重水堆乏燃料傳輸過程中異常分析及響應

張高偉

摘 要

本文主要講述了F/M抱卡在乏燃料通道進行乏燃料傳輸時，由于設備故障導致的異常工況;以及在異常工況下，換料人員需采取何種應急響應措施將乏燃料引入到一個安全、持續冷卻的狀態。

關鍵詞

F/M料倉;C桿;乏燃料升降斗

中圖分類號： TM623? ? ? ?文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.19.009

0 概述

正常情況下，乏燃料在傳輸過程中，會有1～2分鐘的時間暴露在空氣中;這在設計上是安全的。如果乏燃料在傳輸時發生中斷，使乏燃料長時間暴露在空氣中，得不到冷卻，則可能會導致燃料包殼破損、裂變產物外泄，造成廠房應急甚至更嚴重的事件。基于此，本文將對引起中斷的部分異常工況及響應進行分析探討。

1 異常工況分析及響應

F/M進行乏燃料卸載過程中，如果出現料倉無法轉動、C桿失效、乏燃料棒束擋塊無法回撤或者乏燃料升降斗下降動作失效等異常工況，都會引起中斷，從而使乏燃料長時間暴露在空氣中。

基于F/M在乏燃料傳輸的整個過程分析，列舉四種常見異常工況進行分析：

（1）料倉無法轉動。

（2）C桿失效。

●C桿的位置指示失效;

●C桿機械傳動失效。

（3）乏燃料升降斗下降過程中失效。

（4）乏燃料棒束擋塊無法回撤。

針對以上可能導致卸料中斷的異常工況，下面將逐一詳細的分析。

1.1 裝卸料機料倉無法轉動

卸料過程中燃料在料倉內的位置。

F/M在正常卸料時，料倉中有8根乏燃料棒束，分別存放在B管、D管、L管、N管（F/M有12個管）4個管中，其余的管用于存放各種操作工具。在卸料過程中，F/M已降至堰壩液位，在準備卸料時轉動失效，可能導致乏燃料長時間暴露在空氣中。

從乏燃料在料倉內的位置可以看出，當轉到H管時，能夠保證所有燃料完全淹沒在水下。因此當乏燃料傳輸失效時，操縱員應在第一時間將F/M轉到H管，確保料倉中的乏燃料都能夠得到冷卻后，再來解決問題。

料倉轉動異常的判斷及響應。

當F/M在進行卸載時（SEQ11），轉動料倉的過程中，回路程序“CANCEL LOOP”會對乏燃料暴露在空氣中的狀態進行監視。當出現料倉轉動失效時，若4分鐘內暴露在空氣中的乏燃料不能得到冷卻，報警信息將會出現在主控室報警顯示屏上;此時，要求換料操縱員盡快采取措施使乏燃料得到冷卻。

料倉無法轉動時，換料操縱員可重復執行失效步驟，確認料倉驅動狀態;若能將料倉管轉至目標管，則繼續相應的卸料操作，盡快將乏燃料卸入水下。如果失效，料倉管不能轉至目標管，則檢查料倉轉動邏輯;若料倉邏輯不滿足，則可以通過旁路相應的邏輯，將料倉轉至H管以保證所有的乏燃料沒于水下。如果料倉邏輯滿足，則可以將料倉驅動切換至手動狀態，在手動狀態下反方向轉動料倉。如果不能轉動，操縱員判斷球閥是否可以關閉。若球閥可以關閉，則利用料倉重水對乏燃料進行冷去。如果球閥不可關閉，在4分鐘后默認應急程序將會出現在主控室報警顯示屏上，操縱員應及時按下“START”鍵執行該應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桿設計上的機械結構，決定其在失去自動控制的情況下，會按照控制指令失去前的狀態持續動作，直至動作終點。如果C桿在回撤過程中出現位置指示失效，料倉燃料棒束有13mm露出水面，此時操縱員需判斷，是否需要將料倉轉動至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，前進和回撤B桿，確認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桿來完成乏燃料的卸載。需要說明的一點是，在利用B桿卸料時乏燃料到位的狀態指示燈不會點亮。換料操縱員確認燃料擋塊回撤，手動慢速將升降斗下降一定位置后，在確認燃料棒束沒有和乏燃料通道相碰后，將乏燃料卸至水下。

C桿機械傳動失效。

如果C桿傳動失效發生在C桿前進過程中，該對乏燃料棒束將會暴露在空氣中。此時，可以利用B桿帶動C桿動作的方式，將該對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，檢查C桿狀態等滿足B桿動作的要求，嘗試用B桿前進的方式帶動C桿前進，將該對乏燃料棒束推至升降斗上。B桿前進過程中必須持續觀察棒束在升降斗上的位置，當乏燃料棒束到位指示燈點亮后，立即停止B桿，避免棒束受力變形。

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

如果用B桿帶動C桿的方式沒有成功，為了確保料倉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4分鐘后，換料操縱員啟動相應的應急冷卻程序對乏燃料進行冷卻。根據上圖裝卸料機C桿與球閥的相對位置關系，可以分為如下兩種情況進行分別處理：

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

如果C桿位置大于1953mm，此時乏燃料將會處于外球閥內部，球閥不能關閉。同時，由于C桿無法回撤，裝卸料機不能和乏燃料通道隔離。此時，乏燃料暴露在空氣中時間超過4分鐘后，換料操縱員應立即停運系統，隔離裝卸料機，啟動應急冷卻泵，采用管道冷卻的方式對乏燃料進行冷卻。此種工況將導致裝卸料機中的重水降級。后續需制定專門的作業計劃來完成乏燃料的卸載。

1.3 乏燃料升降斗故障

乏燃料升降斗故障報警分析與響應。

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

當升降斗驅動失效時，換料操縱員人員首先通過R-001攝像頭觀察該房間升降斗運行路徑上沒有障礙，若有障礙，及時啟動應急冷卻程序對暴露于空氣中的乏燃料進行冷卻。其次，檢查乏燃料升降斗的下降驅動邏輯是否滿足要求;如果不滿足相關要求，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，升降斗還是無法下降。此時，換料操縱員可采用主控室手動控制的方式，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，則可以嘗試手動釋放升降斗剎車，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，則需要現場操作員進入新燃料裝載區，嘗試現場手動物理釋放乏燃料升降斗剎車。若還是不能使升降斗下降，則現場可以使用操作工具，手動搖動乏燃料升降斗驅動電機，使乏燃料升降斗降至水面以下。

在采取上述措施來處理乏燃料升降斗驅動失效的問題的過程中，如果乏燃料暴露在空去中4分鐘后仍沒有置于水下，“乏燃料在空氣中”報警信息會出現，默認應急處理程序（SEQ54）將會出現在盤臺顯示器上。換料操縱員在10分鐘內，確認引用的應急處理程序和系統當前狀態正確后，執行該應急程序來保證乏燃料得到充分的冷卻。

1.4 乏燃料棒束擋塊無法回撤

乏燃料棒束擋板的異常分析與響應。

在卸料過程中，一對乏燃料棒束已推至升降斗上，當乏燃料棒束擋板回撤失效時，此時將會出現自動控制程序失效。操縱員在確認C桿已回撤到位后，可以嘗試手動動作燃料棒束擋板。如果燃料棒束擋板能夠回撤，則繼續執行后續程序，將乏燃料卸至水下;如果燃料棒束擋板不能動作，則可以借取邏輯旁路鑰匙，旁路升降斗下降邏輯，手動慢速下降升降斗，同時使用攝像頭監視升降斗的位置和乏燃料棒束的狀態，在確認乏燃料棒束擋板對棒束沒有影響后，將乏燃料卸至水下。

2 結束語

基于上述裝卸料機抱卡在乏燃料通道進行乏燃料卸載的異常工況分析，若發生上述四種異常的工況，換料人員依據應急處理邏輯，采取及時有效的響應措施，可以將乏燃料棒束引入到一個持續冷卻的安全狀態。

參考文獻

[1]鄒正宇.CANDU-6 核電廠系統與運行[M].北京：中國原子能出版社.