(福建福清核電有限公司,福建 福清 350318)

壓水堆核電廠一回路冷卻劑在輻照情況下會(huì)分解產(chǎn)生H2、O2和H2O2,對(duì)結(jié)構(gòu)材料產(chǎn)生氧腐蝕。

通過向一回路冷卻劑中加入過量的氫氣,可以抑制水輻照分解,減少冷卻劑中氧化性輻解產(chǎn)物濃度,從而大大減少結(jié)構(gòu)材料的腐蝕。福清核電廠化學(xué)和放射化學(xué)技術(shù)規(guī)范明確在功率運(yùn)行(RP)及蒸汽發(fā)生器冷停堆(NS/SG)模式下,一回路冷卻劑的溶解氫濃度限值要求在20～50 mL/kg(STP),如果5 mL/kg(STP)50 mL/kg(STP),應(yīng)在8 h內(nèi)開始向NS/SG模式后撤。為時(shí)刻監(jiān)測(cè)一回路冷卻劑溶解氫濃度滿足化學(xué)技術(shù)規(guī)范要求,核取樣系統(tǒng)設(shè)置有在線監(jiān)測(cè)氫表。同時(shí)為檢驗(yàn)在線監(jiān)測(cè)氫表的有效性,在功率運(yùn)行期間,化學(xué)技術(shù)規(guī)范要求以1次/周的頻率人工取樣檢測(cè)一回路冷卻劑溶解氫,通過數(shù)據(jù)對(duì)比來確認(rèn)在線氫表測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠,保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 M310壓水堆一回路冷卻劑溶解氫監(jiān)測(cè)方式

1.1 在線氫表監(jiān)測(cè)

福清核電廠M310壓水堆核取樣系統(tǒng)在線氫表監(jiān)測(cè)方式見圖1紅色標(biāo)識(shí)流程圖所示。從化學(xué)和容積控制系統(tǒng)正常下泄回路(圖1綠色標(biāo)識(shí))除鹽床上游引出一條取樣管線至核取樣系統(tǒng)手套箱內(nèi),在手套箱內(nèi)通過金屬軟管將一回路冷卻劑樣水引入在線氫表裝置進(jìn)行溶解氫的在線分析,分析完成后的樣水回收至化學(xué)和容積控制系統(tǒng)的容積控制箱內(nèi),最終返回一回路系統(tǒng)。

1.2 人工取樣檢測(cè)

福清核電廠M310壓水堆一回路冷卻劑溶解氫人工取樣檢測(cè)使用HACH ORBISPHERE 3654便攜式氫表,測(cè)量方式見圖1藍(lán)色標(biāo)識(shí)流程簡(jiǎn)圖所示。將金屬軟管與接頭440WV連接點(diǎn)斷開,重新連接至接頭402WV,在線氫表取樣管線斷流,將一回路冷卻劑引入便攜式氫表進(jìn)行人工檢測(cè)。檢測(cè)完成后的一回路冷卻劑返回相分離器手套箱內(nèi),最終排往放射性廢液處理系統(tǒng)。

此方法進(jìn)行人工檢測(cè)一回路冷卻劑溶解氫存在以下問題：

1)測(cè)量時(shí)必須斷開在線氫表管線,使在線氫表不可用。人工測(cè)量結(jié)束后還需切換回在線氫表取樣管線,來回切換工作量較大,工作效率低,且中斷了在線氫表的連續(xù)監(jiān)測(cè),儀表可用性降低。

2)人工測(cè)量溶解氫所需流量約30 L/h,但便攜式氫表本體無流量調(diào)節(jié)和流量顯示功能,僅依靠核取樣系統(tǒng)管線上的截止閥調(diào)節(jié)流量以及通過電磁流量計(jì)顯示流量,難以實(shí)現(xiàn)測(cè)量流量的精準(zhǔn)控制。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),核取樣系統(tǒng)管線本體流量調(diào)節(jié)的瞬時(shí)波動(dòng)超過10 L/h,存在流量調(diào)節(jié)困難、分析過程耗時(shí)較長、放射性廢液排放多、分析結(jié)果偏差大等缺點(diǎn)。

3)一回路冷卻劑放射性水平高,手套箱在鉛屏蔽作用下,外表面附近2 cm范圍環(huán)境劑量率仍達(dá)到80 μSv/h。人工取樣檢測(cè)在線復(fù)雜、耗時(shí)長,導(dǎo)致人員所受輻照劑量多。

4)便攜式氫表單獨(dú)放置在手套箱外,增加了放射性液體泄漏及人員放射性沾污風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 一回路冷卻劑溶解氫在線氫表及人工取樣分析流程Fig.1 On-line hydrogen meter for coolant dissolved hydrogen in the primary circuit,and manual sampling and analysis process

2 一回路冷卻劑溶解氫人工測(cè)量方法優(yōu)化

2.1 便攜式氫表設(shè)計(jì)改進(jìn)

為解決人工取樣檢測(cè)溶解氫時(shí)存在的耗時(shí)長、放射性廢液排放多、人員受輻照劑量多以及存在放射性沾污等問題,制作一個(gè)便攜式氫表箱,原理圖如圖2所示。

在便攜式氫表箱內(nèi)安裝一個(gè)帶調(diào)節(jié)閥的流量計(jì)、壓力表以及配套的金屬軟管,將便攜式氫表安裝在箱內(nèi)。將一回路冷卻劑引入便攜式氫表箱內(nèi),通過帶調(diào)節(jié)閥的流量計(jì)進(jìn)行流量調(diào)節(jié)及流量顯示,如此便能夠快速、穩(wěn)定調(diào)節(jié)并顯示便攜式氫表分析所需流量,大量縮短人工取樣分析時(shí)間,從而有效地減少放射性廢液排放量、減少人員所受輻照劑量；且將便攜式氫表放置在密閉的便攜式氫表箱內(nèi),可以避免放射性液體泄漏時(shí)造成人員沾污和放射性擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 人工取樣方法改進(jìn)

為簡(jiǎn)化一回路冷卻劑溶解氫人工檢測(cè)管線,在核取樣系統(tǒng)的原設(shè)計(jì)下進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn),見圖2藍(lán)色虛線標(biāo)識(shí)流程簡(jiǎn)圖所示。

利用核取樣系統(tǒng)氫分析儀室預(yù)留在線氫表旁排管線(旁排閥443VP),其出口與便攜式氫表取樣管線入口接頭(402WV)在同一手套箱內(nèi),將在線氫表旁排的出口管線末端新增一個(gè)快速接頭443WV,使用金屬軟管將443WV和402WV兩個(gè)快速接頭互相連接,從而實(shí)現(xiàn)了在線氫表取樣管線與人工取樣測(cè)量管線同步在線,人工分析完成后的放射性廢液返回相分離器手套箱內(nèi),最終排往放射性廢液處理系統(tǒng)。整個(gè)取樣分析過程變得非常簡(jiǎn)單,提高了工作效率,并且實(shí)現(xiàn)了一回路冷卻劑溶解氫在線監(jiān)測(cè)和人工取樣檢測(cè)同時(shí)進(jìn)行。

圖2 一回路冷卻劑人工取樣分析方法優(yōu)化后取樣流程Fig.2 The sampling process after optimization of primary coolant manual sampling and analysis method

3 新方法在核電廠應(yīng)用及效果

一回路冷卻劑溶解氫人工取樣測(cè)量方法改進(jìn)后,經(jīng)福清核電廠1～2號(hào)機(jī)組經(jīng)歷1個(gè)燃料循環(huán)的實(shí)際運(yùn)用,效果非常顯著：

1)工時(shí)、放射性廢液排放量及輻照劑量率減少。一回路冷卻劑溶解氫人工取樣檢測(cè)時(shí)間,優(yōu)化改進(jìn)前需兩位工作人員平均耗時(shí)約60 min,優(yōu)化改進(jìn)后只需1人操作且時(shí)間縮短至10 min左右,放射性廢液排放量大量減少,單次測(cè)量增加的輻照劑量率貢獻(xiàn)量由改進(jìn)前的8 μSv·man降低至2 μSv·man。

2)操作簡(jiǎn)化且實(shí)現(xiàn)了在線表監(jiān)測(cè)和人工測(cè)量同步進(jìn)行,更方便實(shí)現(xiàn)對(duì)在線氫表有效性的驗(yàn)證。

3)便攜式氫表箱的應(yīng)用,有效避免了放射性液體泄漏造成人員沾污和放射性擴(kuò)散。

4 結(jié) 論

本文介紹了一種壓水堆核電廠一回路冷卻劑溶解氫人工測(cè)量的優(yōu)化方法,普遍適用于我國M310堆型機(jī)組。該方法經(jīng)實(shí)際應(yīng)用檢驗(yàn)是合理且有效的,不僅能減少工作時(shí)間、降低人員輻照劑量,而且簡(jiǎn)化了操作,更有利于化學(xué)技術(shù)規(guī)范的實(shí)施。同行電廠在調(diào)研福清核電對(duì)一回路冷卻劑溶解氫人工測(cè)量方法后,均認(rèn)同該方法較為簡(jiǎn)單、便捷,或?qū)⒖几Ｇ搴穗娺M(jìn)行優(yōu)化。