海南核电装卸料技术改进和策略优化

海南核电装卸料技术改进和策略优化

陈杰崔桦楠张利

海南核电有限公司 维修处 海南省 昌江县

摘要：在核电厂，装卸料是一项直接操作昂贵、带高放射性的燃料组件的活动，具有操作难度大、安全风险高的特点，关乎核安全。为确保装卸料安全，同时兼顾效率，海南核电在装卸料系统设备调试阶段，做了一系列技术上的改进，旨在避免人因操作失误可能导致的设备或燃料损坏；在装卸料流程管理上，在参考其他电厂的基础上，我们结合自身特点，开展了一些实施策略上的优化，并在实践工作中得到了检验。

关键字：装卸料；海南核电；改进；优化；策略

引言

压水堆核电厂核燃料每经历一个燃料循环周期后，需要根据下一个燃料循环周期内需要提供的能量以及上一个燃料循环周期末堆芯内燃料组件的燃耗历史（剩余富集度），来确定卸出哪些燃料组件以及装入的燃料组件富集度及相应数量。再根据所选换料方案，在堆芯内重新布置新、旧燃料组件，即装卸料工作。

装卸料操作属于大修关键路径，装卸料所用的时间直接影响大修工期。为保证安全、高效完成装卸料任务，海南核电自设备调试开始便开展了一系列技术改进，在燃料操作实施策略中也尝试了一系列的优化工作。

1. 技术改进

1.1 增加新燃料升降机与人桥吊车之间的联锁

海南核电人桥吊车和新燃料升降机正值安装调试期间，现场发现人桥吊车和新燃料升降机之间没有任何联锁保护，存在以下损坏燃料组件的风险：

在新燃料升降机区域内，新燃料升降机意外上升，导致新燃料升降机燃料舱与新燃料组件意外碰撞，从而导致新燃料组件损坏。

新燃料升降机的燃料舱不在全下位时，人桥吊车带着新燃料组件意外向新燃料升降机移动，导致新燃料升降机燃料舱与新燃料组件意外碰撞，从而导致新燃料组件损坏。

为了避免上述情况，我们提出增加新燃料升降机与人桥吊车之间的联锁以及增加相应电缆的技术改进申请，并最终得到设计院同意，联锁功能要求如下：

人桥吊车位于新燃料升级机区域时，新燃料升降机不允许上升。

新燃料升降机料仓不在全下位时，人桥吊车不允许驶入新燃料升降机区域。

1.2 人桥吊车技术改进

在查阅人桥吊车技术文件时，发现缺少以下重要保护功能，立即发起相应设计变更申请，并得到设计院同意。

1)保留2t模式松绳保护功能

在核电厂运行模式下用于应急，以及转运仓水闸门等检修时的吊装。主提升对应的松绳保护应继续保留，因此，建议变更相应PLC相应程序段。

2)联锁旁路的模式下增加载荷限制功能

联锁旁路用于应急模式的燃料操作。载荷限制器保护在应急模式下燃料组件过载时不能上升，从而保护燃料组件的安全。根据当时电气原理图，设计缺少载荷限制保护。建议增加载荷限制器过载保护功能，增加相应电缆。

3)联锁旁路的模式下增加防撞功能。

联锁旁路用于应急模式的燃料操作。人桥吊车与辅助吊车的防撞保护功能用于确保应急模式下燃料操作时人桥吊车与辅助吊车不相撞。根据当时电气原理图，设计缺少人桥吊车与辅助吊车的防撞保护。建议增加该功能，增加相应电缆。

1.3 装卸料机技术改进

在查阅装卸料机技术文件时，同样发现缺少一些重要保护功能，并立即发起相应设计变更申请，并得到设计院同意。

1)联锁旁路的模式下增加装卸料机大小车前、后、左、右限位功能

联锁旁路用于应急模式的操作。装卸料机大小车前、后、左、右限位是装卸料机的安全行程限位。根据当时电气原理图，联锁旁路屏蔽了大小车前、后、左、右限位功能，存在装卸料机驶出行程边界的安全隐患。建议在联锁旁路回路中增加装卸料机相应限位功能，并增加相应电缆。

2)增加设备维修通道区域

要求在装卸料机上位机增加设备维修通道区域，并在PLC上增加相应区域保护，要求维修通道装卸料机运行速度限制为3m/min。维修通道的功能主要有：

减少联锁旁路的使用。

指定了大修控制棒脱联扣的运行区域，避免控制棒脱联扣期间设备碰撞的风险。

指定了上下部堆内构件吊装的运行路径，避免上、下部堆内构件吊装期间设备碰撞风险。

2. 实施策略优化

通过上述技术改进，从机防的角度进一步提高了操作安全性，避免了很多人因操作失误可能导致的燃料或设备损坏。

核燃料组件经过一个循环的运行后，由于受到中子辐射而引起组件膨胀、伸长，进而使组件产生倾斜变形、弯曲变形和扭曲变形，变形较大的燃料组件会给装料操作带来极大的困难，潜在的安全威胁很大，同时时间上的代价，必然影响电厂的经济效益。因此，从实施策略上，我们进行了优化，综合运用了装卸料机固定套筒旋转1800装料法、小靴帮辅助导向、步序变更、设置关键岗位监护等方法，提高了装卸料效率和操作的安全性。

下面分别说明我们如何运用以上策略来开展装卸料工作的。

2.1 装卸料机固定套筒旋转1800

海南核电101大修装料期间，第28步、94a步、117步燃料组件在堆芯就位过程中报欠载，堆芯下栅格板定位销无法进入定位孔，多次偏移后仍无法正常就位。现场分析因组件在反应堆经历一个循环后，出现一定程度的变形，同时装卸料机固定套筒朝固定方向存在一个固有结构性偏斜（朝90

0和1800侧）。现场讨论后，决定装卸料机固定套筒旋转1800，再次尝试，顺利就位。

2.2 使用小靴帮

海南核电1、2号机每次换料只更换约1/3的燃料，也就是后续燃料会在堆芯经历3个循环，燃料变形量会更大，这样可能会有更多的燃料正位无法就位，需要频繁采用上述旋转1800的方法，这样面临两个问题，一是不一定每次旋转后都能保证顺利就位，二是全部装完后，还要逐个旋转回来，占用大修主线。

有什么办法可以减少使用旋转1800的方法？答案是使用小靴帮——装料专用工具。它可以对燃料组件两个自由面的下管座进行导向，在燃料之间不发生挂擦的前提下，基本可以确保成功就位。

其特点是体积小、重量轻，采用人工操作，利用装卸料机抓取下一组燃料组件的时间间隙，人工将“小靴帮”放置到导向位置，所以使用“小靴帮”不会占用关键路径。

2.3步序变更

装料步序是由技术支持处根据设计院和核安全局有关文件制定的。堆芯装料一般最后10组左右无法使用小靴帮进行辅助导向，根据燃料变形情况，一般需要在装料前对最后10组左右的装料步序进行变更，以避免装料过程中出现组件无法就位的情况时，临时编制方案，耽误大修主线。

步序变更时，要求附加原步序图、变更后步序图、变更后的临时移动变更单等。

2.4 重要岗位监护

我们在关键岗位上设置了监护员，如设置装卸料机监护、人桥吊车监护。监护员主要职责是对关键操作进行独立监护，减少人因失误概率，提高关键操作的安全性。

3. 结论

海南核电从设备调试阶段开始对装卸料系统设备进行了一系列的技术改进，并得到设计院认可，从机防角度增加了必要的联锁保护等操作工艺所必要的功能，提高了操作的安全性，避免了可能的人因失误导致的设备或燃料组件损坏；另一方面，从实施策略上，我们综合运用装卸料机固定套筒旋转1800装料法、小靴帮辅助导向、步序变更、重要岗位监护等方法，进一步提高了装卸料的效率、降低了人因失误的次数。

以上针对装卸料系统的技术改进和策略优化，也得到了海南核电1、2号机组共9次大修装卸料的检验，证明是行之有效的，后续装卸料管理工作可以此基础上，根据实践经验反馈不断进行优化，以持续提高装卸料工作的效率和安全性。

参考文献：

[1]叶阳春，海南昌江核电厂1、2号机组装卸料机设备运行维修手册，CNPE,2013

[2]张磊，海南昌江核电厂1、2号机组装卸料机软件需求分析，CNPE,2012

[3]贾斌，海南昌江核电工程1&2号机组运行维修手册（人桥吊车），上海起重运输机械厂有限公司，2012