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        核電站大修卸料前反應(yīng)堆水池水質(zhì)渾濁原因分析

        2021-10-30 08:54:40蔣磊尹龍江胡紫龍
        輻射防護(hù)通訊 2021年1期
        關(guān)鍵詞:大修水質(zhì)

        蔣磊, 尹龍江, 胡紫龍

        (遼寧紅沿河核電有限公司, 遼寧 大連, 116000)

        某核電站機(jī)組第5次大修卸料前反應(yīng)堆水池充滿水后出現(xiàn)水質(zhì)渾濁現(xiàn)象,水池面存在大量油膜狀漂浮物,影響控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)脫扣和卸料工作,此次水池渾濁事件為該機(jī)組下行時(shí)首次出現(xiàn)。

        已有的經(jīng)驗(yàn)表明,反應(yīng)堆水池渾濁主要發(fā)生在上行裝料前,其主要原因?yàn)殚L(zhǎng)周期試驗(yàn)、一回路開口檢修引入以及壓力容器底部存在雜質(zhì)[1]。

        1 反應(yīng)堆水池渾濁前操作

        機(jī)組大修時(shí)從解列后正常下行至反應(yīng)堆水池滿水,經(jīng)過插棒降功率、硼化至熱停堆模式,此后經(jīng)過一回路硼化和降溫降壓、連接余熱排出(RRA)系統(tǒng)、氧化凈化、停主泵等操作進(jìn)入維修停堆模式,在此模式下進(jìn)行反應(yīng)堆壓力容器直接開大蓋工作,開大蓋工作結(jié)束后充水至反應(yīng)堆滿水。

        1.1 運(yùn)行主要操作

        機(jī)組從解列至反應(yīng)堆開蓋前,機(jī)組按照正常程序進(jìn)行一回路降溫降壓、注入硼酸進(jìn)行硼化、運(yùn)行相關(guān)試驗(yàn)、氧化凈化等操作,先后進(jìn)入蒸汽發(fā)生器冷卻正常停堆模式、RRA系統(tǒng)冷卻正常停堆模式、維修停堆模式,期間未引入水質(zhì)混作的變量。

        1.2 開蓋操作

        機(jī)組處于維修停堆模式時(shí)進(jìn)行反應(yīng)堆壓力容器開大蓋操作,使用螺栓拉伸機(jī)進(jìn)行自動(dòng)擰出螺栓時(shí),發(fā)生螺栓卡涉啟動(dòng)手動(dòng)擰螺栓預(yù)案后,仍有一個(gè)螺栓無(wú)法取出。后決策取走卡涉螺栓的螺母,保持螺栓現(xiàn)狀,起吊大蓋反應(yīng)堆水池充水,卸料后再進(jìn)行處理。

        考慮殘留在螺栓和螺栓孔中的化學(xué)試劑,包括螺栓松動(dòng)劑WD40和Lubricating Oil(簡(jiǎn)稱“黑水”)無(wú)法清理,安排加工專用工具對(duì)可能溢流化學(xué)試劑的開口進(jìn)行封堵。開口有兩處,一處為螺栓頂部開口(與松動(dòng)劑出入口為同一開口);一處為螺栓與螺孔上端面接口處(后文統(tǒng)稱“螺栓與螺孔縫隙“)。但螺栓與螺孔縫隙難以有效封堵,并且有充水過程中封堵工具落入堆芯的風(fēng)險(xiǎn)。后決定,為盡快離開法蘭面水位使堆芯處于更安全的狀態(tài),不再對(duì)螺栓與螺孔縫隙進(jìn)行封堵,繼續(xù)開蓋充水工作。

        此后反應(yīng)堆水池充水至19.5 m后出現(xiàn)水質(zhì)渾濁現(xiàn)象,同時(shí)反應(yīng)堆水池水面存在沫狀漂浮物,影響控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)脫扣等后續(xù)工作。

        1.3 過程分析

        在本次大修中,卡涉螺栓未擰出,留在壓力容器上,開蓋過程中向螺孔中注入了“WD40”和“黑水”,卡涉螺栓的螺孔中存在此兩種物質(zhì),在反應(yīng)堆水池充水時(shí)存留在螺孔中,同時(shí)未完全封堵,該過程引入了變量。

        2 引起水質(zhì)渾濁的物質(zhì)來(lái)源分析

        2.1 反應(yīng)堆水池充水水源分析

        反應(yīng)堆水池中的水即為主回路水,主要作用為在反應(yīng)堆燃料進(jìn)行鏈?zhǔn)椒磻?yīng)時(shí)慢化中子、對(duì)反應(yīng)性進(jìn)行控制、對(duì)主回路進(jìn)行壓力控制及對(duì)主系統(tǒng)具有放射性屏蔽作用等[2]。反應(yīng)堆水池主要水源來(lái)自換料水箱,為保障大修期間反應(yīng)堆水池水質(zhì)良好,大修前對(duì)換料水箱進(jìn)行48 h循環(huán)凈化,凈化后其濁度為0.098 NTU,符合凈化預(yù)期,水質(zhì)良好。排除反應(yīng)堆充水水源對(duì)卸料前反應(yīng)堆水池渾濁的影響。

        2.2 一回路水質(zhì)分析

        反應(yīng)堆水池充水前一回路冷卻劑約310 m3。完成一回路氧化工作后,對(duì)一回路凈化17 h,主泵停運(yùn)后對(duì)一回路取樣分析濁度為0.433 NTU,硼回收系統(tǒng)除鹽床出口濁度為0.095 NTU,符合歷次大修趨勢(shì),排除水質(zhì)的影響。

        2.3 水池上方設(shè)備漏油分析

        發(fā)現(xiàn)反應(yīng)堆水池水質(zhì)渾濁后,對(duì)可能泄漏油污進(jìn)入反應(yīng)堆水池的設(shè)備進(jìn)行了全面的普查。重點(diǎn)對(duì)反應(yīng)堆水池上方的螺栓拉伸機(jī)、換料機(jī)等設(shè)備進(jìn)行了排查,未發(fā)現(xiàn)有漏油的痕跡。排除水池上方設(shè)備漏油的影響。

        2.4 開蓋期間使用化學(xué)試劑與歷史對(duì)比分析

        該核電此前大修均未出現(xiàn)過卸料前反應(yīng)堆水池渾濁現(xiàn)象。其中,本機(jī)組過去5次大修自動(dòng)擰螺栓和手動(dòng)擰螺栓都實(shí)施過,每次充水前都會(huì)對(duì)大蓋表面、法蘭面和反應(yīng)堆水池表面的殘留化學(xué)試劑進(jìn)行清洗,殘留在螺栓孔中的則用螺孔密封塞進(jìn)行封堵,因此正常開蓋操作殘留在螺栓孔中的化學(xué)試劑不會(huì)滲漏到反應(yīng)堆水池中。

        該機(jī)組本次大修中,一個(gè)卡涉螺栓擰出18扣后留在壓力容器上,開蓋過程中向螺孔中注入了約1.4 L(專業(yè)反饋使用量)“WD40”、100 mL“黑水”?;瘜W(xué)試劑從圖1中紅色箭頭位置注入到螺孔中。壓力容器螺孔直徑149.5 mm,長(zhǎng)280 mm,螺栓擰出18扣后,高度約為72 mm。壓力容器螺孔容積約為1.263 L。殘留在這些空間中的化學(xué)試劑無(wú)法清理且難以封堵(如圖1,紅色區(qū)域?yàn)闅埩粑恢?。

        圖1 反應(yīng)堆壓力容器螺栓及化學(xué)試劑注入示意圖

        2.5 化學(xué)試驗(yàn)分析

        使用“WD40”、“黑水”兩種螺栓潤(rùn)滑劑進(jìn)行試驗(yàn)。

        ?按1.4 L WD40進(jìn)入反應(yīng)堆水池上層硼水(反應(yīng)堆水池表面積×5 cm)比例配比WD40與硼水,攪混并靜置澄清后,目視有類似反應(yīng)堆水池水面(如圖2)的油膜狀薄層,如圖3;側(cè)視如圖4所示,與潔凈硼水樣品(圖5)對(duì)比可見明顯混濁。

        圖2 反應(yīng)堆水池滿水后水面

        圖3 模擬試驗(yàn)硼水表面

        圖4 模擬試驗(yàn)硼水側(cè)面

        圖5 潔凈硼水側(cè)面

        ?在150 mL硼水中加入1 g WD40和1 g“黑水”,攪混并靜置后,目視硼水顏色較深,呈墨水狀,如圖6。

        圖6 試驗(yàn)WD40、“黑水”、硼水混合液

        圖7為卡涉螺栓取出后螺孔中的殘留物質(zhì)。通過對(duì)比可見,硼水與“WD40”、“黑水”的混合物,目視和反應(yīng)堆水池水面的漂浮物相近。

        圖7 卡涉螺孔中殘留物

        由此可證實(shí)螺孔中的“WD40”、“黑水”進(jìn)入反應(yīng)堆水池中造成反應(yīng)堆水池渾濁。

        表1列出了核電站大修前卸料反應(yīng)堆水池渾濁可能原因的分析對(duì)比。

        由表1可見,大修卸料前反應(yīng)堆水池渾濁的最大可能性為殘留在卡涉螺栓孔中的化學(xué)試劑進(jìn)入引起。

        表1 核電站大修前卸料反應(yīng)堆水池渾濁原因

        3 水質(zhì)污染過程分析

        正常開蓋時(shí),在反應(yīng)堆壓力容器螺栓全部擰出螺栓孔后,用螺孔密封塞對(duì)螺孔進(jìn)行密封封堵,可防止壓力容器螺孔里的化學(xué)試劑不進(jìn)入反應(yīng)堆水池,也可以防止反應(yīng)堆水池的硼水進(jìn)入螺孔。

        由于卡涉螺栓留在壓力容器上,故在反應(yīng)堆水池充水前制作封堵工具進(jìn)行封堵。但螺栓和螺孔的縫隙無(wú)法經(jīng)簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)加工的封堵工具有效封堵,且有落入堆芯成為異物的風(fēng)險(xiǎn)。為了不中止開蓋工作,盡快離開法蘭面水位確保堆芯安全,而未封堵卡涉螺栓和螺孔間隙,繼續(xù)開蓋工作。在充水后,由于水壓,硼水進(jìn)入螺孔中將化學(xué)試劑通過螺栓與螺孔的間隙擠壓進(jìn)入水池,由于密度小于硼水,在反應(yīng)堆水池上形成油膜狀漂浮物。

        4 處理措施

        在線投運(yùn)反應(yīng)堆水池凈化泵凈化反應(yīng)堆水池、啟動(dòng)兩臺(tái)RRA泵以增加下泄凈化流量,另外制作水面清理工具持續(xù)進(jìn)行反應(yīng)堆水池表面清理。經(jīng)過約14 h處理后水池水質(zhì)滿足控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)脫扣要求,機(jī)組繼續(xù)下行相關(guān)工作。

        卸料結(jié)束后,在反應(yīng)堆水池去污期間對(duì)反應(yīng)堆水池池壁去污,排放水池上層硼水,持續(xù)對(duì)換料水箱進(jìn)行凈化,更換凈化系統(tǒng)的濾網(wǎng),對(duì)所有螺栓孔進(jìn)行清理,避免上行引起水質(zhì)渾濁。

        5 結(jié)語(yǔ)

        反應(yīng)堆水池渾濁已是國(guó)內(nèi)外核電關(guān)注問題,該事件處理及分析過程為同類事件提供了經(jīng)驗(yàn)支持,對(duì)壓力容器螺孔封堵工具提出新的要求,同時(shí)迫切需要開發(fā)反應(yīng)堆水池漂浮物打撈、油膜處理、水質(zhì)凈化的專用工具。

        建議開發(fā)專用工具用于封堵螺栓與螺孔的間隙;另外開發(fā)專用工具提高堆池表面清理效率。

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