陳聶斌 張文興 秦建華 謝 崢

（中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽314300）

1 概述

1.1 方家山機組一回路換水除鋰降氚實施背景

方家山機組化學和放射化學控制遵循《方家山核電廠化學和放射化學技術(shù)規(guī)范》，該規(guī)范規(guī)定機組反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)氚比活度期望值為：＜15 000MBq/t，但方家山機組自功率運行以來，每個燃料周期運行不到一個月主冷卻劑系統(tǒng)氚比活度就超出期望值，特別是在C4長燃料循環(huán)期間1號機組氚最高為85 000MBq/t，2號機組氚最高為65 000MBq/t，遠遠超出規(guī)范中規(guī)定的期望值。

技術(shù)規(guī)范中之所以控制主冷卻劑系統(tǒng)中氚的期望值，是因為在機組換料大修期間，主冷卻劑系統(tǒng)將與反應(yīng)堆換料水池和乏燃料水池冷卻和處理系統(tǒng)相連通，屆時反應(yīng)換料水池內(nèi)均為含氚冷卻劑，換料水池內(nèi)含氚水會揮發(fā)至反應(yīng)堆廠房中，造成反應(yīng)堆廠房空氣中氚的比活度升高。根據(jù)（GB18871——2002）《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》規(guī)定，方家山機組廠房導出空氣濃度限值為4.00E5Bq/m3，方家山機組反應(yīng)堆廠房總體積49 400m3，RX廠房總的氚活度限值為1.976E10Bq。機組在燃料循環(huán)末期，冷卻劑系統(tǒng)內(nèi)氚會逐步降低，停堆時冷卻劑系統(tǒng)氚含量約5.0E9Bq/m3，換料水箱隨著燃料循環(huán)的增加，其冷卻劑氚比活度將與主冷卻劑系統(tǒng)一致，在此按5.0E9Bq/m3計算，如RX廠房內(nèi)空氣不流通，氚活度達到限值時，冷卻劑約需揮發(fā)4 m3，但實際工作中現(xiàn)場RX廠房持續(xù)通風換氣，所以雖然主冷卻劑會揮發(fā)，廠房內(nèi)空氣氚比活度并不會達到限值。

調(diào)查發(fā)現(xiàn):主冷卻劑系統(tǒng)氚超出期望值的情況，可以通過換水的方式消除異常。同時，機組氚長期累積可能造成反應(yīng)堆運行后期排放突破NNSA審管限值的風險，所以利用機組每年的排放指標，降氚成為方家山機組的必然選擇。此外，隨著反應(yīng)堆運行，主冷卻劑中10B會因與中子反應(yīng)消耗，使得主冷卻劑中硼濃度分析值與設(shè)計值產(chǎn)生偏差，通過換水可以補充新鮮的含硼水，有利于主冷卻劑保持較高的10B豐度，避免反應(yīng)性控制誤差。

1.2 方家山機組氚排放限值

國標（GB6249——2011）《核動力廠環(huán)境輻射防護規(guī)定》6.2節(jié)指出：核動力廠必須按每堆實施放射性流出物年排放總量的控制，對于3 000MW熱功率的反應(yīng)堆，其氚排放控制值為7.5E+13Bq/a。方家山機組為2臺約2 800MW熱功率反應(yīng)堆，故機組氚年排放控制值約14E+13Bq/a（約0.39g氚），而秦山核電遵循“可合理達到的盡量低”的原則，方家山機組氚排放年度管理目標值均遠小于審管部門控制值。

2 換水除鋰降氚實施

2.1 實施過程

方家山1、2號機組分別于C4燃料循環(huán)2018年6月7日和6月22日開始采用換水除鋰的方式降氚，此時主冷卻劑系統(tǒng)氚比活度遠超過期望值15 000 MBq/t，換水后氚比活度開始明顯下降。

隨著這種除鋰方式實施，它也帶來了一定的問題，每天的換水除鋰操作增加了運行人員處理廢水和制硼工作負擔，主系統(tǒng)廢水被排出后，增加廢水除氣分離的操作，硼酸儲存罐REA004BA日常消耗本來不多，由于換水操作導致日消耗量增加，如果突發(fā)瞬態(tài)需要大量消耗硼酸，可能導致REA004BA硼酸儲存罐液位過低，違反技術(shù)規(guī)范要求，此外該項任務(wù)導致除鹽除氧水消耗量增加。

根據(jù)方家山機組運行經(jīng)驗，當機組開始運行至氚比活度達到30 000~40 000 MBq/t時，即達到峰值，此后，氚的日產(chǎn)生量和運行日常補水操作氚排出量達到平衡，當機組硼濃度小于300 ppm時，運行日常補水氚排出量大于氚日產(chǎn)生量，主冷卻劑內(nèi)氚比活度開始加速下降。1號和2號機組C4循環(huán)采用換水除鋰方式（見圖1和圖2）后，起初換水效果十分明顯，但隨著硼濃度降低運行日補水量增加，換水后氚比活度下降速率大大降低，此時氚比活度在25 000MBq/t左右。

圖1 1號機組C4燃料循環(huán)氚比活度變化趨勢

圖2 2號機組C4燃料循環(huán)氚比活度變化趨勢

為此化學處制定了改進措施，以緩解運行工作壓力，調(diào)整主冷卻劑氚比活度控制值為30 000MBq/t，當主冷卻劑氚比活度接近30 000MBq/t時采用換水除鋰方式，但每周換水不超過2次，根據(jù)氚活度的下降速度，中后期調(diào)整到1次/周，當氚比活度小于25 000MBq/t后停止換水。

下圖3為方家山2號機組采用改善措施后C5燃料循環(huán)氚比活度變化趨勢。氚比活度控制在期望值和控制值之間，實現(xiàn)了有效控制，同時降低了運行的操作負擔和帶來的風險。

圖3 2號機組C5燃料循環(huán)氚比活度變化趨勢

2.2 實施效果

2.2.1 除鋰效果方家山機組鋰的控制始終滿足《方家山機組化學控制》——硼鋰協(xié)調(diào)曲線的要求。

2.2.2 降氚效果

方家山機組2018年開始采用換水除鋰的方式降氚，2018年后機組液態(tài)氚排放總量有所上升，但增加的排放量并未造成實際排放量突破公司年度管理目標值，歷年總排放量均不及審管限值一半。

3 結(jié)語

方家山機組為壓水堆，主冷卻劑系統(tǒng)內(nèi)氚在燃料循環(huán)期間均包容在各系統(tǒng)內(nèi)，氚輻射屬于β射線類型，從輻射防護角度觀察，主冷卻劑系統(tǒng)內(nèi)氚過高，在廠房內(nèi)可能對工作人員產(chǎn)生吸入的輻射風險。通過換水除鋰排氚的方式，實現(xiàn)了機組鋰的有效控制，有效降低了運行期間一回路的氚比活度。通過制定換水操作的改進措施，在氚比活度得到有效控制基礎(chǔ)上，減輕了運行的操作負擔和帶來的風險。