摘要：文章主要討論了三門核電一回路取樣系統(tǒng)的特點(diǎn)、與二代核電取樣系統(tǒng)的比較、其自身的優(yōu)點(diǎn)和劣勢(shì)，對(duì)后續(xù)機(jī)組的改進(jìn)具有重要作用。

關(guān)鍵詞：一回路取樣系統(tǒng)；三門核電；取樣盤；事故后取樣；二代核電 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM623 文章編號(hào)：1009-2374（2015）23-0140-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.071

核電廠的水化學(xué)控制是非常重要的，需要時(shí)刻保持特定的要求以確保可用性、安全性、經(jīng)濟(jì)性及達(dá)到運(yùn)行目標(biāo)。而一回路及各輔助系統(tǒng)、安全系統(tǒng)的水化學(xué)會(huì)直接影響反應(yīng)性、系統(tǒng)的腐蝕、核安全相關(guān)的功能，同時(shí)還能夠從中得知燃料的完整性、化容系統(tǒng)的性能。因此一回路取樣系統(tǒng)作為對(duì)一回路主輔系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)起著至關(guān)重要的作用，能夠使操作員和技術(shù)部門評(píng)估當(dāng)前一回路的狀態(tài)。

作為承擔(dān)著這些功能的三門核電的一回路取樣系統(tǒng)（PSS）與傳統(tǒng)二代核電有著許多相似的地方，也有著許多不同，在此就對(duì)三門核電的一回路取樣系統(tǒng)（PSS）的流程及特點(diǎn)進(jìn)行分析。

1 系統(tǒng)取樣點(diǎn)及測(cè)量?jī)?nèi)容

系統(tǒng)取樣點(diǎn)及測(cè)量?jī)?nèi)容如表1和表2所示：

2 液體取樣流程

如圖1，11個(gè)液體取樣點(diǎn)分別來(lái)自表1中的各個(gè)地點(diǎn)，在經(jīng)過(guò)被取樣系統(tǒng)側(cè)的1英寸隔離閥（未在圖中顯示）后進(jìn)入PSS，再經(jīng)由一個(gè)手動(dòng)隔離閥，到下游取樣電磁閥。取樣電磁閥可由主控室或者取樣間的終端進(jìn)行控制，打開該閥門就意味著要對(duì)這一取樣點(diǎn)進(jìn)行取樣。下游管線匯集到一根母管中。進(jìn)入母管后可經(jīng)過(guò)兩條中任意一條管線通過(guò)安全殼進(jìn)入取樣冷卻架，安全殼隔離閥包含殼內(nèi)的核級(jí)電磁閥和殼外的核級(jí)氣動(dòng)閥。液體樣品在取樣冷卻架中由對(duì)應(yīng)的取樣冷卻器進(jìn)行冷卻，之后樣品送入取樣盤或者放化實(shí)驗(yàn)室。在取樣盤中通過(guò)一系列的操作可以獲得各種類型的樣品，同樣在放化實(shí)驗(yàn)室中也可以獲得所需的樣品。

在部分取樣點(diǎn)后由止回閥，這是由于這些取樣點(diǎn)都是相對(duì)低壓的系統(tǒng)，需要防止高壓系統(tǒng)的液體意外混入，更需要防止由于閥門內(nèi)漏的情況導(dǎo)致低壓系統(tǒng)化學(xué)參數(shù)改變。在RCS熱段1和熱段2的取樣點(diǎn)后，各有一段延遲盤管。延遲盤管作用是保證來(lái)自熱段的樣品在安全殼內(nèi)至少有60秒的時(shí)間，以確保N-16有充分的時(shí)間進(jìn)行衰變，減少人員劑量。正常情況下熱段1和熱段2的化學(xué)參數(shù)是一致的，有兩處取樣也是為了保證冗余。電磁閥V012A用于隔離熱段取樣管線和其他取樣管線，當(dāng)該閥門關(guān)閉時(shí)，可以對(duì)熱段取樣的同時(shí)對(duì)其他任一取樣點(diǎn)進(jìn)行取樣而互不干涉。當(dāng)下游某個(gè)取樣管線不可用時(shí)，可開啟V012A，使樣品通過(guò)另一條管線進(jìn)入下游取樣冷卻器，管線具備一定冗余。

進(jìn)入放化實(shí)驗(yàn)室的管線可接入取樣設(shè)備，但是三門核電的意見是這些管線所含液體放射性強(qiáng)，且有取樣盤進(jìn)行取樣，管線進(jìn)入放化實(shí)驗(yàn)室已無(wú)必要，故這些管線的末端將封堵不做使用。

取樣盤對(duì)可以使用在線氫表和在線氧表對(duì)液體樣品進(jìn)行的溶解氫和溶解氧進(jìn)行持續(xù)的監(jiān)測(cè)，也可以通過(guò)一系列的工藝過(guò)程獲得6種樣品：（1）加壓液體樣品（75cc）；（2）降壓液體樣品（60/250/1000cc）；（3）液體取樣脫氣后未稀釋樣品（4cc）；（4）液體取樣脫氣后1000∶1稀釋樣品（10cc）；（5）液體取樣脫氣后未稀釋氣體樣品（14cc）；（6）液體樣品脫氣后稀釋氣體樣品（14cc）。

其中：（1）加壓液體樣品使用不銹鋼瓶取樣，樣品未經(jīng)過(guò)降壓而與被取樣系統(tǒng)壓力保持一致，該樣品可用于γ光譜分析和總活度的檢測(cè)。該樣品在正常運(yùn)行時(shí)取樣，事故后放射性過(guò)強(qiáng)一般不進(jìn)行取樣；（2）降壓液體樣品通過(guò)了降壓閥的降壓，達(dá)到常壓，這部分的樣品取出后可用于各種類型的化學(xué)分析。該樣品也是正常運(yùn)行時(shí)取，事故后則不取樣；（3）液體取樣脫氣后未稀釋樣品，該樣品時(shí)液體取樣進(jìn)入取樣盤后通過(guò)加熱去除樣品中的溶解氣體，然后進(jìn)入取樣填充站，取樣填充站將樣品注入取樣瓶中。由于該樣品用于事故后的取樣，故樣品放射性很高，取樣瓶放置在專用屏蔽的小車內(nèi)，整個(gè)取樣過(guò)程和運(yùn)輸過(guò)程中都能由小車提供屏蔽；（4）液體取樣脫氣后1000∶1稀釋樣品，該樣品也是液體取樣經(jīng)過(guò)取樣盤內(nèi)加熱脫氣后進(jìn)入混合室，再用1000倍體積的水進(jìn)行稀釋，然后進(jìn)入取樣瓶。該樣品也是事故后取樣，稀釋1000倍用于降低液體的放射性，減少人員劑量；（5）液體取樣脫氣后未稀釋氣體樣品，該樣品是液體取樣通過(guò)加熱脫出的氣體，沖入至預(yù)先抽真空的取樣瓶中，用于分析液體取樣中溶解氣體的各項(xiàng)物化性質(zhì)，該樣品只在正常運(yùn)行工況下獲?。唬?）液體樣品脫氣后稀釋氣體樣品，該樣品時(shí)液體取樣通過(guò)加熱脫出的氣體，沖入至預(yù)先抽真空的取樣瓶中，然后使用純氮?dú)膺M(jìn)行稀釋，該樣品在事故后取樣，通過(guò)稀釋減少放射性。

正常運(yùn)行時(shí)，取樣是通過(guò)取樣源的壓力來(lái)作為動(dòng)力的。而事故后或者停堆時(shí)等取樣源壓力不足時(shí)，通過(guò)取樣盤內(nèi)的噴射器使得取樣盤內(nèi)管路獲得一個(gè)負(fù)壓，從而使樣品有動(dòng)力流動(dòng)。噴射器由噴射水提供裝置來(lái)供水，這個(gè)裝置由一個(gè)儲(chǔ)水罐和一個(gè)泵組成。

3 氣體取樣流程

安全殼大氣取樣點(diǎn)在安全殼再循環(huán)風(fēng)機(jī)前，正常運(yùn)行時(shí)通過(guò)安全殼外的安全殼大氣放射性監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，裝置內(nèi)有容積泵可對(duì)安全殼大氣連續(xù)抽取。樣品經(jīng)過(guò)安全殼大氣放射性監(jiān)測(cè)裝置，可以自動(dòng)獲得F18顆粒和放射性氣體的相關(guān)參數(shù)，從而可以在反應(yīng)堆于20%熱功率以上時(shí)，對(duì)反應(yīng)堆冷卻劑壓力邊界泄露情況進(jìn)行檢測(cè)。氣體經(jīng)過(guò)裝置后又通過(guò)泵的作用返回安全殼地坑，減少?gòu)U氣的產(chǎn)生。

當(dāng)有需要時(shí)，可以通過(guò)取樣盤取出安全殼大氣樣品。取樣時(shí)關(guān)閉安全殼大氣放射性監(jiān)測(cè)裝置，并通過(guò)取樣盤內(nèi)的噴射器使取樣盤內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，從而使得安全殼大氣樣品可以進(jìn)入取樣盤，噴射器由取樣盤外的氮?dú)馄窟M(jìn)行供氣。安全殼內(nèi)的大氣樣品在取樣盤內(nèi)可以獲得兩種不同的樣品：一種是未稀釋過(guò)的，用于正常運(yùn)行時(shí)取樣；另一種是使用氮?dú)庀♂屵^(guò)的，用于事故后取樣。endprint

4 三門核電一回路取樣的特點(diǎn)

4.1 取樣點(diǎn)共用管線，減少貫穿件

三門核電一回路總共11個(gè)液體取樣點(diǎn)，只有2個(gè)貫穿件，二代機(jī)組一般是單個(gè)取樣點(diǎn)使用一個(gè)貫穿件或者兩個(gè)取樣點(diǎn)共用一個(gè)貫穿件。三門核電如此設(shè)置可以大大減少貫穿件的數(shù)量，不影響功能，同時(shí)還能保證一定的冗余性。

4.2 取樣盤緊湊，功能多

由圖2可知，三門核電的取樣盤體積還是比較小的，與其配套的取樣冷卻架、噴射水提供裝置體積也不大，相比二代機(jī)組來(lái)說(shuō)是小很多的。但是取樣盤的功能還是比較多的，可以對(duì)液體樣品進(jìn)行連續(xù)的溶解氫、溶解氧進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以對(duì)樣品進(jìn)行加工獲得6種液體取樣、2種大氣取樣。

4.3 可對(duì)安全殼大氣進(jìn)行連續(xù)取樣

三門核電設(shè)置了大氣放射性檢測(cè)裝置可以對(duì)安全殼大氣連續(xù)監(jiān)測(cè)，由此可判斷反應(yīng)堆冷卻劑是否存在

泄漏。

4.4 設(shè)置噴射裝置可在系統(tǒng)無(wú)壓力或者事故情況下取樣

三門核電設(shè)置了噴射器，以確保在事故后或者系統(tǒng)無(wú)壓力的情況下，樣品也能可靠的獲得，這是二代機(jī)組所沒有的。事故后的取樣盡管不是安全相關(guān)的設(shè)計(jì)要求，但是對(duì)于操作員判斷機(jī)組的狀態(tài)還是有重大意義的。

4.5 鋅取樣

三門核電的化學(xué)與容積控制系統(tǒng)增加了注鋅相關(guān)的功能，通過(guò)注鋅系統(tǒng)對(duì)將貧化醋酸鋅注入系統(tǒng)中，在表面形成結(jié)構(gòu)和形態(tài)更好更薄的氧化膜。該氧化膜不易溶解，對(duì)于傳輸和活化不敏感可以大大降低系統(tǒng)的放射性，也能減少雜質(zhì)導(dǎo)致的功率變動(dòng)。對(duì)于鋅的取樣則是控制系統(tǒng)中鋅濃度的重要步驟，鋅取樣需要8小時(shí)的沖洗沖洗管線，才能達(dá)到溶解沉積平衡，取出的樣品才具有代表性。三門核電通過(guò)連續(xù)取樣管線可對(duì)取樣管線持續(xù)沖洗，流量為0.0227m3/h，達(dá)到目標(biāo)濃度前為1天取樣3次，達(dá)到后1天取樣1次。故連續(xù)沖洗相對(duì)于二代核電會(huì)產(chǎn)生一些多余的廢液。

4.6 事故后取樣的屏蔽小車

事故后取樣時(shí)為了人員劑量的考慮，專門設(shè)計(jì)了屏蔽小車，可以保證從取樣到運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中全程都有屏蔽。

4.7 無(wú)硼表

由于三門核電使用灰棒進(jìn)行燃耗的補(bǔ)償，不需要經(jīng)常調(diào)硼，所以硼濃度無(wú)需在線連續(xù)監(jiān)測(cè)，只需每天一次通過(guò)取樣進(jìn)行檢測(cè)。

5 三門核電取樣系統(tǒng)待改進(jìn)之處

第一，取樣盤盡管功能多，但是存在著操作步驟復(fù)雜的問題。對(duì)于任一樣品的取樣都必須嚴(yán)格使用規(guī)程進(jìn)行操作，不可能通過(guò)記憶來(lái)進(jìn)行操作，否則極容易操作失誤，因此對(duì)取樣盤工藝流程的設(shè)計(jì)是可以進(jìn)行改進(jìn)的。

第二，取樣盤本身結(jié)構(gòu)緊湊會(huì)導(dǎo)致檢修困難，需要打開背板才能對(duì)其中的各項(xiàng)設(shè)備，閥門進(jìn)行檢修。其背板所在房間又是輔助廠房地坑，是高放射性區(qū)域，因此對(duì)于運(yùn)行期間進(jìn)行檢修，無(wú)論是時(shí)間上還是空間上都是一個(gè)挑戰(zhàn)。建議適當(dāng)增加取樣盤的體積，減少其檢修難度，無(wú)需如此高的緊湊度。

第三，目前的設(shè)計(jì)無(wú)法有效地測(cè)量懸浮固體，因?yàn)樽畲?000cc的取樣瓶對(duì)于懸浮固體測(cè)量仍然太小，實(shí)際需要20000cc，使用過(guò)大的取樣瓶或者過(guò)多的取樣次數(shù)都是不合適的?？梢栽黾右粋€(gè)流量計(jì)和過(guò)濾器的組合，安裝在現(xiàn)有取樣瓶的接口，這樣就可以解決以上的問題。

6 結(jié)語(yǔ)

三門核電的取樣系統(tǒng)相對(duì)于二代核電系統(tǒng)上有許多不同，有許多優(yōu)點(diǎn)，也存在缺點(diǎn)，這是設(shè)計(jì)理念不同的結(jié)果。在后續(xù)的機(jī)組可以考慮對(duì)其缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，使其更加具有易用性，人員輻射劑量更低，檢修更加方便。

參考文獻(xiàn)

[1] 顧軍，等.AP1000核電廠系統(tǒng)與設(shè)備[M].北京：原子能出版社，2010.

作者簡(jiǎn)介：陶殷勇（1987-），男，江蘇人，中核集團(tuán)三門核電有限公司助理工程師，研究方向：AP1000核島系統(tǒng)。

（責(zé)任編輯：蔣建華）endprint