通路徑，重水懸鏈管線可以彎曲拉伸以為裝卸料機(jī)的上下、前后移動(dòng)提供可能。在重水懸鏈管線的下游（靠近裝卸料機(jī)側(cè)），除去分離器管線（本身有氣缸密封）和推桿密封回流管線（流量小，正常情況下≤13.3ml/min）外，每根管線的靠近裝卸料機(jī)側(cè)都有一止回閥或過流量閥，當(dāng)管線破裂時(shí)，過流量閥或止回閥會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。以重水回流管線過流量閥3523-V20/V21為例，該過流量閥的動(dòng)作原理如下：料倉回流管線過流量閥V20，V21閥門型號(hào)為VALCOR