關(guān)鍵詞：核電站;源項(xiàng)控制;影響分析

0 引言

隨著太陽(yáng)能、風(fēng)能等新能源電力的發(fā)展，受新能源電力上網(wǎng)政策影響，越來(lái)越多的核電機(jī)組需要參與電網(wǎng)的調(diào)峰，部分地區(qū)也有核電機(jī)組因調(diào)峰臨停的情況。除電網(wǎng)調(diào)峰原因外，還有一些機(jī)組因缺陷檢修需求進(jìn)行臨停。根據(jù)核電運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，機(jī)組臨停的時(shí)間、機(jī)組模式以及采取的源項(xiàng)控制措施對(duì)機(jī)組源項(xiàng)均有影響。機(jī)組臨停往往時(shí)間較短且并網(wǎng)時(shí)間不確定，這給選擇機(jī)組臨停狀態(tài)和對(duì)應(yīng)的臨停源項(xiàng)控制措施帶來(lái)了困難。因此，臨停期間的源項(xiàng)控制已成為核電機(jī)組源項(xiàng)控制的重要組成部分。

1 臨停主要源項(xiàng)控制措施

因電網(wǎng)負(fù)荷變化要求或機(jī)組缺陷處理需要而導(dǎo)致的臨時(shí)停堆、機(jī)工況稱為臨停工況。源項(xiàng)控制措施的選擇主要看機(jī)組臨停的時(shí)長(zhǎng)、機(jī)組最終臨停狀態(tài)。電網(wǎng)安排的調(diào)峰臨停是計(jì)劃性的，通常在臨停初期就能夠確定臨停時(shí)間，機(jī)組狀態(tài)則需根據(jù)是否有檢修、凈化等需求來(lái)綜合考慮。設(shè)備缺陷檢修類臨停則需根據(jù)設(shè)備缺陷排查情況、檢修條件、檢修計(jì)劃等確定臨停時(shí)間和機(jī)組狀態(tài)。在沒(méi)有特殊需求的情況下，一般機(jī)組為了能夠快速恢復(fù)并網(wǎng)會(huì)選擇停留在熱停平臺(tái)。適用于各類臨停的主要源項(xiàng)控制措施如下：

1. 1 調(diào)大下泄流量

通過(guò)將RCV（化學(xué)與容積控制系統(tǒng)）下泄回路由單孔板調(diào)整至雙孔板，可將下泄流量調(diào)大至約27 m3 / h。下泄流量增大可提高系統(tǒng)單位時(shí)間內(nèi)對(duì)一回路冷卻劑的凈化能力。一方面，凈化回路的水過(guò)濾器、除鹽床可凈化掉對(duì)應(yīng)形態(tài)的腐蝕活化產(chǎn)物，如果臨停時(shí)間僅1～2 天且機(jī)組處于NS/SG 模式（蒸汽發(fā)生器冷卻正常停堆模式）的一回路最大溫度，那么臨時(shí)調(diào)大RCV 下泄流量的意義不大，這種狀態(tài)下一回路腐蝕活化產(chǎn)物的釋放量與RP 模式（反應(yīng)堆功率運(yùn)行模式）沒(méi)有差別。

1. 2 下行氧化凈化

氧化凈化是機(jī)組下行冷卻劑降溫至80 ℃時(shí)向一回路注入雙氧水，在短時(shí)間內(nèi)集中溶解和剝落沉積在一回路表面的松散腐蝕活化產(chǎn)物，并使氧化膜更加致密防止腐蝕活化產(chǎn)物進(jìn)一步釋放，同時(shí)依靠?jī)艋芈穼⑨尫诺母g活化產(chǎn)物凈化掉，避免因機(jī)組下行過(guò)程中因降溫持續(xù)緩慢釋放腐蝕活化產(chǎn)物，而導(dǎo)致腐蝕活化產(chǎn)物在系統(tǒng)設(shè)備表面沉積，整個(gè)凈化過(guò)程一回路冷卻劑一般保持在60 ℃附近。通常機(jī)組臨停時(shí)間大于7 天，且必須臨停至NS/ RRA 模式（RRA 冷卻正常停堆模式）或MCS 模式（維修停堆模式）時(shí)，適宜進(jìn)行氧化凈化，否則保持還原環(huán)境有利于防止腐蝕活化產(chǎn)物釋放。

1. 3 pH 值控制

膠狀腐蝕活化產(chǎn)物的釋放、沉積受pH 值影響較大，在pH 值較高的情況下，會(huì)增加膠狀氧化鐵對(duì)鈷的吸附，在pH 值較低的情況下，鈷的溶解度最高[1] 。如果臨停策略是釋放+凈化，則應(yīng)調(diào)整一回路pH 值至偏酸性，如果臨停策略是減少釋放，則應(yīng)調(diào)整一回路pH 值至堿性。

1. 4 提高凈化單元凈化效率

凈化單元的水過(guò)濾器、除鹽床分別用于凈化一回路冷卻劑中的非溶解態(tài)、溶解態(tài)腐蝕活化產(chǎn)物。水過(guò)濾器應(yīng)盡量使用小孔徑濾芯，并盡量降低因達(dá)到濾芯更換標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致隔離旁路的時(shí)間，除鹽床應(yīng)切換至凈化效率更高的除鹽床，通常會(huì)由RCV 系統(tǒng)（化學(xué)與容積控制系統(tǒng)）除鹽床，切換至TEP 系統(tǒng)（硼回收系統(tǒng)）6 號(hào)除鹽床，以獲取更高的凈化效率，同時(shí)其除Li 性能可保證80 ℃時(shí)一回路pH 值更低，有利于提高腐蝕活化產(chǎn)物凈化效果。

1. 5 溫度控制

根據(jù)電站實(shí)踐及EPRI 相關(guān)報(bào)告結(jié)論，沉積在堆芯及一回路管道、設(shè)備表面的腐蝕活化產(chǎn)物在50～100 ℃附近溶解度最大[2] ，機(jī)組一回路冷卻劑在降溫或升溫過(guò)程中，其溫度在50 ～ 100 ℃ 附近時(shí)，主回路溶解態(tài)、非溶解態(tài)腐蝕活化產(chǎn)物釋放量最大，遠(yuǎn)離50～100 ℃則釋放量降低。

1. 6 主泵運(yùn)行

臨停時(shí)一回路降溫、氧化均會(huì)導(dǎo)致一回路腐蝕活化產(chǎn)物向一回路冷卻劑中釋放。相關(guān)實(shí)踐表明[3] ，主泵運(yùn)行能夠保障一回路釋放的腐蝕活化產(chǎn)物被有效混合在一回路冷卻劑中，這有助于凈化回路盡可能多的去除腐蝕活化產(chǎn)物，從而減少腐蝕活化產(chǎn)物的沉積。

2 A 機(jī)組某次臨停源項(xiàng)控制

A 機(jī)組首循環(huán)末期，按電網(wǎng)要求需臨停1. 5個(gè)月，機(jī)組按計(jì)劃臨停至MCS 模式，為優(yōu)化機(jī)組源項(xiàng)、降低機(jī)組首修集體劑量，電站決定開(kāi)展專項(xiàng)源項(xiàng)凈化。本次臨停一回路采取偏酸性控制，使用TEP 系統(tǒng)6 號(hào)除鹽床，在下行階段氧化凈化120 h、上行階段在80 ℃平臺(tái)停留凈化48 h。

一回路加入雙氧水后約30 分鐘出現(xiàn)放射性活度濃度峰值，γT（一回路冷卻劑中的總γ 比活度）為173 512 MBq/ t，Co-58 為115 986 MBq/ t。經(jīng)估算，γT 及Co-58 放射性活度濃度達(dá)到限值、期望值時(shí)間遠(yuǎn)小于機(jī)組下行階段計(jì)劃氧化凈化時(shí)間。與該電站同類型機(jī)組E、F、G、H 首次氧化比較，其放射性活度濃度峰值處于較低水平（見(jiàn)圖1）。

主泵停運(yùn)后立即開(kāi)展了系統(tǒng)輻射指數(shù)測(cè)量，RCP（反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)）指數(shù)（在RCP 三個(gè)環(huán)路各選取8 個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)其中3 個(gè)測(cè)量點(diǎn)的接觸劑量率測(cè)量值進(jìn)行平均計(jì)算）為142、RCV 指數(shù)（在RCV 系統(tǒng)上充、下泄回路選取10 個(gè)測(cè)量點(diǎn)對(duì)其接觸劑量率測(cè)量值進(jìn)行平均計(jì)算） 為152、RRA（余熱排出系統(tǒng)）指數(shù)（在RRA 系統(tǒng)選取10個(gè)測(cè)量點(diǎn)對(duì)其接觸劑量率測(cè)量值進(jìn)行平均計(jì)算）為174，均處于該電廠同類型機(jī)組首次氧化后停主泵最優(yōu)值（見(jiàn)圖2）。

3 B 機(jī)組某次臨停源項(xiàng)控制

B 機(jī)組于機(jī)組首修前3 個(gè)月，因設(shè)備故障需將機(jī)組臨停至MCS 模式開(kāi)展檢修，同時(shí)由于電網(wǎng)要求，機(jī)組需在短時(shí)間內(nèi)完成檢修后立即上行并網(wǎng)，共臨停5 天，故本次臨停為無(wú)氧化停堆，唯一采取的凈化措施是調(diào)大下泄流量。

由于本次臨停無(wú)氧化，機(jī)組下行階段測(cè)量到的一回路放射性活度濃度最大值總γT 為6 928MBq/ t，Co-58 為4 001 MBq/ t，遠(yuǎn)低于同類型機(jī)組首次氧化情況下的放射性活度濃度。機(jī)組上行階段測(cè)量到的一回路放射性活度濃度最大值γT 為10 460 MBq/ t，Co-58 為6 339 MBq/ t。

本次主泵停運(yùn)測(cè)量了系統(tǒng)輻射指數(shù)與區(qū)域輻射指數(shù)，RCP 指數(shù)為256，RCV 指數(shù)為253，RRA指數(shù)為391，區(qū)域指數(shù)（在反應(yīng)堆廠房各樓層選取39 個(gè)測(cè)量點(diǎn)對(duì)其環(huán)境劑量率進(jìn)行平均計(jì)算） 為141，均處于首次停堆較高水平（見(jiàn)圖3）。

4 A、B 機(jī)組源項(xiàng)情況對(duì)比分析

通過(guò)2、3 節(jié)的信息可得知，A、B 機(jī)組均在首個(gè)燃料循環(huán)末期進(jìn)行了臨停，采取了不同的臨停源項(xiàng)控制措施，臨停停主泵階段輻射指數(shù)差異較大。因此電站對(duì)A、B 機(jī)組首循環(huán)日常期間源項(xiàng)、首次大修源項(xiàng)進(jìn)行了進(jìn)一步對(duì)比，以從中找到臨停源項(xiàng)控制對(duì)機(jī)組源項(xiàng)水平的影響及其原因。

4. 1 首循環(huán)日常期間源項(xiàng)對(duì)比

通過(guò)梳理電站同類型機(jī)組E、F、G、H、A、B，商運(yùn)后前40 周中11 次輻射控制區(qū)輻射水平周測(cè)量數(shù)據(jù)，將其中主要點(diǎn)位取平均值進(jìn)行對(duì)比（見(jiàn)圖4），可發(fā)現(xiàn)日常期間機(jī)組A、B 基本處于同一水平，明顯優(yōu)于機(jī)組E、F、G。

4. 2 首次大修源項(xiàng)對(duì)比

選取某電站同類型機(jī)組E、F、G、H、A、B 首修機(jī)組熱停堆6 h 階段系統(tǒng)輻射指數(shù)、區(qū)域輻射指數(shù)進(jìn)行對(duì)比（見(jiàn)表1），發(fā)現(xiàn)機(jī)組B 的區(qū)域輻射指數(shù)處于最高值，RCP 輻射指數(shù)處于歷史第二高，反而RCV 指數(shù)處于相對(duì)較低水平。與機(jī)組A 數(shù)據(jù)比較RCP 指數(shù)高出27. 7%，區(qū)域指數(shù)高出136. 5%。

選取某電站同類型機(jī)組E、F、G、H、A、B 首修機(jī)組低低水位階段系統(tǒng)輻射指數(shù)、區(qū)域輻射指數(shù)進(jìn)行對(duì)比（見(jiàn)表2），發(fā)現(xiàn)機(jī)組B 的RCP 系統(tǒng)指數(shù)處于最高值，RCV 指數(shù)、RRA 指數(shù)、區(qū)域指數(shù)均處于中等偏上水平。與機(jī)組A 數(shù)據(jù)比較RCP 指數(shù)高94. 2%、RCV 指數(shù)高67. 9%、RRA 指數(shù)高36. 7%、區(qū)域指數(shù)高103. 8%。

進(jìn)一步對(duì)比機(jī)組A、B 首修機(jī)組下行階段源項(xiàng)控制措施，其唯一區(qū)別為機(jī)組A 氧化凈化19. 5 h，機(jī)組B 氧化凈化36 h，由于氧化凈化時(shí)間與低低水位整體輻射指數(shù)為負(fù)相關(guān)，可排除機(jī)組下行階段源項(xiàng)控制對(duì)機(jī)組B 低低水位輻射指數(shù)相對(duì)偏高的影響。

4. 3 源項(xiàng)差異分析

根據(jù)4. 1 小節(jié)日常源項(xiàng)信息，得知機(jī)組A、B在臨停前機(jī)組功率運(yùn)行階段的源項(xiàng)處于同一水平;根據(jù)4. 2 小節(jié)大修源項(xiàng)信息，得知熱停階段、低低水位階段機(jī)組B 各項(xiàng)輻射指數(shù)均高于機(jī)組A，部分指數(shù)高出100%以上。綜合判斷，機(jī)組B 臨停低低水位、首修熱停堆6 h 及低低水位源項(xiàng)水平偏高主要是由于臨停階段源項(xiàng)控制的差異。

從源項(xiàng)機(jī)理上分析，機(jī)組B 在臨停階段由于一回路冷卻劑溫度降低，腐蝕活化產(chǎn)物溶解度在降溫過(guò)程中增大，腐蝕活化產(chǎn)物持續(xù)以非溶解態(tài)、溶解態(tài)向一回路冷卻劑中釋放，70 ℃以后的快速降溫使腐蝕活化產(chǎn)物溶解度降低、主泵過(guò)早停運(yùn)使腐蝕活化產(chǎn)物無(wú)法均勻輸送至凈化回路，導(dǎo)致堆芯釋放出的腐蝕活化產(chǎn)物重新沉積至一回路管道、設(shè)備表面，進(jìn)而使輻射指數(shù)升高。

證據(jù)1：機(jī)組B 首修停堆6 h 輻射指數(shù)中RCP輻射指數(shù)偏高、RCV 輻射指數(shù)偏低可以充分證明腐蝕活化產(chǎn)物未有效遷移至凈化回路。

證據(jù)2：同時(shí)通過(guò)對(duì)比機(jī)組A 臨停氧化放射性活度濃度峰值、機(jī)組B 首修氧化放射性活度濃度峰值（見(jiàn)表3），可以發(fā)現(xiàn)在等效滿功率運(yùn)行天接近、日常源項(xiàng)水平處于同一水平的情況下，首次氧化時(shí)機(jī)組B 的放射性活度濃度峰值卻遠(yuǎn)高于機(jī)組A，這進(jìn)一步證明了機(jī)組B 在臨停后發(fā)生了腐蝕活化產(chǎn)物的大范圍沉積。由于大范圍沉積增加了松散腐蝕活化產(chǎn)物與H2O2 發(fā)生氧化反應(yīng)的面積，導(dǎo)致放射性活度濃度峰值較高。

5 結(jié)論

（1）臨停源項(xiàng)控制對(duì)機(jī)組源項(xiàng)的影響不容小覷，核電站在條件允許的情況下，應(yīng)制定專項(xiàng)臨停源項(xiàng)控制措施，利用臨停窗口優(yōu)化機(jī)組源項(xiàng);在不可抗力情況下，也應(yīng)該采取可實(shí)施的基本源項(xiàng)控制措施，將臨停對(duì)源項(xiàng)的負(fù)面影響降到最低。

（2）在無(wú)氧化情況下停堆至MCS 模式有腐蝕活化產(chǎn)物遷移、沉積至堆芯外的風(fēng)險(xiǎn)，會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)源項(xiàng)水平上升，且后續(xù)較難通過(guò)大修期間氧化凈化改善，需盡量避免此情況的發(fā)生。

（3）如機(jī)組臨停已導(dǎo)致腐蝕活化產(chǎn)物的大范圍沉積，應(yīng)在最近一次大修中采取充分的源項(xiàng)控制措施，包括：一回路pH 值偏酸性控制;較其它大修適當(dāng)延長(zhǎng)氧化凈化時(shí)間;在大修前兩周、低低水位、機(jī)組上行期間等窗口對(duì)PTR 大罐中冷卻劑進(jìn)行凈化;在上行階段60～80 ℃平臺(tái)停留凈化;十年大修還可利用水壓試驗(yàn)開(kāi)展一回路凈化。