陳健菠 陳堅(jiān) 楊巖

（福建寧德核電有限公司 福建福鼎 355200）

移動(dòng)式放射性水回路熱點(diǎn)處理裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

陳健菠 陳堅(jiān) 楊巖

（福建寧德核電有限公司 福建福鼎 355200）

在壓水堆核電站，因活化腐蝕產(chǎn)物的沉積，在系統(tǒng)中形成了熱點(diǎn)，其輻照水平往往很高，影響生產(chǎn)維修工作，增加電站工作人員集體劑量。本文在總結(jié)借鑒其它處理方法的基礎(chǔ)上，介紹一種移動(dòng)式熱點(diǎn)處理裝置，其特點(diǎn)是，可移動(dòng)接近熱點(diǎn)區(qū)域并實(shí)施熱點(diǎn)清除；為捕獲熱粒子，裝置配備了過(guò)濾和除鹽單元；為保護(hù)裝置操作人員，裝置對(duì)動(dòng)力、過(guò)濾和除鹽單元增加了輻射屏蔽保護(hù)。本裝置在某廠大修實(shí)踐應(yīng)用中，表現(xiàn)了明顯的熱點(diǎn)清除效果，同時(shí)針對(duì)裝置應(yīng)用過(guò)程中的不足，提出了改進(jìn)建議。

熱點(diǎn)；過(guò)濾；除鹽；處理

1 背景

在壓水堆核電站，沉積在一回路的活化腐蝕產(chǎn)物是電站集體劑量的主要貢獻(xiàn)者，高達(dá)80%～90%[1]。它們產(chǎn)生于電站結(jié)構(gòu)基材內(nèi)表面，被冷卻劑帶入堆芯活化后再被釋放沉積在系統(tǒng)內(nèi)壁；在大修期間的氧化還原工藝作用下，又被剝離[2]。

被剝離的活化腐蝕產(chǎn)物雖能被系統(tǒng)逐步濾除，但仍有一部分會(huì)沉積在回路死角；它們不僅單體輻照水平高，富集疊加起來(lái)的水平更高，于是在系統(tǒng)中就出現(xiàn)了熱點(diǎn)，接觸劑量率高達(dá)Sv級(jí)；按照電站輻射安全管理制度，禁止人員在熱點(diǎn)周邊工作，它們給電站的安全管理帶來(lái)了風(fēng)險(xiǎn)和障礙。因此，必須去除這些熱點(diǎn)。本文闡述一種移動(dòng)式放射性水回路熱點(diǎn)處理裝置，并在大修現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐應(yīng)用。

2 常見(jiàn)處理方式及評(píng)價(jià)

2.1 系統(tǒng)沖洗

持續(xù)局部循環(huán)，將熱粒子向下游沖洗，再利用下游的過(guò)濾器或除鹽床凈化。

2.1.1 優(yōu)點(diǎn)。（1）利用系統(tǒng)自身的循環(huán)凈化功能，無(wú)需新增設(shè)備、無(wú)需制定新的運(yùn)行方案。（2）也能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、遠(yuǎn)程操作，減少就地操作，降低集體劑量。

2.1.2 不足。（1）凈化不能全面、徹底。正因?yàn)槭抢鋮s劑沒(méi)有將熱粒子帶走而形成的熱點(diǎn)，繼續(xù)使用系統(tǒng)自身的循環(huán)未必能將熱點(diǎn)全部去除。即便是通過(guò)流量的調(diào)整進(jìn)行擾動(dòng)，但仍會(huì)殘留；接觸劑量率會(huì)有所降低，但降低程度有限。（2）對(duì)系統(tǒng)的占用時(shí)間長(zhǎng)，延誤電站生產(chǎn)計(jì)劃，影響經(jīng)濟(jì)效益。（3）增加電站資源消耗，增加運(yùn)營(yíng)成本。

2.2 壓縮空氣吹掃

隔離、排空存在熱點(diǎn)的設(shè)備，兩端開(kāi)口，利用壓縮氣體正、反向多次吹掃；在下游安裝過(guò)濾器，吸附、攔截沖出的熱粒子。

2.2.1 優(yōu)點(diǎn)

利用電站現(xiàn)有資源，工藝簡(jiǎn)單、易實(shí)施；可正反向吹掃。

2.2.2 不足

（1）開(kāi)工先決條件苛刻。要求兩端能隔離、能開(kāi)口，能安裝吹掃和收集設(shè)施；還要求被吹掃設(shè)備彎頭少、長(zhǎng)度短。

（2）存在設(shè)備內(nèi)不明狀態(tài)的放射性物質(zhì)被釋放、且未被下游過(guò)濾器攔截的可能，存在人員內(nèi)污染的隱患。

（3）設(shè)備自身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響吹掃效果。

2.3 割管處理

隔離、排空、拆卸存在熱點(diǎn)的設(shè)備；重新安裝新設(shè)備，或離線去污后再回裝。

2.3.1 優(yōu)點(diǎn)。能徹底清除熱點(diǎn)。

2.3.2 缺點(diǎn)。（1）對(duì)系統(tǒng)的占用時(shí)間長(zhǎng)，延誤電站的生產(chǎn)計(jì)劃，影響電站經(jīng)濟(jì)效益。（2）外照射風(fēng)險(xiǎn)高，集體劑量高。（3）核島空間狹小，施工難度大。

使用上述傳統(tǒng)處理方式處理熱點(diǎn)，代價(jià)大、風(fēng)險(xiǎn)高、效果差?？梢?jiàn)，需要尋找一種新型的處理工藝和裝置，既能安全、快捷、高效的去除熱點(diǎn)，還能控制風(fēng)險(xiǎn)、降低集體劑量、提升電站經(jīng)濟(jì)效益。

3 移動(dòng)式放射性水回路熱點(diǎn)處理裝置的設(shè)計(jì)原理和功能

移動(dòng)式放射性水回路熱點(diǎn)處理裝置（下簡(jiǎn)稱“裝置”）的原理是通過(guò)動(dòng)力單元將帶有熱粒子的流體提升到裝置中，由過(guò)濾和除鹽單元將流體中的顆粒濾除、將Co、Cs、Ag等典型核素凈化[3]；利用回流單元將沉積的熱粒子擾動(dòng)起來(lái)后，再通過(guò)進(jìn)水單元引入裝置，形成閉路循環(huán)、持續(xù)處理，達(dá)到轉(zhuǎn)移熱粒子、消除熱點(diǎn)進(jìn)而控制外照射風(fēng)險(xiǎn)、降低環(huán)境劑量的目的；并通過(guò)壓差、劑量和流量的監(jiān)測(cè)控制運(yùn)行參數(shù)。

該裝置通過(guò)對(duì)熱點(diǎn)的處理，不僅能有效降低環(huán)境劑量率、減少外照射風(fēng)險(xiǎn)、為檢修工作創(chuàng)造良好條件；還在工作過(guò)程中采取有效措施實(shí)踐“合理可能盡量低”的輻射防護(hù)最優(yōu)化原則，確保照射風(fēng)險(xiǎn)和集體劑量能得到有效控制：不僅該裝置主要單元安裝了鉛板，并預(yù)留了掛點(diǎn)，必要時(shí)可附加鉛皮以增強(qiáng)自屏蔽效果；吸附了熱粒子的濾芯也可安全、快捷的更換，再利用電站現(xiàn)有工藝處理；可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，體積小、重量輕、具有良好的可移動(dòng)性，便于現(xiàn)場(chǎng)靈活布置。

該裝置具有上述優(yōu)點(diǎn)，較常見(jiàn)處理方式在工藝流程、風(fēng)險(xiǎn)控制、經(jīng)濟(jì)效益等方面都具有明顯優(yōu)勢(shì)。

4 裝置結(jié)構(gòu)

該裝置由進(jìn)水單元、動(dòng)力單元、過(guò)濾單元、除鹽單元、回水單元、壓差監(jiān)測(cè)單元、劑量監(jiān)測(cè)單元、流量監(jiān)測(cè)單元八個(gè)模塊組成。

4.1 進(jìn)水單元。其功能是在泵的作用下，將系統(tǒng)中含有熱粒子的流體引入裝置。有兩種不同的接入方式：一種是直接接在系統(tǒng)上；還可以將換向吸頭插入系統(tǒng)內(nèi)部的熱點(diǎn)區(qū)域，進(jìn)行抽吸。

4.2 動(dòng)力單元。其功能是為凈化流體提供動(dòng)力。該單元主要由氣動(dòng)隔膜泵、壓力調(diào)節(jié)閥等組成。整個(gè)單元外設(shè)支架，安裝鉛板，設(shè)不銹鋼敷面；設(shè)制動(dòng)滑輪、吊耳、接液措施等。該單元尺寸（長(zhǎng)×寬×高）不大于：450mm×450mm×900mm。

4.3 過(guò)濾單元。其功能是將流體中粒徑＞5μm的雜物濾除，保護(hù)下游除鹽單元。該單元主體是一個(gè)過(guò)濾器；其法蘭面使用快開(kāi)活節(jié)螺栓固定，使用插拔式標(biāo)準(zhǔn)口徑優(yōu)質(zhì)濾芯，可快速更換。該單元支架同動(dòng)力單元，但鉛板加厚。

4.4 除鹽單元。其功能是將流體中的典型核素通過(guò)除鹽柱凈化，進(jìn)一步降低放射性水平。該單元主體是一個(gè)除鹽器；其法蘭面使用

快開(kāi)活節(jié)螺栓固定，使用插拔式標(biāo)準(zhǔn)口徑優(yōu)質(zhì)除鹽柱，可快速更換。該除鹽柱具有較強(qiáng)的選擇性，對(duì)典型核素選擇性去除率高。該單元支架同過(guò)濾單元。

4.5 壓差監(jiān)測(cè)單元。用于監(jiān)測(cè)過(guò)濾和除鹽單元的壓差，作為更換過(guò)濾器和除鹽器的指示參數(shù)。

4.6 劑量監(jiān)測(cè)單元。用于監(jiān)測(cè)過(guò)濾和除鹽單元的外表接觸劑量率，作為更換濾芯和除鹽柱的指示參數(shù)。該單元主要由探頭、遠(yuǎn)程劑量讀取儀表組成。

4.7 流量監(jiān)測(cè)單元。用于計(jì)量已處理的流體體積，結(jié)合化學(xué)指標(biāo)和除鹽柱的最大交換容量評(píng)估除鹽單元工作狀態(tài)。由一個(gè)浮子流量計(jì)組成。

4.8 回流單元。通過(guò)回流將沉積的熱粒子擾動(dòng)起來(lái)，以便通過(guò)進(jìn)水管將這些擾動(dòng)起來(lái)的熱粒子引入裝置；形成閉路循環(huán)、持續(xù)處理。

5 工藝流程

5.1 系統(tǒng)工作流程

圖1 裝置工藝流程圖

5.2 裝置的安裝

按圖1連接設(shè)備。首先將進(jìn)水管接入或?qū)Q向接頭插入設(shè)備中，并將出水管接回或插回設(shè)備內(nèi)熱點(diǎn)區(qū)域。再連接將氣動(dòng)泵的動(dòng)力管線；此時(shí)，壓力調(diào)節(jié)閥開(kāi)度應(yīng)為0。將劑量監(jiān)測(cè)單元的探頭安裝在過(guò)濾和除鹽單元的預(yù)定位置，開(kāi)啟儀表，示數(shù)穩(wěn)定后記錄初始值；記錄這兩個(gè)單元的初始?jí)翰睢?/p>

5.3 裝置的運(yùn)行

檢查確認(rèn)裝置已按工藝連接好，全開(kāi)水路閥門(mén)（氣路閥門(mén)仍關(guān)閉）。在低本底區(qū)域開(kāi)啟壓力調(diào)節(jié)閥，控制流量。帶有熱粒子的流體經(jīng)泵提升進(jìn)入過(guò)濾單元，大粒徑雜質(zhì)被攔截；再流經(jīng)除鹽單元，放射性核素得到凈化。這些經(jīng)過(guò)處理的流體再回流到系統(tǒng)中，將沉積的熱粒子擾動(dòng)起來(lái)；擾動(dòng)起來(lái)的熱粒子再被抽入裝置，循環(huán)凈化。

運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)及時(shí)監(jiān)測(cè)壓差和接觸劑量率，根據(jù)數(shù)據(jù)判斷裝置的工作狀態(tài)和對(duì)熱點(diǎn)的處理效果。

（1）當(dāng)壓差或接觸劑量率達(dá)到預(yù)定值時(shí)，停運(yùn)設(shè)備，更換過(guò)濾單元濾芯。（2）當(dāng)壓差、接觸劑量率或累計(jì)凈化容量達(dá)到預(yù)定值時(shí)，停運(yùn)設(shè)備，更換除鹽單元除鹽柱。

通過(guò)裝置對(duì)含有熱粒子的流體進(jìn)行持續(xù)的循環(huán)過(guò)濾和除鹽處理，達(dá)到去除熱點(diǎn)的目的。當(dāng)過(guò)濾和除鹽單元的接觸劑量率升高趨穩(wěn)后，再次測(cè)量系統(tǒng)曾經(jīng)的熱點(diǎn)區(qū)域；當(dāng)其接觸劑量率和環(huán)境劑量率下降到可接受的范圍，停運(yùn)、拆除裝置，向后續(xù)工作移交場(chǎng)地。

6 安全控制

6.1 輻射安全

6.1.1 外照射風(fēng)險(xiǎn)。該裝置在轉(zhuǎn)移了系統(tǒng)中的熱粒子后，其放射性水平升高。但其本體已安裝一定厚度的鉛板；同時(shí)可根據(jù)需要附加鉛皮，能有效控制外照射風(fēng)險(xiǎn)。在工作結(jié)束前使用SED水沖洗管路并空轉(zhuǎn)1mim，將裝置內(nèi)的殘水排盡，降低本體劑量。同時(shí)，該套裝置可遠(yuǎn)程操作和監(jiān)測(cè)，設(shè)有快開(kāi)螺栓、使用插拔式標(biāo)準(zhǔn)接口可快速更換濾芯，能有效降低受照風(fēng)險(xiǎn)和集體劑量。

6.1.2 污染擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)。采取如下措施防止殘液灑落：設(shè)有接液盤(pán)；設(shè)備停運(yùn)后，關(guān)閉閥門(mén)，再用塑料袋扎口。

6.2 工業(yè)安全

選用優(yōu)質(zhì)不銹鋼加工，本體強(qiáng)度充裕；對(duì)容器開(kāi)展了水壓和密閉性試驗(yàn)。均采用制動(dòng)滑輪，防止裝置工作期間的滑動(dòng)。

7 應(yīng)用實(shí)踐

在某濱海核電站的十年大修中，某閥門(mén)故障；但該處的接觸劑量率高達(dá)3.7Sv/h、1m遠(yuǎn)處環(huán)境劑量率達(dá)400mSv/h，判斷該處有熱粒子聚集。該缺陷必須處理，否則制約后續(xù)“一回路水壓試驗(yàn)”關(guān)鍵路徑；按照電站輻射安全管理制度，禁止人員在熱點(diǎn)周邊工作。此期間設(shè)備滿水且開(kāi)口；使用本裝置對(duì)這個(gè)熱點(diǎn)持續(xù)循環(huán)處理，成功將其接觸劑量率下降到30mSv/h、1m遠(yuǎn)處環(huán)境劑量率下降到800μSv/h，為檢修工作創(chuàng)造了安全條件。

但該裝置的放射性水平明顯增加：過(guò)濾單元廢濾芯的接觸劑量率達(dá)2.1Sv/h、除鹽單元廢交換柱的接觸劑量率達(dá)0.8Sv/h、動(dòng)力單元的接觸劑量率達(dá)5.3mSv/h。過(guò)濾單元鉛屏蔽外接觸劑量率為480mSv/h（過(guò)濾單元直接使用行車吊入屏蔽桶內(nèi)轉(zhuǎn)移），本體具有一定自屏蔽能力。且在使用、轉(zhuǎn)移過(guò)程中，防跑水措施嚴(yán)密，未發(fā)生污染擴(kuò)散事件。整個(gè)處理過(guò)程，集體劑量為3.2man.mSv。裝置性能得到了進(jìn)一步驗(yàn)證。相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1、表2：

表1 熱點(diǎn)處理前后閥門(mén)輻射水平對(duì)比

表2 熱點(diǎn)處理前后裝置接觸劑量率對(duì)比

8 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐表明，該裝置對(duì)處理系統(tǒng)熱點(diǎn)效果良好（見(jiàn)表1、表2），明顯的降低了熱點(diǎn)區(qū)域的接觸劑量率和環(huán)境劑量率，為檢修工作創(chuàng)造了良好條件，為電站集體劑量控制做出了貢獻(xiàn)；該裝置能實(shí)施遠(yuǎn)程控制和監(jiān)控，特別是過(guò)濾和除鹽單元采用標(biāo)準(zhǔn)接口、采用插拔式作業(yè)可快速更換失效的濾芯，加上自身的屏蔽措施，保證整個(gè)熱點(diǎn)處理過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)可控，集體劑量低。同時(shí)，該裝置在熱點(diǎn)處理過(guò)程中，對(duì)系統(tǒng)的占用時(shí)間短、對(duì)大修關(guān)鍵路徑的影響小、投入少，是電站降本增效的良好措施之一。

但該裝置對(duì)復(fù)雜管路內(nèi)的熱點(diǎn)處理難度大，主要原因是進(jìn)出水單元不能“隨意”的進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部任一區(qū)域，尚需在實(shí)踐中不斷優(yōu)化，以滿足不同工況下的熱點(diǎn)處理需要。

[1]付亞茹,梅其良,潘楠,李懷斌.CORA程序介紹和在腐蝕產(chǎn)物控制措施上的應(yīng)用[J].輻射防護(hù),2014,34(1)∶337-342.

[2]熊軍,蔣振宇,唐邵華.CPR1000停堆開(kāi)蓋一回路冷卻劑中58Co放射性濃度分析[J].輻射防護(hù),2013,33(4)∶21-25.

[3]黃雅文.幾種高選擇性無(wú)機(jī)離子交換劑在放射性廢水處理中的應(yīng)用[J].輻射防護(hù)通訊,2009,29(6)∶16-20.

陳健菠（1981-），男，2005年7月畢業(yè)于東北電力大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位，工程師。