重水堆乏燃料传输过程中异常分析及响应

张高伟

摘 要

本文主要讲述了F/M抱卡在乏燃料通道进行乏燃料传输时，由于设备故障导致的异常工况;以及在异常工况下，换料人员需采取何种应急响应措施将乏燃料引入到一个安全、持续冷却的状态。

关键词

F/M料仓;C杆;乏燃料升降斗

中图分类号： TM623       文献标识码： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.19.009

0 概述

正常情况下，乏燃料在传输过程中，会有1～2分钟的时间暴露在空气中;这在设计上是安全的。如果乏燃料在传输时发生中断，使乏燃料长时间暴露在空气中，得不到冷却，则可能会导致燃料包壳破损、裂变产物外泄，造成厂房应急甚至更严重的事件。基于此，本文将对引起中断的部分异常工况及响应进行分析探讨。

1 异常工况分析及响应

F/M进行乏燃料卸载过程中，如果出现料仓无法转动、C杆失效、乏燃料棒束挡块无法回撤或者乏燃料升降斗下降动作失效等异常工况，都会引起中断，从而使乏燃料长时间暴露在空气中。

基于F/M在乏燃料传输的整个过程分析，列举四种常见异常工况进行分析：

（1）料仓无法转动。

（2）C杆失效。

●C杆的位置指示失效;

●C杆机械传动失效。

（3）乏燃料升降斗下降过程中失效。

（4）乏燃料棒束挡块无法回撤。

针对以上可能导致卸料中断的异常工况，下面将逐一详细的分析。

1.1 装卸料机料仓无法转动

卸料过程中燃料在料仓内的位置。

F/M在正常卸料时，料仓中有8根乏燃料棒束，分别存放在B管、D管、L管、N管（F/M有12个管）4个管中，其余的管用于存放各种操作工具。在卸料过程中，F/M已降至堰坝液位，在准备卸料时转动失效，可能导致乏燃料长时间暴露在空气中。

从乏燃料在料仓内的位置可以看出，当转到H管时，能够保证所有燃料完全淹没在水下。因此当乏燃料传输失效时，操纵员应在第一时间将F/M转到H管，确保料仓中的乏燃料都能够得到冷却后，再来解决问题。

料仓转动异常的判断及响应。

当F/M在进行卸载时（SEQ11），转动料仓的过程中，回路程序“CANCEL LOOP”会对乏燃料暴露在空气中的状态进行监视。当出现料仓转动失效时，若4分钟内暴露在空气中的乏燃料不能得到冷却，报警信息将会出现在主控室报警显示屏上;此时，要求换料操纵员尽快采取措施使乏燃料得到冷却。

料仓无法转动时，换料操纵员可重复执行失效步骤，确认料仓驱动状态;若能将料仓管转至目标管，则继续相应的卸料操作，盡快将乏燃料卸入水下。如果失效，料仓管不能转至目标管，则检查料仓转动逻辑;若料仓逻辑不满足，则可以通过旁路相应的逻辑，将料仓转至H管以保证所有的乏燃料没于水下。如果料仓逻辑满足，则可以将料仓驱动切换至手动状态，在手动状态下反方向转动料仓。如果不能转动，操纵员判断球阀是否可以关闭。若球阀可以关闭，则利用料仓重水对乏燃料进行冷去。如果球阀不可关闭，在4分钟后默认应急程序将会出现在主控室报警显示屏上，操纵员应及时按下“START”键执行该应急程序以确保乏燃料得到冷却。

1.2 C杆失效

C杆指示失效。

C杆设计上的机械结构，决定其在失去自动控制的情况下，会按照控制指令失去前的状态持续动作，直至动作终点。如果C杆在回撤过程中出现位置指示失效，料仓燃料棒束有13mm露出水面，此时操纵员需判断，是否需要将料仓转动至H管以保证燃料能够得到充分的冷却。

在确保乏燃料能够得到充足的冷却后，前进和回撤B杆，确认C杆位置指示是否有变化，以判断C杆指示是否失效。如果后续仍有乏燃料需要卸载，在B杆位置指示正常的情况下，则可以用B杆来完成乏燃料的卸载。需要说明的一点是，在利用B杆卸料时乏燃料到位的状态指示灯不会点亮。换料操纵员确认燃料挡块回撤，手动慢速将升降斗下降一定位置后，在确认燃料棒束没有和乏燃料通道相碰后，将乏燃料卸至水下。

C杆机械传动失效。

如果C杆传动失效发生在C杆前进过程中，该对乏燃料棒束将会暴露在空气中。此时，可以利用B杆带动C杆动作的方式，将该对乏燃料棒束卸出至升降斗上。

换料操纵员首先检查球阀状态，检查C杆状态等满足B杆动作的要求，尝试用B杆前进的方式带动C杆前进，将该对乏燃料棒束推至升降斗上。B杆前进过程中必须持续观察棒束在升降斗上的位置，当乏燃料棒束到位指示灯点亮后，立即停止B杆，避免棒束受力变形。

如果利用B杆带动C杆的方式已成功地将一对棒束卸到升降斗上，后续可以用B杆完成卸料。

如果用B杆带动C杆的方式没有成功，为了确保料仓中和乏燃料通道中的乏燃料得到充分的冷却，在乏燃料暴露在空气中超过4分钟后，换料操纵员启动相应的应急冷却程序对乏燃料进行冷却。根据上图装卸料机C杆与球阀的相对位置关系，可以分为如下两种情况进行分别处理：

如果C杆伸出位置在小于1953mm，可以关闭外球阀，使得装卸料机和外球阀之间形成密封腔室。一旦密封腔室形成，装卸料机中的液位可以升起来，通过系统密封回流，保证乏燃料的冷却。

如果C杆位置大于1953mm，此时乏燃料将会处于外球阀内部，球阀不能关闭。同时，由于C杆无法回撤，装卸料机不能和乏燃料通道隔离。此时，乏燃料暴露在空气中时间超过4分钟后，换料操纵员应立即停运系统，隔离装卸料机，启动应急冷却泵，采用管道冷却的方式对乏燃料进行冷却。此种工况将导致装卸料机中的重水降级。后续需制定专门的作业计划来完成乏燃料的卸载。

1.3 乏燃料升降斗故障

乏燃料升降斗故障报警分析与响应。

乏燃料升降斗每次可以携带一对乏燃料棒束。在升降斗带着一对乏燃料棒束下降过程中，燃料棒束在浸入水面之前出现失效时，乏燃料将持续暴露在空气中。此时，换料操纵员在报警出现后，迅速做出正确的分析判断，确定乏燃料棒束停留的位置;并对引起报警的可能原因进行分析，采取及时有效的措施，使乏燃料能够得到充分的冷却。

当升降斗驱动失效时，换料操纵员人员首先通过R-001摄像头观察该房间升降斗运行路径上没有障碍，若有障碍，及时启动应急冷却程序对暴露于空气中的乏燃料进行冷却。其次，检查乏燃料升降斗的下降驱动逻辑是否满足要求;如果不满足相关要求，则可以旁路失效的逻辑后，将乏燃料降至水面以下。如果逻辑条件都满足的情况下，升降斗还是无法下降。此时，换料操纵员可采用主控室手动控制的方式，尝试将乏燃料升降斗降至水下。如果还是不能将升降斗降至水下，则可以尝试手动释放升降斗刹车，依靠乏燃料和升降斗自身重力降至水下。如果还是不能将升降斗降至水面以下，则需要现场操作员进入新燃料装载区，尝试现场手动物理释放乏燃料升降斗刹车。若还是不能使升降斗下降，则现场可以使用操作工具，手动摇动乏燃料升降斗驱动电机，使乏燃料升降斗降至水面以下。

在采取上述措施来处理乏燃料升降斗驱动失效的问题的过程中，如果乏燃料暴露在空去中4分钟后仍没有置于水下，“乏燃料在空气中”报警信息会出现，默认应急处理程序（SEQ54）将会出现在盘台显示器上。换料操纵员在10分钟内，确认引用的应急处理程序和系统当前状态正确后，执行该应急程序来保证乏燃料得到充分的冷却。

1.4 乏燃料棒束挡块无法回撤

乏燃料棒束挡板的异常分析与响应。

在卸料过程中，一对乏燃料棒束已推至升降斗上，当乏燃料棒束挡板回撤失效时，此时将会出现自动控制程序失效。操纵员在确认C杆已回撤到位后，可以尝试手动动作燃料棒束挡板。如果燃料棒束挡板能够回撤，则继续执行后续程序，将乏燃料卸至水下;如果燃料棒束挡板不能动作，则可以借取逻辑旁路钥匙，旁路升降斗下降逻辑，手动慢速下降升降斗，同时使用摄像头监视升降斗的位置和乏燃料棒束的状态，在确认乏燃料棒束挡板对棒束没有影响后，将乏燃料卸至水下。

2 結束语

基于上述装卸料机抱卡在乏燃料通道进行乏燃料卸载的异常工况分析，若发生上述四种异常的工况，换料人员依据应急处理逻辑，采取及时有效的响应措施，可以将乏燃料棒束引入到一个持续冷却的安全状态。

参考文献

[1]邹正宇.CANDU-6 核电厂系统与运行[M].北京：中国原子能出版社.