浅析秦三厂装卸料机防范LOCA的应对措施

张龙

【摘 要】为防范秦三厂两台重水堆机组在正常的不停堆换料过程中出现LOCA（失去冷却剂事故），秦三厂装卸料机采用了管嘴抱卡安全锁锁紧机构应对管嘴意外解抱、管嘴抱卡泄漏率测试装置应对装卸料机抱卡面与燃料通道端面之间的泄漏量过大，以及重水供给和回流管线上安装过流量阀和止回阀的设计来应对悬链管线的破裂。

【关键词】装卸料机 LOCA 应对措施

1概述

中核运行秦三厂两台机组为加拿大重水堆CANDU-6技术，其特点之一是在机组正常功率运行工况下实现不停堆换料。每台机组各有两台装卸料机负责正常的不停堆换料。两台装卸料机每周换料约14个通道，意味着每台装卸料机每周需要打开燃料通道14次，每次打开通道换料过程约在40分钟左右。在这约40分钟的时间内，可能导致出现LOCA的因素有：（1）装卸料机意外解除抱卡，燃料通道内的冷却剂重水大量泄漏；（2）装卸料机管嘴抱卡部件与燃料通道端部件密封性较差，在换料过程中导致冷却剂重水泄漏；（3）连接装卸料机的重水悬链管线破裂导致燃料通道内的重水冷却剂经装卸料机泄漏。

为避免上述事件的发生，装卸料机在设计上采用了管嘴抱卡安全锁机构、管嘴抱卡密封泄漏率测试装置以及重水管线逆止阀等的设计。

2管嘴抱卡意外解抱的应对措施

装卸料机机管嘴抱卡组件位于装卸料机前部，用于实现装卸料机与燃料通道端部件的连接。为避免燃料通道打开后，出现装卸料机与燃料通道意外解抱导致LOCA的发生，装卸料机采取了管嘴抱卡安全锁锁紧机构的设计：

2.1 管嘴抱卡安全锁锁紧机构

管嘴抱卡安全锁锁紧机构是在机械上避免装卸料机意外解除抱卡从而导致LOCA。管嘴抱卡安全锁锁紧机构是单向、弹簧复位的液压缸机构，位于抱卡机构齿轮齿条下方。设计上当管嘴腔室压力加压到3.79MPa以上时，安全锁锁紧机构活塞开始伸长，直到大约5.86MPa时，活塞和用螺栓连接在下部齿轮齿条下面的挡块啮合，实现抱卡机构的锁紧功能。当压力低于3.79MPa时，活塞在弹簧的作用下缩回，使得齿轮齿条存在动作的可能，机头与端部接头松开。在正常的不停堆换料过程中，燃料通道压力约在10MPa左右，燃料通道打开后，管嘴腔压力将等同于燃料通道压力，确保了安全锁锁紧机构处于锁紧状态。安全锁锁紧机构的设计从机械结构上避免了装卸料机意外解除抱卡导致LOCA的可能性。

2.2电气逻辑设计避免管嘴抱卡意外解抱

对装卸料机的操作控制分为电站计算机DCCY控制程序自动控制和盘台手动操作控制。正常的换料过程由DCCY自动控制。为避免DCCY错发指令或者人员调用了错误的计算机程序指令，装卸料机的解抱需要在计算机自动指令发出后，还需要当值操作人员将解除抱卡的手自动开关置于手动状态，再将抱卡开关置于解抱状态，才能将装卸料机从通道上解除抱卡，相关电气逻辑图如图1所示：

图1：管嘴抱卡解抱回路电气逻辑回路图

3管嘴与燃料通道之间的泄漏

装卸料机与通道端部件之间的密封依靠位于管嘴上的金属静态密封圈。受端部件表面清洁度及装卸料机对中等因素的影响，装卸料机与端部件密封面之间存在一定的泄漏量。为了避免受金属静态密封圈损坏、端部件表面存附异物等因素影响，导致在换料过程中重水泄漏（小LOCA）的情况发生，在每次打开燃料通道之前需要进行管嘴抱卡泄漏率试验。

管嘴抱卡泄漏率试验装置包括一压力变送器3523-PT33、一个放大器和一个监测泄漏率的微分器及相关的泄漏探测阀门3523- MV34#1、MV-34#2、MV33和MV36。压力变送器是双向的，包含一个波纹管组件，一端与装卸料机料仓相连，另一端与管嘴腔室相连。波纹管的挠度与容积排量成正比。通过测量波纹管的挠度，可确定管嘴抱卡的泄漏率。压力变送器由电源/放大器3523-PY33#1供电，放大器产生一个4-20mA的输出信号与波纹管挠度成正比。当没有流量进出变送器时，波纹管处于中间位置，这相当于12mA的信号输出。压力变送器3523-PT33的可测量范围为±2000mL/min。

泄漏率试验的目的是利用计算机通过采样泄漏探测传感器利用最小二乘法计算出一条最佳的反映泄漏趋势直线的斜率。计算机利用下面的方程计算最佳直线斜率：

如果只考虑直线斜率B，则：

在t时刻实际采样值与根据直线斜率计算出的理论值偏差是：

因此，N次取样后偏差的平方是：

对B求导并将结果设置为0，得：

解方程求B得：

将B转换成工程量BC：

正常情况下，计算机每两秒钟取样一次，采样30次。如果泄漏率较大致使计算机某次采样值超过11.8mL，计算机将提前终止泄漏测试。并将结果反馈给换料操纵员，提醒操纵员采取必要措施终止打开燃料通道。

4悬链管线破裂的应对措施

每台装卸料机通过17根软金属重水悬链管线与重水控制系统和重水供给系统连接，悬链管线提供重水流通路径，重水悬链管线可以弯曲拉伸以为装卸料机的上下、前后移动提供可能。在重水悬链管线的下游（靠近装卸料机侧），除去分离器管线（本身有气缸密封）和推杆密封回流管线（流量小，正常情况下≤13.3ml/min）外，每根管线的靠近装卸料机侧都有一止回阀或过流量阀，当管线破裂时，过流量阀或止回阀会自动关闭。以重水回流管线过流量阀3523-V20/V21为例，该过流量阀的动作原理如下：料仓回流管线过流量阀V20，V21阀门型号为VALCOR