分体式控制棒组件换料工艺路线设计

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　　摘  要：现有某反应堆的控制棒组件采取分体式结构，该控制棒组件由控制棒移动体与控制棒外套筒两部分组成（以下简称移动体、外套筒）。移动体与外套筒换料周期不同且二者之间相互独立，因此二者分开独立进行更换。该反应堆现有组件换料工艺路线设计基于整体式组件，因此不能满足分体式控制棒组件的更换需求，因此需对现有工艺路线进行改进，完成分体式控制棒组件的换料流程。现根据该反应堆现有换料工艺路线，在不影响燃料组件换料以及现有工艺路线上相关设备的基础上，通过使用现有工艺路线上相关设备，增设相关配套设备，从而完成对分体式控制棒组件的换料操作。设计完成的分体式控制棒组件换料工艺路线，能够实现对控制棒组件的换料操作。
　　关键词：控控制棒组件  分体式结构  换料工艺流程  路线设计
　　中图分类号：TL353.3           文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）07（a）-055-04
　　Abstract： The existing control rod assembly of a reactor adopts a split structure， which consists of two parts： the control rod moving body and the outer sleeve of the control rod （hereinafter referred to as the moving body and the outer sleeve）. The refueling cycle of the mobile body and the outer sleeve is different and they are independent of each other， so they are replaced separately and independently. The design of the refueling process for the existing components of the reactor is based on the integral components， so it can not meet the replacement requirements of the split control rod assembly. Therefore， it is necessary to improve the existing process to complete the refueling process of the split control rod assembly. Now according to the existing refueling process of the reactor， on the basis of not affecting the fuel assembly refueling and related equipment in the existing process， the refueling operation of the split control rod assembly is completed by using related equipment in the existing process and adding related supporting equipment. The designed refueling process of the split control rod assembly can realize the refueling operation of the control rod assembly.
　　Key Words： Control rod assembly; Split structure; Refueling process flow; Alignment design
　　1  控制棒组件
　　分体式控制棒组件由移动体与外套筒两部分组成，二者相互独立。控制棒组件进入堆芯后，外套筒插入小栅板联箱保持固定，移动体插入外套筒内，在外套筒内自由移动。
　　1.1 移动体
　　移动体采取棒状结构，吸收体棒束位于移动体内，在反应堆运行时，控制棒移动体插入外套筒内，控制棒驱动机构抓取移动体，带动移动体在竖直方向上移动，改变插入堆芯的深度，从而完成调节功率，紧急停堆等作用，移动体结构如图1所示。
　　1.2 外套筒
　　外套筒为筒状结构，外套筒在堆芯内插入小栅板联箱保持固定，对组件起定位作用;移动体在外套筒内上下移动时，外套筒对移动体起导向作用;同时，外套筒能够调节冷却剂经过控制棒组件的流量以及组件的压降，外套筒结构如图2所示。
　　1.3 分体式结构优点
　　1.3.1 降低堆芯整体高度
　　当控制棒组件采取整体结构式，组件整体高度包括吸收体棒束的整个工作行程，整体式结构如图3所示。
　　当采取分体式结构时，由于移動体与外套筒相互独立，外套筒高度满足当移动体位于最高位时，移动体不从外套筒内脱出即可，外套筒高度无需包含吸收体棒束的工作行程。外套筒高度降低，组件整体高度降低，堆芯容器的整体高度降低，分体式结构如图4所示。
　　1.3.2 提高材料的利用率
　　移动体与外套筒换料周期不同，外套筒在堆芯内周期比移动体长。采取整体式结构时，当吸收体棒束到达寿期末时，整根控制棒组件换出堆芯;当采取分体式结构时，由于吸收体棒束位于移动体内，当吸收体棒束到达寿期末，仅需更换移动体部分，外套筒仍能在堆芯内继续工作;提高了组件外套筒的利用率。 　　2  控制棒组件换料工艺路线设计
　　由于控制棒组件采取分体式结构，现有组件换料工艺路线不能满足分体式控制棒组件的换料需求。现设计工艺路线如下。
　　2.1 外套筒换料工艺路线
　　2.1.1 新外套筒工艺运输路线
　　通过增加专用抓具与外套筒相配合，在新燃料库房内，将二者锁紧，然后插入厂内运输桶内，转运至反应堆大厅参与后续流程，操作流程见图5。
　　2.1.2 堆内外换料工艺路线
　　外套筒随厂内运输桶转运至反应堆大厅内，在装载机的操作下，将外套筒从厂内运输桶内抽出，转移至新组件转换桶内。在新组件转换桶内，完成对外套筒的加热。然后将其运至反应堆堆芯内。完成更换操作后，新外套筒留在堆芯内，乏外套筒与专用抓具锁紧，运出反应堆堆芯。将乏外套筒运至乏组件转换桶内，然后将其送进清洗室进行清洗。完成清洗后，运至乏水池的接收水池，操作流程见图6。
　　2.1.3 堆芯内具体操作
　　更换外套筒时，在堆芯内具体操作有两种方案。
　　方案一：
　　（1）换料机抓取位于外套筒内的移动体，将移动体转移至暂存空位内。
　　（2）转运机将新外套筒连同专用抓具放入装料提升机后，装料提升机将其从上限位运至堆芯内下限位。
　　（3）换料机将位于装料提升机下限位的新外套筒与专用抓具解锁。
　　（4）换料机将专用抓具从新外套筒内抽出，放至乏外套筒内，将专用抓具与乏外套筒锁紧。
　　（5）换料机抓取与乏外套筒锁紧的专用抓具，并将其转移至卸料提升机。
　　（6）换料机将专用抓具与乏外套筒解锁，将专用抓具放至新外套筒内与新外套筒完成锁紧。
　　（7）换料机将与专用抓具锁紧的新外套筒从装料提升机转移至堆芯内相应位置。
　　（8）换料机将专用抓具与新外套筒解锁，将专用抓具从新外套筒内抽出，转移至位于卸料提升机的乏外套筒内，将其与乏外套筒锁紧。
　　（9）换料机将位于暂存空位的移动体放回新外套筒内，外套筒更换操作完成。
　　操作过程见图7所示。
　　方案二：
　　（1）换料机抓取位于外套筒内的移动体，将移动体转移至暂存空位内。
　　（2）转运机将新外套筒连同专用抓具放入装料提升机后，装料提升机将其从上限位运至堆芯内下限位。
　　（3）换料机将位于装料提升机下限位的新外套筒与专用抓具转移至堆内预留空位2，在预留空位2内将专用抓具与新外套筒解锁。
　　（4）换料机将专用抓具从新外套筒内抽出，放至乏外套筒内，将专用抓具与乏外套筒锁紧，将其转移至堆内预留空位3。
　　（5）换料机将预留空位3内的专用抓具与乏外套筒解锁，将专用抓具放至位于预留空位2内新外套筒内，与其完成锁紧。
　　（7）换料机将与专用抓具锁紧的新外套筒从预留空位2转移至堆芯内相应位置。
　　（8）换料机将专用抓具与新外套筒解锁，将专用抓具从新外套筒内抽出，转移至位于位于预留空位3乏外套筒内，将其与乏外套筒锁紧，转移至卸料提升机下限位，运出堆芯。
　　（9）换料机将位于暂存空位的移动体放回新外套筒内，外套筒更换操作完成。
　　操作过程见图8。
　　2.1.4 方案对比
　　方案一与方案二操作方式都能实现外套筒在堆芯内的更换，对比优点、缺点、异同点见表1。
　　方案一与方案二均能实现外套筒在堆芯内的更换。从安全性角度分析：
　　方案一中若专用抓具与外套筒解锁后发生卡滞现象，由于装料提升机吊筒内不能限制外套筒在竖直方向上移动，则在抽出专用抓具的过程中，存在将外套筒从装料提升机吊筒内带出的情况。
　　方案二中，由于外套筒与专用抓具解锁锁紧位置位于储存井内进行，外套筒与储存井内预留空位存在锁紧关系，当专用抓具与外套筒解锁时，外套筒与储存井内预留空位锁紧，安全性更高。
　　因此，推荐选用方案二，在堆芯预留空位处对专用抓具与外套筒进行锁紧解锁操作。
　　2.1.5 乏外套筒工艺运输路线
　　乏外套筒与专用抓具运至接收水池之后，操作流程如图9所示。
　　2.2 移动体换料工艺路线
　　2.2.1 新移动体工艺运输路线
　　通过增加专用套筒与移动体相配合，在新燃料库房内，操作流程如图10所示。
　　2.2.2 堆内外换料工艺路线
　　移动体与锁紧的专用套筒随厂内运输桶运至反应堆大厅后，操作流程见图11。
　　2.2.3 堆芯内换料具体操作
　　由于更换外套筒时，方案二在堆芯内预留了空位用于暂存外套筒，专用套筒外形尺寸与外套筒相同，因此更换移动体时，同样将专用套筒与移动体先转移至堆芯预留空位内进行解锁与锁紧操作。
　　（1）换料机抓取位于外套筒内的乏移动体，将乏移动体转移至暂存空位1内。
　　（2）转运机将新移动体连同专用套筒放入装料提升机后，装料提升机将其从上限位运至堆芯内下限位。
　　（3）换料机将位于装料提升机下限位的新移动体与专用套筒，转移至堆芯预留空位2处，将专用套筒与新移动体解锁。
　　（4）换料机将新移动体从专用套筒内抽出，放至乏移动体所在的外套筒内。
　　（5）换料机将乏移动体从暂存空位1转移至专用套筒内，并将乏移动体与专用套筒完成锁紧。
　　（6）换料机抓取乏移动体，并将乏移动体连同锁紧的专用套筒从预留空位2转移至卸料提升机下限位处。
　　（7）卸料提升机将乏移动体连同专用套筒运出堆芯，移动体完成堆芯内换料操作。
　　操作过程见图12。
　　2.2.4 乏移动体工艺运输路线
　　乏移动体与专用套筒运至接收水池后，操作流程见图13。
　　3  结语
　　控制棒移动体与外套筒的换料工艺路线建立在现有组件换料工艺路线的基础上，在现有工艺路线内增添相应的设备，配合现有工艺路线内相关设备从而完成移动体与外套筒的换料操作，增添的设备结构简单，控制棒组件换料操作与现有工艺路线内相关设备兼容，无需改变现有路线上相关设备的布置以及设备的结构，不影响燃料组件的换料流程。因此，该控制棒组件换料工艺路线，能实现分体式控制棒组件的换料操作。
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