裝卸料機國產化實踐與推廣

袁 巍 李 均 葉陽春 周 洋（中國核電工程有限公司，北京 100840）

0 引言

裝卸料機是壓水堆核電站反應堆廠房的重要裝卸料操作設備。 它位于反應堆水池和換料水池的上方，實現將新燃料組件裝入反應堆壓力容器內，將乏燃料組件從反應堆壓力容器內轉運至換料水池中燃料轉運裝置上的操作。裝卸料機不僅作為燃料轉運的設備，還作為燃料組件檢查、控制棒鎖緊與解鎖操作的平臺為停堆換料操作提供更多的輔助工作[1]。

裝卸料機的重要性在于它是核電站每次停堆換料在堆芯操作燃料組件的唯一設備，而且占用停堆換料的主線時間。 裝卸料機設備的操作性、穩定性和可靠性直接影響到核電站停堆換料總時長。對于核電站來說，通過控制裝卸料機換料操作的總時長，縮短停堆換料時間，增加核電站發電時間，其重要性也就不言而喻了。

裝卸料機自我國新建第一座壓水堆核電站就開始了國產化之路。 后續經過自行設計的60 萬千瓦機組核電站裝卸料機的研發，逐步實現了裝卸料機的國產化。 隨著使用者要求的變化，裝卸料機國產化過程也經歷了一段曲折。 在M310 堆型的核電站中，部分核電站認為國產化裝卸料機還存在一些問題，相繼采購了國外設計的裝卸料機。國內裝卸料機設計單位獲知此情況后，積極投入研發力量，對裝卸料機進行持續性改進。 隨著華龍一號核電站的建設，裝卸料機國產化又進一步加快了步伐[2]。

裝卸料機國產化對于中國高速發展的科技與經濟水平已經不是一件困難的事情。設備的國產化能夠滿足國內核電站發展的需要，同時也能為現有核電站中的設備提供良好的技術保障和維修服務。隨著新的國產化設備的使用，對于較早設計制造的裝卸料機也迎來了設備的更新換代，設備的升級改造也會得益于國產化設備的進步。

1 裝卸料機設備國產化指導思想

國產化裝卸料機的進程是一步步實現的。 為提高國產化裝卸料機的性能和安全水平， 就應對現有核電站設備運行經驗進行了解， 并形成反饋經驗在設計中體現出來。 裝卸料機國產化體現在設備的全部國產化，包括從設計一直到最終用戶的應用，由國內技術負責完成所有的工作。 國產化裝卸料機還應體現在設備的性能可靠， 保證操作安全性和可靠性是值得信賴的。

通過對現有堆型裝卸料機的國產化， 進一步延伸到以M310 堆型、華龍一號、ACP100 等堆型的設備上，將產品能夠系列化、標準化，形成一套“標準型”產品。 對于其他類型核電站或后處理項目裝卸料設備，在操作堆型類似、工藝操作類似的條件下可以通過設備結構的適應設計，實現國產化。 圖1 為已經國產化設計的裝卸料機。

2 裝卸料機實踐之路

裝卸料機國產化之初是通過消化吸收國外同類設備的結構及控制要求實現裝卸料機國產化。國產化之路向來就不是一條平坦之路，早期的這些設備在設計和制造上或多或少地存在一些問題。這些問題既反映出國產化設備的不成熟，也反映出國外設計的設備在結構上也有其不合理之處。

裝卸料機國產化過程中遇到的問題表現在設計的結構與操作要求同實際操作之間存在不一致的地方。裝卸料機國產化設計之初是基于國外同類產品是成熟的設備，對于裝卸料機在裝卸料過程中實際遇到的問題考慮不夠細致。 所以，在國產化的過程中設備的不斷改進是提高裝卸料機性能的有效手段。

圖1 國產化裝卸料機

目前，核電行業各集團的設計單位大多參與實施過裝卸料機的國產化設計。中核集團的中國核電工程有限公司對裝卸料機的國產化是從秦山二期核電項目開始的。 通過在試驗樣機上進行一系列針對性試驗，成功應用在秦山二期核電項目中。在此基礎上，又繼續開展了全自動數控裝卸料機的研制。通過優化結構，提升控制系統提高裝卸料機的性能。 自華龍一號核電項目啟動以來，裝卸料機國產化再次提到日程上來。 不僅對華龍一號項目裝卸料機的本體結構，而且對輔助單軌吊也進行了國產化。 通過各單位不斷努力，裝卸料機所有設計和制造均實現了國產化。

在華龍一號裝卸料機國產化過程中，因為設計工期緊，無法開展科研研制工作。針對設計參數的變化，通過建立裝卸料機三維模型，提高設計效率。 為驗證華龍一號輔助單軌吊進行國產化，開展了與裝卸料機并行設計，實現了自主研發與制造的能力。 為華龍一號裝卸料機應用在華龍一號上奠定了堅實的基礎。

3 裝卸料機實踐經驗

華龍一號裝卸料機是在M310 堆型裝卸料機發展而來的。 通過對M310 堆型裝卸料機使用經驗反饋，制造經驗總結，以及設計上認知的提高，對裝卸料機的結構細節進行了重新設計。這些結構的變化將改善裝卸料機的運行狀況和操作抓具的安全性與可靠性。例如，通過對抓具局部受力分析，改善抓具動作時的受力集中點， 減小內部滑動體的相互摩擦狀態，增加了抓具的容錯性；根據華龍一號裝卸料機伸縮套筒的變化，配置適合的平衡重，確保燃料組件受力不大于規定值； 改變氣路氣管在固定套筒上的安裝形式，減小意外剮蹭情況的發生。這些設計上的改變均來自以前國產化裝卸料機的實踐經驗和設計水平的提高。

裝卸料機作為機電一體化設備，除了結構上的改進，在工藝和控制系統上的改進也是極其必要的。 裝卸料機的工藝優化體現在消減了不必要和過于保守的聯鎖要求，提高裝卸料機運行效率。 工藝上充分考慮運行安全的前提下，增加高速運行區域；根據新堆型布置，按操作位置設定了偏移法裝卸燃料組件的位置。 電控系統采用了現階段最成熟的設計，確保操作的穩定性和可靠性。

裝卸料機制造是體現裝卸料機性能的重要階段。裝卸料機制造工藝的趨于完善為制造的產品提供了可靠保障。在裝卸料機制造過程中就曾因為對制造工藝的不正確理解，使得設備運行產生了不可糾正的偏差。制造廠通過經驗的總結，進一步規范了工藝要求，使得產品質量有了很大的提升。

裝卸料機的調試經驗來自制造廠的經驗和現場經驗。 制造廠內調試主要是實現裝卸料機功能，對設備具體使用條件一般不會去進行模擬。現場調試不僅要實現設備功能， 而且還要模擬現場實際操作情況。這兩者的差別有時會讓裝卸料機呈現出兩種不同的狀態。 針對這個情況，就需要制造廠內建立與現場實際操作工況一致的試驗平臺，消除現場裝卸料機可能產生的故障。

為吸收裝卸料機的實踐經驗，就應建立一套涵蓋設計、制造、安裝、調試和操作流程的溝通機制。 核電站參與裝卸料機運維人員有豐富的使用經驗，他們通過操作、維修和調試設備取得了許多經驗，同時也發現了設備的問題。 現在，各電站之間已經建立了信息共享的機制，所有電站發現的問題都能及時在核電站運維人員之間進行有效溝通，并采取預防措施避免發生類似的問題。那么對于設計人員如何將各電站的使用信息及時收集，并反映在后續設計當中呢？ 對于這個問題，設計人員雖然也主動收集過一些問題，但是對這些問題的理解有時是比較片面的，并沒有有效地分析出問題的根結。這就要求設計人員要積極參與核電站裝卸料機換料操作和維修工作，體會在實際操作過程中出現的問題所在；還要積極參與收集各電站中的問題，將問題的現象與實際原因結合在一起，在設計上做出正確的解決方案。

只有通過從設計、制造、使用者之間有效的信息互通，裝卸料機的發展才能逐步進入到一個新高度。

4 裝卸料機推廣

裝卸料機國產化已經完成了從M310 堆型到華龍一號堆型的推廣。下一步國產化工作將以現役電站設備的升級改造作為工作方向。升級改造的內容是解決裝卸料機出現的故障，以及替換因產品更新換代不再生產的零部件。對現役電站裝卸料機的國產化改造工作，應以操作人員的反饋建議為核心，采取針對性策略解決現實問題。

裝卸料機推廣可以按發展方向歸納為擴展性推廣和延伸性推廣（見圖2）。 擴展性推廣是面對不同類型核電站或設施中的燃料組件操作設備，根據工藝要求和廠房布置實現結構的變化和功能的一致性。 例如，微小堆型采用與頂蓋一體化結構，將裝卸燃料組件的設備懸掛在頂蓋結構上， 作為頂蓋的一部分，實現燃料組件的操作；在后處理設施內，增加裝卸料機設備的功能，不僅能完成燃料組件的操作，而且還能實現容器或相關組件的吊運；在VVER 堆型上，裝卸料機具有獨特結構，能同時實現不同組件的吊裝。 不同運行環境中裝卸料機的多種形式能很好體現出裝卸料機擴展性推廣的美好前景。

延伸性推廣促使裝卸料機不僅在國內廣泛性用，而且能推廣到國外項目上。這種推廣一是依托于國內核電站整體建造水平的提高，能夠開拓國外核電站市場，二是作為成熟的設備為核電站供貨。目前，國外項目使用國產化裝卸料機的項目，僅限于中核集團承建的核電站，但我們相信隨著技術不斷提高，開拓國外市場是指日可待的事情。

5 結語

裝卸料機國產化之路隨著國內核電站的不斷興建發展得越來越成熟，裝卸料機國產化成績斐然。 當然，在肯定成績的同時，也要清醒認識到裝卸料機國產化工作的不足之處。 諸如：設備自動化水平和操作可靠性還有待提高，試驗測試效果還不足以滿足實際操作遇到的特殊情況等問題。 所以，裝卸料機國產化技術水平趕超世界先進水平是應該通過技術進步在實踐中體現出來的。

圖2 裝卸料機推廣內容

裝卸料機國產化的實踐推廣對核電站中其他設備有很好的借鑒意義。根據裝卸料機國產化過程的經驗，設備國產化路線及其指導方向應該考慮如下因素：

（1）根據已掌握的設計經驗，積極獲取現階段運行電站的運行經驗及出現的問題，有針對性地在設計上解決現實問題；

（2）依托核電站的大修和升級改造進行設備的改進，提高設備國產化實施效率；

（3）加強設備工藝研究，對現有設備難以充分實現工藝要求的結構，應進行有效改進；

（4）驗證設計的使用效果，可以通過軟件模擬實現驗證，但驗證應該滿足現場要求才能取得可信的驗證效果；

（5）設備國產化的目標是保證設備在核電站運行中具有安全性和可靠性。

對裝卸料機國產化設備的持續改進是國產化設備做大做強的必由之路。 在設計、制造、調試等各專業的配合下， 裝卸料機國產化的持續改進也會更加深入地開展，使裝卸料機成為更加成熟、可靠的國產化設備。