田灣核電站換料機(jī)工作速度和流程優(yōu)化改進(jìn)

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(jì)中允許以更高的速度進(jìn)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(jī)裝卸料過程中的工作速度、工藝流程進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，以提高裝卸料的速度并使運(yùn)輸工藝更加趨于合理；同時(shí)對優(yōu)化的效果進(jìn)行核算，計(jì)算出每一步優(yōu)化所帶來的時(shí)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(diǎn)以更高的速度抽出/裝入燃料組件、在反應(yīng)堆內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)燃料組件時(shí)采用新的運(yùn)輸位置、攝像桿的旋轉(zhuǎn)包括過運(yùn)輸廊道的角度選擇、三機(jī)構(gòu)同時(shí)動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)。將以上這些優(yōu)化融合到各個(gè)工藝循環(huán)中將產(chǎn)生多種邏輯算法，同時(shí)兼顧原有的安全閉鎖保護(hù)，從而在保障安全可靠的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化。

【關(guān)鍵詞】換料機(jī)；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(jī)

田灣核電站換料機(jī)為俄羅斯生產(chǎn)的МПС-В-428型換料機(jī)，具有多功能、全自動(dòng)化且可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的特點(diǎn)，主要進(jìn)行在堆芯區(qū)域、冷卻水池區(qū)域內(nèi)進(jìn)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(jī)優(yōu)化目標(biāo)

在田灣核電站歷次換料大修中，換料機(jī)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(jī)，在確保換料機(jī)可靠運(yùn)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(jìn)行優(yōu)化，縮短每一步燃料組件的操作時(shí)間，達(dá)到優(yōu)化工期的目標(biāo)。

對換料機(jī)速度、流程的優(yōu)化主要可以從以下幾個(gè)方面實(shí)現(xiàn)：

2.1 提高換料機(jī)提升/下降速度

單個(gè)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(dú)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(dú)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(yùn)輸位置

高運(yùn)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(shí)的位置；

高運(yùn)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(shí)的位置；

低運(yùn)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(shí)的位置；

低運(yùn)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(shí)的位置。

2.3 換料機(jī)行走路線

換料機(jī)在子區(qū)（Z1/Z2/Z3）的行走。

換料機(jī)通過運(yùn)輸廊道的行走。

2.4 計(jì)算機(jī)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(yùn)輸位置的時(shí)間分析

3.1 堆內(nèi)換料機(jī)水平移動(dòng)

堆芯區(qū)域（Z3區(qū)）分為六個(gè)扇區(qū)，在這些扇區(qū)中進(jìn)行換料，理論上換料機(jī)的所有移動(dòng)都準(zhǔn)確地在每一扇區(qū)重復(fù)。以一次大修裝卸料計(jì)劃為例來統(tǒng)計(jì)換料機(jī)水平移動(dòng)的距離。

不帶燃料組件的換料機(jī)移動(dòng)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(yùn)輸位置而降低水平移動(dòng)速度，導(dǎo)致長距離的移動(dòng)時(shí)間大大增加，而短距離的移動(dòng)時(shí)間則沒有變化。

3.2 堆芯區(qū)域換料機(jī)垂直移動(dòng)

不帶燃料組件：引入工作桿低運(yùn)輸位置垂直移動(dòng)節(jié)省時(shí)間：99.5s。

帶TBC-2M組件：引入低運(yùn)輸位置垂直移動(dòng)節(jié)省時(shí)間：62s。

由分析可知：引入低運(yùn)輸位置實(shí)質(zhì)性的節(jié)省了工作桿的垂直移動(dòng)時(shí)間。

4 全進(jìn)全出換料情況下引入高速度的分析

4.1 換料機(jī)堆芯垂直移動(dòng)分析

4.1.1 計(jì)算堆芯燃料組件卸料時(shí)的垂直移動(dòng)時(shí)間

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

分析可知：堆芯燃料組件全部卸出時(shí)，37個(gè)是單個(gè)的，18個(gè)是堆芯圍板旁獨(dú)立的，其余108個(gè)是非獨(dú)立的。

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

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

4.1.2 計(jì)算堆芯燃料組件裝料時(shí)的垂直移動(dòng)時(shí)間

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

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

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(dòng)燃料組件時(shí)，現(xiàn)在速度為2m/min，操作的組件類型為TBC-2M時(shí)，將此速度提高到4m/min。

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

全進(jìn)全出時(shí)需要對163組燃料組件進(jìn)行操作，節(jié)省時(shí)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(dòng)燃料組件時(shí)，現(xiàn)在速度為0.6m/min，操作的組件類型為TBC-2M時(shí)，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(gè)提升或下降過程的節(jié)省時(shí)間均為：217s。堆內(nèi)倒料時(shí)節(jié)省時(shí)間為：19.65h。

7 其它工藝流程優(yōu)化的分析

1）取消換料機(jī)水平移動(dòng)、垂直移動(dòng)期間的間歇

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

2）優(yōu)化換料機(jī)大車、小車的速度曲線

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

3）優(yōu)化攝像桿的轉(zhuǎn)動(dòng)

在大車/小車水平動(dòng)作或工作桿/攝像桿升降動(dòng)作的同時(shí)完成攝像桿的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。共減少4次攝像桿旋轉(zhuǎn)的時(shí)間（旋轉(zhuǎn)實(shí)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(gè)循環(huán)節(jié)省的時(shí)間：100s。

8 小結(jié)

對換料機(jī)工作速度、工藝流程優(yōu)化后，節(jié)省大修核燃料換料的時(shí)間合計(jì)約1.6-2.1天，占換料總時(shí)間的30%以上。由于在大修中整個(gè)卸料、裝料時(shí)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(jì)效益的增加。

9 安全可靠性保障

在提高換料速度的同時(shí)，通過以下措施保障安全：

1）總體結(jié)構(gòu)未變：由于換料機(jī)的優(yōu)化改進(jìn)不涉及到機(jī)械、電氣的總體結(jié)構(gòu)，僅進(jìn)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(jī)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(xiàng)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(jì)單位（俄羅斯水壓機(jī)設(shè)計(jì)院）的評價(jià)和認(rèn)可；新型燃料組件（TBC-2M）的結(jié)構(gòu)保證其速度可以進(jìn)一步提高，并且此速度的提高已在俄羅斯核電站得到驗(yàn)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(jī)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(hù)，并根據(jù)優(yōu)化補(bǔ)充相應(yīng)的閉鎖保護(hù)。

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(jī)可靠性、核燃料組件安全性的同時(shí)，對換料機(jī)工作速度和流程的優(yōu)化改進(jìn)是可以得到實(shí)現(xiàn)和保障的，優(yōu)化改進(jìn)對換料工期的縮短也是明顯的。

[責(zé)任編輯：楊玉潔]