分體式控制棒組件換料工藝路線設計

王浩仲 吳水金 楊孔靂 谷繼品 蘇喜平 夏凡 劉川川

摘? 要：現(xiàn)有某反應堆的控制棒組件采取分體式結(jié)構(gòu)，該控制棒組件由控制棒移動體與控制棒外套筒兩部分組成（以下簡稱移動體、外套筒）。移動體與外套筒換料周期不同且二者之間相互獨立，因此二者分開獨立進行更換。該反應堆現(xiàn)有組件換料工藝路線設計基于整體式組件，因此不能滿足分體式控制棒組件的更換需求，因此需對現(xiàn)有工藝路線進行改進，完成分體式控制棒組件的換料流程。現(xiàn)根據(jù)該反應堆現(xiàn)有換料工藝路線，在不影響燃料組件換料以及現(xiàn)有工藝路線上相關設備的基礎上，通過使用現(xiàn)有工藝路線上相關設備，增設相關配套設備，從而完成對分體式控制棒組件的換料操作。設計完成的分體式控制棒組件換料工藝路線，能夠?qū)崿F(xiàn)對控制棒組件的換料操作。

關鍵詞：控控制棒組件? 分體式結(jié)構(gòu)? 換料工藝流程? 路線設計

中圖分類號：TL353.3 ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2020）07（a）-055-04

Abstract： The existing control rod assembly of a reactor adopts a split structure， which consists of two parts： the control rod moving body and the outer sleeve of the control rod （hereinafter referred to as the moving body and the outer sleeve）. The refueling cycle of the mobile body and the outer sleeve is different and they are independent of each other， so they are replaced separately and independently. The design of the refueling process for the existing components of the reactor is based on the integral components， so it can not meet the replacement requirements of the split control rod assembly. Therefore， it is necessary to improve the existing process to complete the refueling process of the split control rod assembly. Now according to the existing refueling process of the reactor， on the basis of not affecting the fuel assembly refueling and related equipment in the existing process， the refueling operation of the split control rod assembly is completed by using related equipment in the existing process and adding related supporting equipment. The designed refueling process of the split control rod assembly can realize the refueling operation of the control rod assembly.

Key Words： Control rod assembly; Split structure; Refueling process flow; Alignment design

1? 控制棒組件

分體式控制棒組件由移動體與外套筒兩部分組成，二者相互獨立。控制棒組件進入堆芯后，外套筒插入小柵板聯(lián)箱保持固定，移動體插入外套筒內(nèi)，在外套筒內(nèi)自由移動。

1.1 移動體

移動體采取棒狀結(jié)構(gòu)，吸收體棒束位于移動體內(nèi)，在反應堆運行時，控制棒移動體插入外套筒內(nèi)，控制棒驅(qū)動機構(gòu)抓取移動體，帶動移動體在豎直方向上移動，改變插入堆芯的深度，從而完成調(diào)節(jié)功率，緊急停堆等作用，移動體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 外套筒

外套筒為筒狀結(jié)構(gòu)，外套筒在堆芯內(nèi)插入小柵板聯(lián)箱保持固定，對組件起定位作用;移動體在外套筒內(nèi)上下移動時，外套筒對移動體起導向作用;同時，外套筒能夠調(diào)節(jié)冷卻劑經(jīng)過控制棒組件的流量以及組件的壓降，外套筒結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.3 分體式結(jié)構(gòu)優(yōu)點

1.3.1 降低堆芯整體高度

當控制棒組件采取整體結(jié)構(gòu)式，組件整體高度包括吸收體棒束的整個工作行程，整體式結(jié)構(gòu)如圖3所示。

當采取分體式結(jié)構(gòu)時，由于移動體與外套筒相互獨立，外套筒高度滿足當移動體位于最高位時，移動體不從外套筒內(nèi)脫出即可，外套筒高度無需包含吸收體棒束的工作行程。外套筒高度降低，組件整體高度降低，堆芯容器的整體高度降低，分體式結(jié)構(gòu)如圖4所示。

1.3.2 提高材料的利用率

移動體與外套筒換料周期不同，外套筒在堆芯內(nèi)周期比移動體長。采取整體式結(jié)構(gòu)時，當吸收體棒束到達壽期末時，整根控制棒組件換出堆芯;當采取分體式結(jié)構(gòu)時，由于吸收體棒束位于移動體內(nèi)，當吸收體棒束到達壽期末，僅需更換移動體部分，外套筒仍能在堆芯內(nèi)繼續(xù)工作;提高了組件外套筒的利用率。

2? 控制棒組件換料工藝路線設計

由于控制棒組件采取分體式結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有組件換料工藝路線不能滿足分體式控制棒組件的換料需求。現(xiàn)設計工藝路線如下。

2.1 外套筒換料工藝路線

2.1.1 新外套筒工藝運輸路線

通過增加專用抓具與外套筒相配合，在新燃料庫房內(nèi)，將二者鎖緊，然后插入廠內(nèi)運輸桶內(nèi)，轉(zhuǎn)運至反應堆大廳參與后續(xù)流程，操作流程見圖5。

2.1.2 堆內(nèi)外換料工藝路線

外套筒隨廠內(nèi)運輸桶轉(zhuǎn)運至反應堆大廳內(nèi)，在裝載機的操作下，將外套筒從廠內(nèi)運輸桶內(nèi)抽出，轉(zhuǎn)移至新組件轉(zhuǎn)換桶內(nèi)。在新組件轉(zhuǎn)換桶內(nèi)，完成對外套筒的加熱。然后將其運至反應堆堆芯內(nèi)。完成更換操作后，新外套筒留在堆芯內(nèi)，乏外套筒與專用抓具鎖緊，運出反應堆堆芯。將乏外套筒運至乏組件轉(zhuǎn)換桶內(nèi)，然后將其送進清洗室進行清洗。完成清洗后，運至乏水池的接收水池，操作流程見圖6。

2.1.3 堆芯內(nèi)具體操作

更換外套筒時，在堆芯內(nèi)具體操作有兩種方案。

方案一：

（1）換料機抓取位于外套筒內(nèi)的移動體，將移動體轉(zhuǎn)移至暫存空位內(nèi)。

（2）轉(zhuǎn)運機將新外套筒連同專用抓具放入裝料提升機后，裝料提升機將其從上限位運至堆芯內(nèi)下限位。

（3）換料機將位于裝料提升機下限位的新外套筒與專用抓具解鎖。

（4）換料機將專用抓具從新外套筒內(nèi)抽出，放至乏外套筒內(nèi)，將專用抓具與乏外套筒鎖緊。

（5）換料機抓取與乏外套筒鎖緊的專用抓具，并將其轉(zhuǎn)移至卸料提升機。

（6）換料機將專用抓具與乏外套筒解鎖，將專用抓具放至新外套筒內(nèi)與新外套筒完成鎖緊。

（7）換料機將與專用抓具鎖緊的新外套筒從裝料提升機轉(zhuǎn)移至堆芯內(nèi)相應位置。

（8）換料機將專用抓具與新外套筒解鎖，將專用抓具從新外套筒內(nèi)抽出，轉(zhuǎn)移至位于卸料提升機的乏外套筒內(nèi)，將其與乏外套筒鎖緊。

（9）換料機將位于暫存空位的移動體放回新外套筒內(nèi)，外套筒更換操作完成。

操作過程見圖7所示。

方案二：

（1）換料機抓取位于外套筒內(nèi)的移動體，將移動體轉(zhuǎn)移至暫存空位內(nèi)。

（2）轉(zhuǎn)運機將新外套筒連同專用抓具放入裝料提升機后，裝料提升機將其從上限位運至堆芯內(nèi)下限位。

（3）換料機將位于裝料提升機下限位的新外套筒與專用抓具轉(zhuǎn)移至堆內(nèi)預留空位2，在預留空位2內(nèi)將專用抓具與新外套筒解鎖。

（4）換料機將專用抓具從新外套筒內(nèi)抽出，放至乏外套筒內(nèi)，將專用抓具與乏外套筒鎖緊，將其轉(zhuǎn)移至堆內(nèi)預留空位3。

（5）換料機將預留空位3內(nèi)的專用抓具與乏外套筒解鎖，將專用抓具放至位于預留空位2內(nèi)新外套筒內(nèi)，與其完成鎖緊。

（7）換料機將與專用抓具鎖緊的新外套筒從預留空位2轉(zhuǎn)移至堆芯內(nèi)相應位置。

（8）換料機將專用抓具與新外套筒解鎖，將專用抓具從新外套筒內(nèi)抽出，轉(zhuǎn)移至位于位于預留空位3乏外套筒內(nèi)，將其與乏外套筒鎖緊，轉(zhuǎn)移至卸料提升機下限位，運出堆芯。

（9）換料機將位于暫存空位的移動體放回新外套筒內(nèi)，外套筒更換操作完成。

操作過程見圖8。

2.1.4 方案對比

方案一與方案二操作方式都能實現(xiàn)外套筒在堆芯內(nèi)的更換，對比優(yōu)點、缺點、異同點見表1。

方案一與方案二均能實現(xiàn)外套筒在堆芯內(nèi)的更換。從安全性角度分析：

方案一中若專用抓具與外套筒解鎖后發(fā)生卡滯現(xiàn)象，由于裝料提升機吊筒內(nèi)不能限制外套筒在豎直方向上移動，則在抽出專用抓具的過程中，存在將外套筒從裝料提升機吊筒內(nèi)帶出的情況。

方案二中，由于外套筒與專用抓具解鎖鎖緊位置位于儲存井內(nèi)進行，外套筒與儲存井內(nèi)預留空位存在鎖緊關系，當專用抓具與外套筒解鎖時，外套筒與儲存井內(nèi)預留空位鎖緊，安全性更高。

因此，推薦選用方案二，在堆芯預留空位處對專用抓具與外套筒進行鎖緊解鎖操作。

2.1.5 乏外套筒工藝運輸路線

乏外套筒與專用抓具運至接收水池之后，操作流程如圖9所示。

2.2 移動體換料工藝路線

2.2.1 新移動體工藝運輸路線

通過增加專用套筒與移動體相配合，在新燃料庫房內(nèi)，操作流程如圖10所示。

2.2.2 堆內(nèi)外換料工藝路線

移動體與鎖緊的專用套筒隨廠內(nèi)運輸桶運至反應堆大廳后，操作流程見圖11。

2.2.3 堆芯內(nèi)換料具體操作

由于更換外套筒時，方案二在堆芯內(nèi)預留了空位用于暫存外套筒，專用套筒外形尺寸與外套筒相同，因此更換移動體時，同樣將專用套筒與移動體先轉(zhuǎn)移至堆芯預留空位內(nèi)進行解鎖與鎖緊操作。

（1）換料機抓取位于外套筒內(nèi)的乏移動體，將乏移動體轉(zhuǎn)移至暫存空位1內(nèi)。

（2）轉(zhuǎn)運機將新移動體連同專用套筒放入裝料提升機后，裝料提升機將其從上限位運至堆芯內(nèi)下限位。

（3）換料機將位于裝料提升機下限位的新移動體與專用套筒，轉(zhuǎn)移至堆芯預留空位2處，將專用套筒與新移動體解鎖。

（4）換料機將新移動體從專用套筒內(nèi)抽出，放至乏移動體所在的外套筒內(nèi)。

（5）換料機將乏移動體從暫存空位1轉(zhuǎn)移至專用套筒內(nèi)，并將乏移動體與專用套筒完成鎖緊。

（6）換料機抓取乏移動體，并將乏移動體連同鎖緊的專用套筒從預留空位2轉(zhuǎn)移至卸料提升機下限位處。

（7）卸料提升機將乏移動體連同專用套筒運出堆芯，移動體完成堆芯內(nèi)換料操作。

操作過程見圖12。

2.2.4 乏移動體工藝運輸路線

乏移動體與專用套筒運至接收水池后，操作流程見圖13。

3? 結(jié)語

控制棒移動體與外套筒的換料工藝路線建立在現(xiàn)有組件換料工藝路線的基礎上，在現(xiàn)有工藝路線內(nèi)增添相應的設備，配合現(xiàn)有工藝路線內(nèi)相關設備從而完成移動體與外套筒的換料操作，增添的設備結(jié)構(gòu)簡單，控制棒組件換料操作與現(xiàn)有工藝路線內(nèi)相關設備兼容，無需改變現(xiàn)有路線上相關設備的布置以及設備的結(jié)構(gòu)，不影響燃料組件的換料流程。因此，該控制棒組件換料工藝路線，能實現(xiàn)分體式控制棒組件的換料操作。

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