重水堆乏燃料傳輸過(guò)程中異常分析及響應(yīng)

張高偉

摘 要

本文主要講述了F/M抱卡在乏燃料通道進(jìn)行乏燃料傳輸時(shí)，由于設(shè)備故障導(dǎo)致的異常工況;以及在異常工況下，換料人員需采取何種應(yīng)急響應(yīng)措施將乏燃料引入到一個(gè)安全、持續(xù)冷卻的狀態(tài)。

關(guān)鍵詞

F/M料倉(cāng);C桿;乏燃料升降斗

中圖分類號(hào)： TM623? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.19.009

0 概述

正常情況下，乏燃料在傳輸過(guò)程中，會(huì)有1～2分鐘的時(shí)間暴露在空氣中;這在設(shè)計(jì)上是安全的。如果乏燃料在傳輸時(shí)發(fā)生中斷，使乏燃料長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中，得不到冷卻，則可能會(huì)導(dǎo)致燃料包殼破損、裂變產(chǎn)物外泄，造成廠房應(yīng)急甚至更嚴(yán)重的事件。基于此，本文將對(duì)引起中斷的部分異常工況及響應(yīng)進(jìn)行分析探討。

1 異常工況分析及響應(yīng)

F/M進(jìn)行乏燃料卸載過(guò)程中，如果出現(xiàn)料倉(cāng)無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)、C桿失效、乏燃料棒束擋塊無(wú)法回撤或者乏燃料升降斗下降動(dòng)作失效等異常工況，都會(huì)引起中斷，從而使乏燃料長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中。

基于F/M在乏燃料傳輸?shù)恼麄€(gè)過(guò)程分析，列舉四種常見(jiàn)異常工況進(jìn)行分析：

（1）料倉(cāng)無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)。

（2）C桿失效。

●C桿的位置指示失效;

●C桿機(jī)械傳動(dòng)失效。

（3）乏燃料升降斗下降過(guò)程中失效。

（4）乏燃料棒束擋塊無(wú)法回撤。

針對(duì)以上可能導(dǎo)致卸料中斷的異常工況，下面將逐一詳細(xì)的分析。

1.1 裝卸料機(jī)料倉(cāng)無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)

卸料過(guò)程中燃料在料倉(cāng)內(nèi)的位置。

F/M在正常卸料時(shí)，料倉(cāng)中有8根乏燃料棒束，分別存放在B管、D管、L管、N管（F/M有12個(gè)管）4個(gè)管中，其余的管用于存放各種操作工具。在卸料過(guò)程中，F(xiàn)/M已降至堰壩液位，在準(zhǔn)備卸料時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)失效，可能導(dǎo)致乏燃料長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中。

從乏燃料在料倉(cāng)內(nèi)的位置可以看出，當(dāng)轉(zhuǎn)到H管時(shí)，能夠保證所有燃料完全淹沒(méi)在水下。因此當(dāng)乏燃料傳輸失效時(shí)，操縱員應(yīng)在第一時(shí)間將F/M轉(zhuǎn)到H管，確保料倉(cāng)中的乏燃料都能夠得到冷卻后，再來(lái)解決問(wèn)題。

料倉(cāng)轉(zhuǎn)動(dòng)異常的判斷及響應(yīng)。

當(dāng)F/M在進(jìn)行卸載時(shí)（SEQ11），轉(zhuǎn)動(dòng)料倉(cāng)的過(guò)程中，回路程序“CANCEL LOOP”會(huì)對(duì)乏燃料暴露在空氣中的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。當(dāng)出現(xiàn)料倉(cāng)轉(zhuǎn)動(dòng)失效時(shí)，若4分鐘內(nèi)暴露在空氣中的乏燃料不能得到冷卻，報(bào)警信息將會(huì)出現(xiàn)在主控室報(bào)警顯示屏上;此時(shí)，要求換料操縱員盡快采取措施使乏燃料得到冷卻。

料倉(cāng)無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，換料操縱員可重復(fù)執(zhí)行失效步驟，確認(rèn)料倉(cāng)驅(qū)動(dòng)狀態(tài);若能將料倉(cāng)管轉(zhuǎn)至目標(biāo)管，則繼續(xù)相應(yīng)的卸料操作，盡快將乏燃料卸入水下。如果失效，料倉(cāng)管不能轉(zhuǎn)至目標(biāo)管，則檢查料倉(cāng)轉(zhuǎn)動(dòng)邏輯;若料倉(cāng)邏輯不滿足，則可以通過(guò)旁路相應(yīng)的邏輯，將料倉(cāng)轉(zhuǎn)至H管以保證所有的乏燃料沒(méi)于水下。如果料倉(cāng)邏輯滿足，則可以將料倉(cāng)驅(qū)動(dòng)切換至手動(dòng)狀態(tài)，在手動(dòng)狀態(tài)下反方向轉(zhuǎn)動(dòng)料倉(cāng)。如果不能轉(zhuǎn)動(dòng)，操縱員判斷球閥是否可以關(guān)閉。若球閥可以關(guān)閉，則利用料倉(cāng)重水對(duì)乏燃料進(jìn)行冷去。如果球閥不可關(guān)閉，在4分鐘后默認(rèn)應(yīng)急程序?qū)?huì)出現(xiàn)在主控室報(bào)警顯示屏上，操縱員應(yīng)及時(shí)按下“START”鍵執(zhí)行該應(yīng)急程序以確保乏燃料得到冷卻。

1.2 C桿失效

C桿指示失效。

C桿設(shè)計(jì)上的機(jī)械結(jié)構(gòu)，決定其在失去自動(dòng)控制的情況下，會(huì)按照控制指令失去前的狀態(tài)持續(xù)動(dòng)作，直至動(dòng)作終點(diǎn)。如果C桿在回撤過(guò)程中出現(xiàn)位置指示失效，料倉(cāng)燃料棒束有13mm露出水面，此時(shí)操縱員需判斷，是否需要將料倉(cāng)轉(zhuǎn)動(dòng)至H管以保證燃料能夠得到充分的冷卻。

在確保乏燃料能夠得到充足的冷卻后，前進(jìn)和回撤B桿，確認(rèn)C桿位置指示是否有變化，以判斷C桿指示是否失效。如果后續(xù)仍有乏燃料需要卸載，在B桿位置指示正常的情況下，則可以用B桿來(lái)完成乏燃料的卸載。需要說(shuō)明的一點(diǎn)是，在利用B桿卸料時(shí)乏燃料到位的狀態(tài)指示燈不會(huì)點(diǎn)亮。換料操縱員確認(rèn)燃料擋塊回撤，手動(dòng)慢速將升降斗下降一定位置后，在確認(rèn)燃料棒束沒(méi)有和乏燃料通道相碰后，將乏燃料卸至水下。

C桿機(jī)械傳動(dòng)失效。

如果C桿傳動(dòng)失效發(fā)生在C桿前進(jìn)過(guò)程中，該對(duì)乏燃料棒束將會(huì)暴露在空氣中。此時(shí)，可以利用B桿帶動(dòng)C桿動(dòng)作的方式，將該對(duì)乏燃料棒束卸出至升降斗上。

換料操縱員首先檢查球閥狀態(tài)，檢查C桿狀態(tài)等滿足B桿動(dòng)作的要求，嘗試用B桿前進(jìn)的方式帶動(dòng)C桿前進(jìn)，將該對(duì)乏燃料棒束推至升降斗上。B桿前進(jìn)過(guò)程中必須持續(xù)觀察棒束在升降斗上的位置，當(dāng)乏燃料棒束到位指示燈點(diǎn)亮后，立即停止B桿，避免棒束受力變形。

如果利用B桿帶動(dòng)C桿的方式已成功地將一對(duì)棒束卸到升降斗上，后續(xù)可以用B桿完成卸料。

如果用B桿帶動(dòng)C桿的方式?jīng)]有成功，為了確保料倉(cāng)中和乏燃料通道中的乏燃料得到充分的冷卻，在乏燃料暴露在空氣中超過(guò)4分鐘后，換料操縱員啟動(dòng)相應(yīng)的應(yīng)急冷卻程序?qū)Ψθ剂线M(jìn)行冷卻。根據(jù)上圖裝卸料機(jī)C桿與球閥的相對(duì)位置關(guān)系，可以分為如下兩種情況進(jìn)行分別處理：

如果C桿伸出位置在小于1953mm，可以關(guān)閉外球閥，使得裝卸料機(jī)和外球閥之間形成密封腔室。一旦密封腔室形成，裝卸料機(jī)中的液位可以升起來(lái)，通過(guò)系統(tǒng)密封回流，保證乏燃料的冷卻。

如果C桿位置大于1953mm，此時(shí)乏燃料將會(huì)處于外球閥內(nèi)部，球閥不能關(guān)閉。同時(shí)，由于C桿無(wú)法回撤，裝卸料機(jī)不能和乏燃料通道隔離。此時(shí)，乏燃料暴露在空氣中時(shí)間超過(guò)4分鐘后，換料操縱員應(yīng)立即停運(yùn)系統(tǒng)，隔離裝卸料機(jī)，啟動(dòng)應(yīng)急冷卻泵，采用管道冷卻的方式對(duì)乏燃料進(jìn)行冷卻。此種工況將導(dǎo)致裝卸料機(jī)中的重水降級(jí)。后續(xù)需制定專門(mén)的作業(yè)計(jì)劃來(lái)完成乏燃料的卸載。

1.3 乏燃料升降斗故障

乏燃料升降斗故障報(bào)警分析與響應(yīng)。

乏燃料升降斗每次可以攜帶一對(duì)乏燃料棒束。在升降斗帶著一對(duì)乏燃料棒束下降過(guò)程中，燃料棒束在浸入水面之前出現(xiàn)失效時(shí)，乏燃料將持續(xù)暴露在空氣中。此時(shí)，換料操縱員在報(bào)警出現(xiàn)后，迅速做出正確的分析判斷，確定乏燃料棒束停留的位置;并對(duì)引起報(bào)警的可能原因進(jìn)行分析，采取及時(shí)有效的措施，使乏燃料能夠得到充分的冷卻。

當(dāng)升降斗驅(qū)動(dòng)失效時(shí)，換料操縱員人員首先通過(guò)R-001攝像頭觀察該房間升降斗運(yùn)行路徑上沒(méi)有障礙，若有障礙，及時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急冷卻程序?qū)Ρ┞队诳諝庵械姆θ剂线M(jìn)行冷卻。其次，檢查乏燃料升降斗的下降驅(qū)動(dòng)邏輯是否滿足要求;如果不滿足相關(guān)要求，則可以旁路失效的邏輯后，將乏燃料降至水面以下。如果邏輯條件都滿足的情況下，升降斗還是無(wú)法下降。此時(shí)，換料操縱員可采用主控室手動(dòng)控制的方式，嘗試將乏燃料升降斗降至水下。如果還是不能將升降斗降至水下，則可以嘗試手動(dòng)釋放升降斗剎車(chē)，依靠乏燃料和升降斗自身重力降至水下。如果還是不能將升降斗降至水面以下，則需要現(xiàn)場(chǎng)操作員進(jìn)入新燃料裝載區(qū)，嘗試現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)物理釋放乏燃料升降斗剎車(chē)。若還是不能使升降斗下降，則現(xiàn)場(chǎng)可以使用操作工具，手動(dòng)搖動(dòng)乏燃料升降斗驅(qū)動(dòng)電機(jī)，使乏燃料升降斗降至水面以下。

在采取上述措施來(lái)處理乏燃料升降斗驅(qū)動(dòng)失效的問(wèn)題的過(guò)程中，如果乏燃料暴露在空去中4分鐘后仍沒(méi)有置于水下，“乏燃料在空氣中”報(bào)警信息會(huì)出現(xiàn)，默認(rèn)應(yīng)急處理程序（SEQ54）將會(huì)出現(xiàn)在盤(pán)臺(tái)顯示器上。換料操縱員在10分鐘內(nèi)，確認(rèn)引用的應(yīng)急處理程序和系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)正確后，執(zhí)行該應(yīng)急程序來(lái)保證乏燃料得到充分的冷卻。

1.4 乏燃料棒束擋塊無(wú)法回撤

乏燃料棒束擋板的異常分析與響應(yīng)。

在卸料過(guò)程中，一對(duì)乏燃料棒束已推至升降斗上，當(dāng)乏燃料棒束擋板回撤失效時(shí)，此時(shí)將會(huì)出現(xiàn)自動(dòng)控制程序失效。操縱員在確認(rèn)C桿已回撤到位后，可以嘗試手動(dòng)動(dòng)作燃料棒束擋板。如果燃料棒束擋板能夠回撤，則繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)程序，將乏燃料卸至水下;如果燃料棒束擋板不能動(dòng)作，則可以借取邏輯旁路鑰匙，旁路升降斗下降邏輯，手動(dòng)慢速下降升降斗，同時(shí)使用攝像頭監(jiān)視升降斗的位置和乏燃料棒束的狀態(tài)，在確認(rèn)乏燃料棒束擋板對(duì)棒束沒(méi)有影響后，將乏燃料卸至水下。

2 結(jié)束語(yǔ)

基于上述裝卸料機(jī)抱卡在乏燃料通道進(jìn)行乏燃料卸載的異常工況分析，若發(fā)生上述四種異常的工況，換料人員依據(jù)應(yīng)急處理邏輯，采取及時(shí)有效的響應(yīng)措施，可以將乏燃料棒束引入到一個(gè)持續(xù)冷卻的安全狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)

[1]鄒正宇.CANDU-6 核電廠系統(tǒng)與運(yùn)行[M].北京：中國(guó)原子能出版社.