閔遠(yuǎn)勝 王亮 謝楊 全標(biāo) 楊釗 梁鐵波 張玉龍

【摘 要】本文研究了浮動(dòng)核電站REA和RCV除鹽器發(fā)生的預(yù)計(jì)運(yùn)行事件、故障模式和影響，通過FMEA對提高除鹽器運(yùn)行可靠性進(jìn)行了分析并提出了建議。

【關(guān)鍵詞】離子交換樹脂；運(yùn)行；可靠性

中圖分類號： TM623 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）33-0183-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.33.083

【Abstract】In this paper，the anticipated operational occurrence and failure mode effects of the REA and RCV demineralizer in floating nuclear power plant is studied，through FMEA，the operational reliability of the demineralizer is nalyzed and some improving suggestions are given.

【Key words】Ion-exchange resin； Operation； Reliability

0 引言

浮動(dòng)核電站采用離子交換法對除鹽水供應(yīng)系統(tǒng)（REA）補(bǔ)水和反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)（RCS）凈化，以維持反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料較低的腐蝕速率，為維持堆芯良好的傳熱條件提供有利的水化學(xué)環(huán)境，為保證第二道屏障的完整性提供有利支持。阿根廷[1]、美國[2]和西班牙[3]的核電站均曾發(fā)生離子交換器故障導(dǎo)致樹脂意外泄漏的運(yùn)行事件，個(gè)別事件中離子交換樹脂在高溫和輻照條件下發(fā)生了降解，降解產(chǎn)物惡化了反應(yīng)堆冷卻劑運(yùn)行水質(zhì)，增加了反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂的風(fēng)險(xiǎn)。

本文通過開展浮動(dòng)核電站REA和RCV除鹽器FMEA分析，進(jìn)行了提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性研究。

1 樹脂泄漏影響

阿根廷Embalse核電站曾發(fā)生大量混合離子交換樹脂進(jìn)入一回路系統(tǒng)的事件，在停堆之前連續(xù)運(yùn)行了六個(gè)小時(shí)。

美國Pilgrim沸水堆核電站1號機(jī)組的反應(yīng)堆水凈化系統(tǒng)（RWCS）中的一臺樹脂床重新添加樹脂時(shí)出現(xiàn)故障，導(dǎo)致樹脂意外進(jìn)入反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)，輸入平均功率區(qū)段監(jiān)測（APRM）的系統(tǒng)流量偏離了停堆整定值，影響了安全系統(tǒng)執(zhí)行功能的能力。

西班牙在1980年發(fā)生了40升陽樹脂進(jìn)入反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的事件，在1981年又發(fā)生200升～320升混合離子交換樹脂進(jìn)入反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的事件。在發(fā)生上述事件以后，大約有四個(gè)月的時(shí)間反應(yīng)堆冷卻劑的電導(dǎo)率持續(xù)處于較高水平。在對反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)進(jìn)行PWSCC檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，在裂紋區(qū)域和斷裂區(qū)域表面存在硫酸鹽，說明在較低應(yīng)力區(qū)域發(fā)生了應(yīng)力腐蝕破裂。共計(jì)20臺CRDM發(fā)生了應(yīng)力腐蝕和晶間腐蝕，腐蝕裂紋表現(xiàn)為軸向裂紋和周向裂紋。

2 提高REA除鹽樹脂運(yùn)行可靠性分析

為判別產(chǎn)品故障，尋找原因，開展REA除鹽樹脂運(yùn)行FMEA，確定了影響樹脂運(yùn)行的可靠性框圖[4]（見圖1），關(guān)鍵件是除鹽器濾帽和管道過濾器濾網(wǎng)。當(dāng)上述兩個(gè)部件同時(shí)失效表現(xiàn)為多重故障，導(dǎo)致樹脂隨著上充通道進(jìn)入反應(yīng)堆導(dǎo)致非計(jì)劃停堆，能夠利用REN監(jiān)測反應(yīng)堆冷卻劑水質(zhì)異常發(fā)現(xiàn)。

采取的改進(jìn)措施和建議見表1。

分析表明，表1中改進(jìn)措施可以提高樹脂運(yùn)行的固有可靠性。

3 提高RCV離子交換樹脂運(yùn)行可靠性分析

開展RCV離子交換樹脂運(yùn)行FMEA，確定了離子交換樹脂異常泄漏有兩種故障模式，并確定了每種故障模式的原因、現(xiàn)象、檢測方法，提出了預(yù)防措施建議。

3.1 除鹽器下部濾器和管道過濾器同時(shí)失效

除鹽器下部濾器和管道過濾器濾網(wǎng)同時(shí)失效，少量樹脂可能跟隨反應(yīng)堆冷卻劑進(jìn)入RCS導(dǎo)致非計(jì)劃停堆（見圖2），能夠利用REN監(jiān)測反應(yīng)堆冷卻劑水質(zhì)異常發(fā)現(xiàn)。

采取的檢測方法和措施建議見表2。

分析表明通過設(shè)置預(yù)防措施，能夠提高故障檢測和報(bào)警能力，減少樹脂進(jìn)入RCS的概率。

3.2 RCV溫度異常升高

下泄熱交換器出口的RCV冷卻劑溫度意外達(dá)到或高于樹脂分解溫度，且超溫旁通閥聯(lián)鎖意外未投入，可能導(dǎo)致部分樹脂受熱分解的產(chǎn)物跟隨反應(yīng)堆冷卻劑進(jìn)入反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)（參考圖2），能夠利用REN監(jiān)測反應(yīng)堆冷卻劑水質(zhì)異常發(fā)現(xiàn)。

采取的檢測方法和措施建議見表3。

在浮動(dòng)式核電站運(yùn)行期間，由于不可預(yù)見的故障可能導(dǎo)致下泄熱交換器出口溫度異常升高，除鹽器入口溫度計(jì)將發(fā)出超溫報(bào)警，終止故障進(jìn)一步進(jìn)展的手段是超溫三通旁通閥根據(jù)溫度信號自動(dòng)關(guān)閉，切斷高溫冷卻劑流向凈化離子交換器。

4 結(jié)束語

通過開展浮動(dòng)核電站REA和RCV除鹽器FMEA分析，對REA和RCV樹脂運(yùn)行可靠性進(jìn)行的研究認(rèn)為：

（1）提出的預(yù)防REA樹脂泄漏的措施比較完善，能夠顯著提高REA除鹽樹脂運(yùn)行的可靠性；

（2）提出的RCV流量報(bào)警、RCV除鹽器和管道過濾器設(shè)置壓差監(jiān)測裝置及報(bào)警的建議措施，能夠提高故障檢測和報(bào)警能力，從而可以進(jìn)一步提高RCV離子交換器樹脂運(yùn)行的可靠性。

【參考文獻(xiàn)】

[1]A.J.G Maroto，et.Corrosion Behaviour and Deposition of Crud on Zr-Alloys.IAEA-TECDOC-1128.

[2]Failure of Resin Demineralizer and Their Effects on Nuclear Power Plant Safety.

[3]Ingress of Resins Increases Potential for Stress Corrosion Cracking of Control Rod Drive Mechanism Penetrations.

[4]周正伐.可靠性工程基礎(chǔ)[M].北京：中國宇航出版社，2009.