鄭海全

【摘 要】在田灣核電站過渡到長周期換料的過程中，堆芯中逐年使用新型燃料組件替換舊型燃料組件，由于新型燃料組件結(jié)構(gòu)的變化，設(shè)計中允許以更高的速度進行裝卸。為配合田灣核電站長周期換料新型燃料組件的投用，田灣核電站根據(jù)燃料組件類型、換料模式的不同，對換料機裝卸料過程中的工作速度、工藝流程進行優(yōu)化改進，以提高裝卸料的速度并使運輸工藝更加趨于合理；同時對優(yōu)化的效果進行核算，計算出每一步優(yōu)化所帶來的時間節(jié)省。優(yōu)化的主要任務(wù)有：根據(jù)反應(yīng)堆中燃料組件的布置特點以更高的速度抽出/裝入燃料組件、在反應(yīng)堆內(nèi)轉(zhuǎn)運燃料組件時采用新的運輸位置、攝像桿的旋轉(zhuǎn)包括過運輸廊道的角度選擇、三機構(gòu)同時動作的實現(xiàn)。將以上這些優(yōu)化融合到各個工藝循環(huán)中將產(chǎn)生多種邏輯算法，同時兼顧原有的安全閉鎖保護，從而在保障安全可靠的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)最優(yōu)化。

【關(guān)鍵詞】換料機；速度；工藝；優(yōu)化

【Abstract】In the process of transition to refueling for a long period of time in Tianwan Nuclear Power Station， new type of fuel assemblies are replaced with the old type fuel assemblies in the core year by year， due to the changes of new fuel assembly structure， loading and unloading is allowed at a higher speed. To cope with new type of fuel assemblies putting-in-service proactively， the working speed， process is optimized base on the types of refueling mode， and fuel assembly on refueling machine， in order to improve the speed of handling and tend to be more reasonable for the transport process. Accounting for the optimized result， every step the time saved is calculated. Main tasks： Unloading or loading fuel assembly at a higher speed according to the layout characteristics of reactor fuel assembly， adopting the new transport position when fuel assembly is transported to reactor， camera rod rotating optimization includes the choice of the angle through the corridor， three machinery action at the same time. incorporating these optimization into the various operating cycle will produce a wide variety of logic algorithm， in the meantime， using of the original locking protection and increasing the new locking protection as needed must be considered to achieve optimization safely and reliably.

【Key words】Refueling machine； Running speed； Technological process； Optimization

1 換料機

田灣核電站換料機為俄羅斯生產(chǎn)的МПС-В-428型換料機，具有多功能、全自動化且可實現(xiàn)遠程控制的特點，主要進行在堆芯區(qū)域、冷卻水池區(qū)域內(nèi)進行燃料組件和控制棒組件的裝卸、配插及其它相關(guān)操作。

2 換料機優(yōu)化目標

在田灣核電站歷次換料大修中，換料機的控制系統(tǒng)有一些可以優(yōu)化的空間。以長周期換料為契機，在確保換料機可靠運行和相關(guān)燃料組件操作安全系數(shù)不降低的情況下，針對控制系統(tǒng)，對換料過程工作速度和工藝流程進行優(yōu)化，縮短每一步燃料組件的操作時間，達到優(yōu)化工期的目標。

對換料機速度、流程的優(yōu)化主要可以從以下幾個方面實現(xiàn)：

2.1 提高換料機提升/下降速度

單個燃料組件：對于旁邊無其它組件或堆芯圍板的燃料組件裝卸，垂直速度由0.6m/min提高到6m/min；

圍板旁獨立組件：對于旁邊僅有堆芯圍板的燃料組件裝卸，垂直速度由0.6m/min提高到4m/min；

非獨立組件：對于旁邊有其它組件的燃料組件裝卸，垂直速度由0.6m/min提高到1.2m/min。

2.2 降低工作桿運輸位置

高運輸位置（有組件）：工作桿上燃料組件下管座高于工作桿外層端部80mm距離時的位置；

高運輸位置（無組件）：燃料組件抓具端部高于工作桿外層端部80mm距離時的位置；

低運輸位置（有組件）：工作桿上燃料組件下管座高于堆芯燃料組件上管座不小于200mm距離時的位置；

低運輸位置（無組件）：燃料組件抓具端部高于堆芯燃料組件上管座不小于200mm距離時的位置。

2.3 換料機行走路線

換料機在子區(qū)（Z1/Z2/Z3）的行走。

換料機通過運輸廊道的行走。

2.4 計算機軟件和通訊模塊硬件的升級

將現(xiàn)有的系統(tǒng)接口軟件由TenoreNT（Symphony）更換成目前廣泛使用的PGP（Symphony Plus）；升級網(wǎng)絡(luò)處理器和網(wǎng)絡(luò)通訊的接口模塊。

3 堆內(nèi)倒料情況下引入低運輸位置的時間分析

3.1 堆內(nèi)換料機水平移動

堆芯區(qū)域（Z3區(qū)）分為六個扇區(qū)，在這些扇區(qū)中進行換料，理論上換料機的所有移動都準確地在每一扇區(qū)重復(fù)。以一次大修裝卸料計劃為例來統(tǒng)計換料機水平移動的距離。

不帶燃料組件的換料機移動矢量的最長位移是1632mm，帶有燃料組件的最長位移是1057mm。

由于使用工作桿的低運輸位置而降低水平移動速度，導(dǎo)致長距離的移動時間大大增加，而短距離的移動時間則沒有變化。

3.2 堆芯區(qū)域換料機垂直移動

不帶燃料組件：引入工作桿低運輸位置垂直移動節(jié)省時間：99.5s。

帶TBC-2M組件：引入低運輸位置垂直移動節(jié)省時間：62s。

由分析可知：引入低運輸位置實質(zhì)性的節(jié)省了工作桿的垂直移動時間。

4 全進全出換料情況下引入高速度的分析

4.1 換料機堆芯垂直移動分析

4.1.1 計算堆芯燃料組件卸料時的垂直移動時間

一般情況下“反應(yīng)堆全進全出卸料”的分布方案：單個的、堆芯圍板旁獨立的、非獨立的。

分析可知：堆芯燃料組件全部卸出時，37個是單個的，18個是堆芯圍板旁獨立的，其余108個是非獨立的。

燃料組件從堆芯全部卸出的時間計算：按現(xiàn)有算法計算所有燃料組件在堆芯的抽出時間：25.17h。

按優(yōu)化算法計算所有燃料組件（TBC-2M）在堆芯的抽出時間：12.80h。

4.1.2 計算堆芯燃料組件裝料時的垂直移動時間

一般情況下“反應(yīng)堆全進全出裝料”的分布方案：單個的、堆芯圍板旁獨立的、非獨立的。分析可知：堆芯燃料組件全部裝載時，42個是單個的，12個是堆芯圍板旁獨立的，其余109個是非獨立的。

垂直移動采用優(yōu)化速度可使TBC-2M組件的換料時間節(jié)省24.73小時。

5 乏燃料水池TBC-2M引入高速度的分析

在冷卻水池格架內(nèi)垂直移動燃料組件時，現(xiàn)在速度為2m/min，操作的組件類型為TBC-2M時，將此速度提高到4m/min。

堆內(nèi)倒料時一般有48組燃料組件進行更換，節(jié)省時間為：1.47h。

全進全出時需要對163組燃料組件進行操作，節(jié)省時間為：4.98h。

6 堆芯區(qū)域TBC-2M引入高速度的分析

在堆芯區(qū)域組件高度范圍垂直移動燃料組件時，現(xiàn)在速度為0.6m/min，操作的組件類型為TBC-2M時，將此速度提高到1.2m/min。

所以，TBC-2M組件在堆芯卸出、倒換、安裝的過程中，每個提升或下降過程的節(jié)省時間均為：217s。堆內(nèi)倒料時節(jié)省時間為：19.65h。

7 其它工藝流程優(yōu)化的分析

1）取消換料機水平移動、垂直移動期間的間歇

堆內(nèi)倒換每個循環(huán)節(jié)省約30s，卸出組件每個循環(huán)節(jié)省約60s。

2）優(yōu)化換料機大車、小車的速度曲線

堆內(nèi)倒換每個循環(huán)節(jié)省約30s，卸出組件每個循環(huán)節(jié)省約90s。

3）優(yōu)化攝像桿的轉(zhuǎn)動

在大車/小車水平動作或工作桿/攝像桿升降動作的同時完成攝像桿的旋轉(zhuǎn)動作。共減少4次攝像桿旋轉(zhuǎn)的時間（旋轉(zhuǎn)實線）。攝像桿的轉(zhuǎn)速約為0.6轉(zhuǎn)/分，假設(shè)平均每次旋轉(zhuǎn)角度為90°，則每個循環(huán)節(jié)省的時間：100s。

8 小結(jié)

對換料機工作速度、工藝流程優(yōu)化后，節(jié)省大修核燃料換料的時間合計約1.6-2.1天，占換料總時間的30%以上。由于在大修中整個卸料、裝料時間都是占用關(guān)鍵路徑的，換料速度和流程的優(yōu)化也將直接導(dǎo)致大修工期的縮短、經(jīng)濟效益的增加。

9 安全可靠性保障

在提高換料速度的同時，通過以下措施保障安全：

1）總體結(jié)構(gòu)未變：由于換料機的優(yōu)化改進不涉及到機械、電氣的總體結(jié)構(gòu)，僅進行控制模件、軟件的升級，增加了系統(tǒng)的反饋速度，這樣就使得換料機的總體安全可靠性得到保證。

2）符合技術(shù)規(guī)范：所有優(yōu)化事項符合燃料組件的技術(shù)要求，并經(jīng)過反應(yīng)堆裝置和核燃料設(shè)計單位（俄羅斯水壓機設(shè)計院）的評價和認可；新型燃料組件（TBC-2M）的結(jié)構(gòu)保證其速度可以進一步提高，并且此速度的提高已在俄羅斯核電站得到驗證。

3）安全功能不改變：所有的優(yōu)化都是基于對現(xiàn)有換料機執(zhí)行裝卸料操作的工藝邏輯的修改，保留現(xiàn)有的邏輯控制上2取1，保留現(xiàn)有的安全閉鎖和保護，并根據(jù)優(yōu)化補充相應(yīng)的閉鎖保護。

4）操作員熟悉系統(tǒng)：為盡可能排除操作過程中的人因失誤，保留現(xiàn)有系統(tǒng)的操作界面，使操作員易于掌握新系統(tǒng)。

10 結(jié)論

綜上所述，在保證換料機可靠性、核燃料組件安全性的同時，對換料機工作速度和流程的優(yōu)化改進是可以得到實現(xiàn)和保障的，優(yōu)化改進對換料工期的縮短也是明顯的。

[責(zé)任編輯：楊玉潔]