陳建新，王學(xué)斌（海南核電有限公司，海南 ?？?570105）

核電廠取消離線啜吸裝置的分析

陳建新，王學(xué)斌
（海南核電有限公司，海南 海口 570105）

文章針對秦山核電二期擴(kuò)建工程和海南核電兩臺核電機(jī)組在離線啜吸裝置選型過程中出現(xiàn)的問題，進(jìn)行了深入的分析，對離線啜吸裝置和UT檢測設(shè)備使用情況進(jìn)行了對比分析，最終取消離線啜吸裝置，為項(xiàng)目投資節(jié)省近千萬元。文章對新建電站類似裝置采購有一定的借鑒意義。

離線；啜吸；UT；裝置

1 背景

2006年，秦山核電二期擴(kuò)建工程開始啟動離線啜吸裝置（乏燃料破損檢測設(shè)備）項(xiàng)目采購活動，但是在市場調(diào)研過程中由于技術(shù)方案原因，采購選型遇到了很大困難。2010年海南核電項(xiàng)目在采購?fù)瑯友b置也遇到類似問題。

1.1 原秦山二期1、2號機(jī)組離線啜吸裝置情況

原秦山二期1、2號機(jī)組離線啜吸裝置由西安核設(shè)備有限公司引進(jìn)法國法瑪通公司技術(shù)制造，其功能是定量檢測破損燃料組件破口的大小。但由于秦山二期機(jī)組運(yùn)行控制較好，目前為止未發(fā)生過燃料組件破損事件，所以系統(tǒng)出廠至今未進(jìn)行過破損組件的檢測，只是進(jìn)行定期維護(hù)，是否能達(dá)到設(shè)計(jì)要求還有待考證。

1.2 擴(kuò)建工程離線啜吸裝置采購要求

擴(kuò)建工程離線啜吸裝置采購技術(shù)規(guī)格書與原1、2號機(jī)組技術(shù)規(guī)格書基本一致，與現(xiàn)1、2號機(jī)組使用設(shè)備功能要求一致。

1.3 使用部門對1、2號機(jī)組離線啜吸裝置的反饋

項(xiàng)目啟動前，為了采購到符合要求的設(shè)備，設(shè)備采購部門咨詢生產(chǎn)使用部門，了解到1、2號機(jī)組設(shè)備使用中存在的問題。

1）原離線啜吸檢測裝置是由國內(nèi)廠家引進(jìn)法國法瑪通公司技術(shù)制造，但設(shè)備的大部分核心部件全部進(jìn)口，一旦損壞，備件的購買可能存在較大困難，技術(shù)支持也存在問題。經(jīng)向AREVA NP公司詢問，原離線啜吸裝置的設(shè)計(jì)廠家已經(jīng)不存在。

2）設(shè)備龐大，部件眾多，內(nèi)部管線布置復(fù)雜，安裝時(shí)出于安全考慮，設(shè)備固定在乏燃料池邊上（靠墻），空間非常有限，給設(shè)備的操作和維修帶來極大困難。

3）由于核電廠至今還沒有發(fā)生過燃料組件破損，該設(shè)備還沒有用于檢測破損組件的實(shí)例，從出廠至今未進(jìn)行過燃料組件破損的定量測量，設(shè)備是否能達(dá)到設(shè)計(jì)要求還有待考證，不確定性較大。

4）定量計(jì)算破口尺寸的軟件是外方開發(fā)的，中方尚未正式使用和驗(yàn)證過，相關(guān)的核心技術(shù)中方?jīng)]掌握。

5）檢測一組破損組件的時(shí)間為2～3 h，時(shí)間較長。

6）對待檢測組件有一定的要求（從堆芯卸出后的5 d內(nèi)），這可能與倒換燃料相關(guān)組件的操作時(shí)間產(chǎn)生沖突。

7）目前世界上較為先進(jìn)的乏燃料破損檢測技術(shù)為超聲波檢測技術(shù)，檢查所需時(shí)間短，靈敏度高。

根據(jù)以上7點(diǎn)，生產(chǎn)使用部門建議擴(kuò)建工程采購乏燃料破損檢測設(shè)備時(shí)考慮用UT檢測設(shè)備替換原1、2號機(jī)組離線檢測裝置。

為了更好地分析問題，下面介紹啜吸裝置的功能和用途。

2 啜吸裝置的功能

為了檢查燃料的完整性，在每次裝卸料過程中，啜吸裝置均啟用。它分為在線和離線兩套設(shè)備。

2.1 在線啜吸裝置

該裝置安裝在反應(yīng)堆廠房的裝卸料機(jī)上，用于檢測燃料組件的破損，每組燃料只要在固定的套筒內(nèi)停留檢測2 min，就可快速地逐束對燃料組件進(jìn)行定性檢測，以查出破損的燃料組件。反應(yīng)堆換料時(shí)，裝卸料機(jī)抓具抓住燃料組件從堆芯提出，組件在套筒內(nèi)上升到上部位置時(shí)，由于燃料組件所受外壓減少，加速了裂變氣體從破損的燃料包殼內(nèi)向外釋放，同時(shí)啜吸檢測裝置的注氣筒從套筒底部注入壓縮空氣，氣流帶出從燃料棒漏出的裂變氣體上升至套筒內(nèi)水面上，位于此處的抽氣管把這部分氣體抽入γ活度測量系統(tǒng)進(jìn)行檢測。

2.2 離線啜吸裝置

該裝置安裝在每臺機(jī)組的燃料廠房內(nèi)，用于定性檢測輻照燃料組件的嚴(yán)密性和定量檢測燃料包殼破損的大小。它可以使核電廠運(yùn)行者減少由于把破損的燃料再次插入反應(yīng)堆而引起的問題，并避免乏燃料轉(zhuǎn)運(yùn)到后處理廠過程中的污染問題。離線啜吸裝置的作用是在燃料組件周圍創(chuàng)造檢測所需的穩(wěn)定的、特定的和可重復(fù)的條件。為了達(dá)到這些條件，把燃料組件裝入啜吸室內(nèi)，啜吸室可將燃料組件隔離，并升高其溫度，加熱通過燃料組件放出的余熱和附加的加熱裝置來實(shí)現(xiàn)。加熱使燃料包殼內(nèi)的壓力升高，如果包殼不嚴(yán)密，就向外排放裂變產(chǎn)物。這些裂變產(chǎn)物隨后被循環(huán)的流體帶走，通過比較加熱前后流體的γ活度，就可以探測裂變產(chǎn)物的存在，從而鑒定出破損燃料，并確定燃料包殼裂紋的大小。設(shè)備具備在線測量與離線測量的功能。在線測量是指在啜吸室筒內(nèi)的水升溫，裂變產(chǎn)物由循環(huán)的流體帶出，氣體流過計(jì)量罐，計(jì)量罐與γ活度測量通道相連提供一個(gè)即時(shí)的讀數(shù)；離線測量是指通過取樣瓶取出的水和氣體送往實(shí)驗(yàn)室分析而實(shí)施的測量。

該裝置在離線啜吸裝置探測到燃料泄漏后啟用，進(jìn)行定量測量。

啜吸試驗(yàn)流程如下：

在反應(yīng)堆運(yùn)行過程中，當(dāng)冷卻劑中裂變產(chǎn)物的活度監(jiān)測并使用計(jì)算機(jī)軟件分析計(jì)算發(fā)現(xiàn)有燃料組件泄漏可能時(shí)，應(yīng)對壓力容器內(nèi)的燃料組件全部進(jìn)行在線啜吸試驗(yàn)，即在卸料同時(shí)，對壓力容器內(nèi)全部燃料組件逐組進(jìn)行在線啜吸試驗(yàn)，以定性地探測出泄漏或懷疑泄漏的組件，將這些組件置于乏燃料水池中的破損燃料組件貯存小室內(nèi)。

在檢測過程中，用啜吸因子f來識別被檢測的燃料組件的漏損情況。

啜吸因子f，即133Xeγ微分計(jì)數(shù)率與本底計(jì)數(shù)率之比，其中本底計(jì)數(shù)率為10組無漏損燃料組件平均測量值：

f≤1.3，燃料無破損；

1.3 ＜f≤3，懷疑燃料有破損；

f＞3，燃料已破損。

后兩者必須進(jìn)行離線啜吸試驗(yàn)測試。

離線啜吸試驗(yàn)主要目的是對在線啜吸試驗(yàn)判斷為泄漏或懷疑泄漏的燃料組件進(jìn)一步定量確定破損程度，為下一步判定被檢組件能否入堆復(fù)用提供依據(jù)。

泄漏破損燃料組件原則上不再入堆復(fù)用，如果確實(shí)需入堆復(fù)用，則必須同時(shí)滿足以下3個(gè)準(zhǔn)則：

1）定量啜吸試驗(yàn)測試計(jì)算出的泄漏燃料組件漏孔當(dāng)量直徑小于35 μm。

2）定量啜吸試驗(yàn)獲得的水樣中，鑭、鋇、鋯、镎等固體裂變產(chǎn)物的含量不出現(xiàn)明顯高出本底的峰值。

3）裝入下一循環(huán)的泄漏燃料組件總數(shù)，要根據(jù)上一循環(huán)末冷卻劑放射性強(qiáng)度以及定量啜吸試驗(yàn)結(jié)果確定。

作為核電廠保守決策考慮，燃料組件出現(xiàn)破損應(yīng)該立即停止使用，定量確定泄漏的當(dāng)量直徑意義不大，作為離線啜吸裝置能夠再次確定燃料破損，該組燃料可以不再回堆處理。所以選擇一個(gè)能快速準(zhǔn)確檢測出破損燃料的裝置顯得更重要。

法國電站前期對此裝置應(yīng)用比較頻繁，創(chuàng)造了較好經(jīng)濟(jì)效益。法國應(yīng)用此套設(shè)備自1977年以來共檢測了507組破損燃料組件，其中的179組重新裝入堆芯使用，在179組組件中的131組運(yùn)行了一個(gè)燃料周期，45組運(yùn)行了兩個(gè)燃料周期，3組運(yùn)行了3個(gè)燃料周期，共節(jié)省8 000萬美元，但目前隨著燃料包殼材質(zhì)提高，出現(xiàn)破損概率大大降低，該設(shè)備應(yīng)用較少。

3 離線啜吸裝置潛在供貨商市場調(diào)研

通過分析啜吸裝置的問題和功能后，設(shè)備采購部門聯(lián)系了擁有較新技術(shù)和設(shè)備的生產(chǎn)企業(yè)，了解到目前已應(yīng)用的最新燃料破損檢測技術(shù)為UT檢查技術(shù)。

經(jīng)過市場調(diào)研，能提供新式乏燃料檢查設(shè)備的廠家有西班牙對華企業(yè)聯(lián)盟、AREVA NP公司、西屋公司等。

3.1 西班牙對華企業(yè)聯(lián)盟UT檢測設(shè)備

2007年，核電廠組織西班牙對華企業(yè)聯(lián)盟對其乏燃料組件破損檢測產(chǎn)品進(jìn)行了技術(shù)交流，詳細(xì)了解UT檢測設(shè)備的工作原理和技術(shù)特點(diǎn)。

西班牙對華企業(yè)聯(lián)盟乏燃料破損檢測設(shè)備（UT檢測設(shè)備），采用目前世界上較常用的UT探頭檢查乏燃料組件，可以快速檢出破損的燃料組件并能具體定位破損的燃料棒，檢測速度較快，一組組件的檢查時(shí)間為3～4 min，一次可以完成組件中每根燃料棒狀態(tài)的檢查，并即時(shí)顯示出結(jié)果，配合裝卸料機(jī)上的在線啜吸裝置使用可以達(dá)到99.8%的檢出率。

其UT檢查設(shè)備優(yōu)點(diǎn)是速度快，可以確定具體破損的燃料棒，結(jié)果即時(shí)顯示，同時(shí)配合另一套修復(fù)設(shè)備，可以更換破損的燃料棒，延長燃料組件的使用壽命，具有較好的經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)該UT設(shè)備為移動設(shè)備，不會影響廠房土建，也可2臺機(jī)組共用一套設(shè)備。

與采購技術(shù)規(guī)格書的偏離為不能測量（或計(jì)算）出燃料棒破口當(dāng)量直徑大小值。

3.2 AREVA NP公司檢查設(shè)備ECHO-330

經(jīng)和AREVA NP公司聯(lián)系，了解到AREVA NP乏燃料破損檢查設(shè)備ECHO-330技術(shù)特點(diǎn)與西班牙設(shè)備基本一致，是目前使用較為廣泛的檢查設(shè)備，優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)偏離與西班牙產(chǎn)品基本一致。

3.3 西屋公司的UT檢查設(shè)備

設(shè)備采購部門也了解到西屋公司也有類似UT檢查設(shè)備產(chǎn)品，由于采購方案還未確定，未與其進(jìn)行接觸聯(lián)系。

3.4 原離線啜吸裝置技術(shù)方案供貨廠家

目前，西安核設(shè)備有限公司與西安核儀器廠合作開發(fā)生產(chǎn)原1、2號離線啜吸檢測裝置設(shè)備（設(shè)計(jì)方案與原1、2號機(jī)組設(shè)備一致），由于原設(shè)計(jì)支持廠家已不存在，西安核設(shè)備有限公司和西安核儀器廠將合作開發(fā)試制整套離線啜吸裝置設(shè)備。

4 兩種裝置方案比較

以上裝置大致可以劃分為兩類，表1將其不同點(diǎn)進(jìn)行一個(gè)全面的對比。

表1 兩種裝置方案比較Table 1 The comparison of two kinds of device

5 選型分析及處理

通過對兩種離線裝置的技術(shù)方案的市場調(diào)研以及特點(diǎn)的比較，采用UT檢測新技術(shù)方案的設(shè)備占優(yōu)，它具有較快的檢測速度、較好的精度，如配合后續(xù)的修復(fù)設(shè)備可以節(jié)約燃料，節(jié)省成本；同時(shí)由于生產(chǎn)廠家較多、產(chǎn)品成熟，較易控制產(chǎn)品質(zhì)量和供貨周期。

但由于擴(kuò)建工程離線啜吸裝置（乏燃料破損檢測設(shè)備）采購技術(shù)規(guī)格書的要求和核電廠燃料管理政策均是在按照M310電站管理制定的，其要求與原1、2號機(jī)組離線啜吸裝置設(shè)備一致，給新技術(shù)設(shè)備的采購帶來困難。

鑒于核燃料管理是核電廠核心任務(wù)，任何相關(guān)改進(jìn)都需要經(jīng)過周密的調(diào)研和完整的分析，確保萬無一失。核電廠組織各部門進(jìn)行了充分的調(diào)研活動。

（1）調(diào)研情況

1）秦山一期的調(diào)研情況

一期目前使用的修復(fù)裝置是從德國購買，集外觀檢查、啜吸裝置、修復(fù)裝置于一體，整個(gè)裝置安裝在一個(gè)獨(dú)立的檢查池內(nèi)，池內(nèi)沒有燃料組件，一期先后進(jìn)行了十幾組燃料組件的修復(fù)，修復(fù)一組燃料組件的時(shí)間大約為36 h，修復(fù)采用的燃料棒為2.4%富集度的燃料棒，修復(fù)后的燃料組件進(jìn)行啜吸、外觀檢查合格后，提交國家核安全局評審。

2）嶺澳項(xiàng)目調(diào)研情況

嶺澳一期采購了一套修復(fù)裝置X310，該裝置由法國提供，采用德國技術(shù)，合同價(jià)300萬法郎（20世紀(jì)90年代價(jià)格），目前暫存在AC廠房，沒有投入使用。嶺澳二期不再采購該設(shè)備。

（2）UT設(shè)備應(yīng)用情況

1）燃料組件修復(fù)設(shè)備應(yīng)用情況

ENUSE的設(shè)備曾用于以下電廠：

西班牙：Almaraz 1, Almaraz 2, Ascó 1, Ascó 2, Vandellós 2 (17×17 RFA)；

比利時(shí)：Doel 4 (17×17 XL)；

法國：Belleville (17×17 XL)。

2）UT檢測設(shè)備應(yīng)用情況

UT技術(shù)已經(jīng)在幾個(gè)核電廠和國家廣泛應(yīng)用，主要用于燃料泄漏檢查。

ENUSA UT 設(shè)備在以下電廠應(yīng)用：

西班牙：ZORITA，Almaraz，Ascó，Vandellós；

英國：SIZEWELL-B；

中國臺灣：馬山電廠。

（3）對土建、機(jī)械設(shè)備接口影響

1）燃料組件修復(fù)設(shè)備對土建接口影響

燃料組件修復(fù)操作在裝卸料機(jī)進(jìn)行,利用核電廠的原有的設(shè)備即可，土建上不需要作變動。

2）UT檢測設(shè)備對土建接口影響

UT檢測是在堆芯卸料后，在乏燃料池進(jìn)行。該設(shè)備放置在乏燃料池中空的格架上。用乏燃料池上的人橋吊將燃料組件吊入U(xiǎn)T檢測設(shè)備中。UT的探頭在棒束通道中移動，與每一束棒接觸，來探測破損組件內(nèi)水的反射，UT設(shè)備不需要對現(xiàn)有土建進(jìn)行變動。

3）燃料組件修復(fù)設(shè)備與其他機(jī)械設(shè)備上的接口

修復(fù)工作在裝卸料機(jī)上進(jìn)行，因此需要對裝卸料的設(shè)計(jì)進(jìn)行評估，如果是標(biāo)準(zhǔn)的裝卸料機(jī)將很有利，可能不需對原裝卸料機(jī)做任何改動。為了安裝和使用修復(fù)設(shè)備，設(shè)備吊裝和人橋吊設(shè)備是必需的，但修復(fù)更換燃料時(shí)則無需人橋吊設(shè)備。

4）UT檢測設(shè)備與其他機(jī)械設(shè)備上的接口

UT檢測在乏燃料池進(jìn)行, 設(shè)備安裝在空格架上，格架的結(jié)構(gòu)根據(jù)檢查修復(fù)需要進(jìn)行重新評估。為了安裝和使用檢測工具,設(shè)備吊裝和人橋吊設(shè)備是必需的。使用UT裝置進(jìn)行檢測時(shí)，需使用人橋吊裝置。

在線啜吸裝置能夠定性判斷燃料組件是否破損，原則上在線啜吸裝置發(fā)現(xiàn)燃件破損后該燃件不再回堆復(fù)用。因此原設(shè)計(jì)的離線啜吸裝置（主要用于定量分析破損燃件的破口當(dāng)量直徑，再考慮對符合要求的破損燃件進(jìn)行復(fù)用）作用不大，核電廠決定取消該套裝置從安全上是不存在的問題。至于今后是否需要集中采購一臺UT檢測設(shè)備在集團(tuán)內(nèi)共享，需要集團(tuán)統(tǒng)一考慮。畢竟UT檢測設(shè)備安裝和使用比較方便，而且不影響現(xiàn)有設(shè)計(jì)。

根據(jù)以上調(diào)研結(jié)論和分析，核電廠向安審當(dāng)局提出申請，建議取消離線啜吸裝置，不久就得到了國家核安全局的正式認(rèn)可。

6 結(jié)束語

經(jīng)過各業(yè)務(wù)部門的共同努力，該問題最終以取消離線啜吸裝置為結(jié)束，為兩個(gè)項(xiàng)目各節(jié)省了1 200萬元投資，應(yīng)該說是從實(shí)際出發(fā)的保守決策。當(dāng)然從長遠(yuǎn)角度考慮該問題不應(yīng)該就此結(jié)束。盡管燃料包殼材質(zhì)逐步改進(jìn)，燃料至今未出現(xiàn)破損，該裝置顯得不重要，但是今后核電廠要實(shí)行長循環(huán)戰(zhàn)略，對燃料的可靠性的考驗(yàn)更嚴(yán)格，局部燃料組件出現(xiàn)破損還是有可能的。燃料破損后是整組報(bào)廢，還是修復(fù)處理再回堆處理，核電廠必須有一個(gè)明確的處理思路，不能到時(shí)再思考此問題。燃料組件局部破損就全部報(bào)廢，經(jīng)濟(jì)上損失可能比較大。建議組件的修復(fù)裝置和UT檢測裝置可以在中核集團(tuán)內(nèi)部為M310同類型機(jī)組備一套，實(shí)現(xiàn)共享，以提高核電廠的經(jīng)濟(jì)效益。

Analysis of Abolishing the Offl ine Sipping Device

CHEN Jian-xin，WANG Xue-bin
(Hainan Nuclear Power Co.，Ltd.，Haikou of Hainan Prov. 570105，China)

Based on the detail analysis of CNNC Qinshan Phase II Expansion Project and Hainan Nuclear Power Plant Offline Sipping Devices selection problems, compared the Offline Sipping Device and the UT Inspection Equipment, plant design finally abolished the Offline Sipping Device, it saved nearly ten million investment. For new plant purchasing similar devices there is certain reference value.

offline；sipping；UT；device

TL37 Article character: A Article ID: 1674-1617(2013)02-0129-05

TL37

A

1674-1617(2013)02-0129-05

2012-03-13

陳建新（1971—），男，湖北人，研究員級高工，核反應(yīng)工程專業(yè)，從事核電站運(yùn)行、技術(shù)支持和經(jīng)驗(yàn)反饋等工作。