淺析秦三廠裝卸料機防范LOCA的應對措施

張龍

【摘 要】為防范秦三廠兩臺重水堆機組在正常的不停堆換料過程中出現LOCA（失去冷卻劑事故），秦三廠裝卸料機采用了管嘴抱卡安全鎖鎖緊機構應對管嘴意外解抱、管嘴抱卡泄漏率測試裝置應對裝卸料機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計來應對懸鏈管線的破裂。

【關鍵詞】裝卸料機 LOCA 應對措施

1概述

中核運行秦三廠兩臺機組為加拿大重水堆CANDU-6技術，其特點之一是在機組正常功率運行工況下實現不停堆換料。每臺機組各有兩臺裝卸料機負責正常的不停堆換料。兩臺裝卸料機每周換料約14個通道，意味著每臺裝卸料機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分鐘的時間內，可能導致出現LOCA的因素有：（1）裝卸料機意外解除抱卡，燃料通道內的冷卻劑重水大量泄漏；（2）裝卸料機管嘴抱卡部件與燃料通道端部件密封性較差，在換料過程中導致冷卻劑重水泄漏；（3）連接裝卸料機的重水懸鏈管線破裂導致燃料通道內的重水冷卻劑經裝卸料機泄漏。

為避免上述事件的發生，裝卸料機在設計上采用了管嘴抱卡安全鎖機構、管嘴抱卡密封泄漏率測試裝置以及重水管線逆止閥等的設計。

2管嘴抱卡意外解抱的應對措施

裝卸料機機管嘴抱卡組件位于裝卸料機前部，用于實現裝卸料機與燃料通道端部件的連接。為避免燃料通道打開后，出現裝卸料機與燃料通道意外解抱導致LOCA的發生，裝卸料機采取了管嘴抱卡安全鎖鎖緊機構的設計：

2.1 管嘴抱卡安全鎖鎖緊機構

管嘴抱卡安全鎖鎖緊機構是在機械上避免裝卸料機意外解除抱卡從而導致LOCA。管嘴抱卡安全鎖鎖緊機構是單向、彈簧復位的液壓缸機構，位于抱卡機構齒輪齒條下方。設計上當管嘴腔室壓力加壓到3.79MPa以上時，安全鎖鎖緊機構活塞開始伸長，直到大約5.86MPa時，活塞和用螺栓連接在下部齒輪齒條下面的擋塊嚙合，實現抱卡機構的鎖緊功能。當壓力低于3.79MPa時，活塞在彈簧的作用下縮回，使得齒輪齒條存在動作的可能，機頭與端部接頭松開。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構處于鎖緊狀態。安全鎖鎖緊機構的設計從機械結構上避免了裝卸料機意外解除抱卡導致LOCA的可能性。

2.2電氣邏輯設計避免管嘴抱卡意外解抱

對裝卸料機的操作控制分為電站計算機DCCY控制程序自動控制和盤臺手動操作控制。正常的換料過程由DCCY自動控制。為避免DCCY錯發指令或者人員調用了錯誤的計算機程序指令，裝卸料機的解抱需要在計算機自動指令發出后，還需要當值操作人員將解除抱卡的手自動開關置于手動狀態，再將抱卡開關置于解抱狀態，才能將裝卸料機從通道上解除抱卡，相關電氣邏輯圖如圖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

裝卸料機與通道端部件之間的密封依靠位于管嘴上的金屬靜態密封圈。受端部件表面清潔度及裝卸料機對中等因素的影響，裝卸料機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密封圈損壞、端部件表面存附異物等因素影響，導致在換料過程中重水泄漏（小LOCA）的情況發生，在每次打開燃料通道之前需要進行管嘴抱卡泄漏率試驗。

管嘴抱卡泄漏率試驗裝置包括一壓力變送器3523-PT33、一個放大器和一個監測泄漏率的微分器及相關的泄漏探測閥門3523- MV34#1、MV-34#2、MV33和MV36。壓力變送器是雙向的，包含一個波紋管組件，一端與裝卸料機料倉相連，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，放大器產生一個4-20mA的輸出信號與波紋管撓度成正比。當沒有流量進出變送器時，波紋管處于中間位置，這相當于12mA的信號輸出。壓力變送器3523-PT33的可測量范圍為±2000mL/min。

泄漏率試驗的目的是利用計算機通過采樣泄漏探測傳感器利用最小二乘法計算出一條最佳的反映泄漏趨勢直線的斜率。計算機利用下面的方程計算最佳直線斜率：

如果只考慮直線斜率B，則：

在t時刻實際采樣值與根據直線斜率計算出的理論值偏差是：

因此，N次取樣后偏差的平方是：

對B求導并將結果設置為0，得：

解方程求B得：

將B轉換成工程量BC：

正常情況下，計算機每兩秒鐘取樣一次，采樣30次。如果泄漏率較大致使計算機某次采樣值超過11.8mL，計算機將提前終止泄漏測試。并將結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懸鏈管線破裂的應對措施

每臺裝卸料機通過17根軟金屬重水懸鏈管線與重水控制系統和重水供給系統連接，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的上下、前后移動提供可能。在重水懸鏈管線的下游（靠近裝卸料機側），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側都有一止回閥或過流量閥，當管線破裂時，過流量閥或止回閥會自動關閉。以重水回流管線過流量閥3523-V20/V21為例，該過流量閥的動作原理如下：料倉回流管線過流量閥V20，V21閥門型號為VALCOR