移動式放射性水回路熱點處理裝置的設計與應用

陳健菠 陳堅 楊巖

（福建寧德核電有限公司 福建福鼎 355200）

移動式放射性水回路熱點處理裝置的設計與應用

陳健菠 陳堅 楊巖

（福建寧德核電有限公司 福建福鼎 355200）

在壓水堆核電站，因活化腐蝕產物的沉積，在系統中形成了熱點，其輻照水平往往很高，影響生產維修工作，增加電站工作人員集體劑量。本文在總結借鑒其它處理方法的基礎上，介紹一種移動式熱點處理裝置，其特點是，可移動接近熱點區域并實施熱點清除；為捕獲熱粒子，裝置配備了過濾和除鹽單元；為保護裝置操作人員，裝置對動力、過濾和除鹽單元增加了輻射屏蔽保護。本裝置在某廠大修實踐應用中，表現了明顯的熱點清除效果，同時針對裝置應用過程中的不足，提出了改進建議。

熱點；過濾；除鹽；處理

1 背景

在壓水堆核電站，沉積在一回路的活化腐蝕產物是電站集體劑量的主要貢獻者，高達80%～90%[1]。它們產生于電站結構基材內表面，被冷卻劑帶入堆芯活化后再被釋放沉積在系統內壁；在大修期間的氧化還原工藝作用下，又被剝離[2]。

被剝離的活化腐蝕產物雖能被系統逐步濾除，但仍有一部分會沉積在回路死角；它們不僅單體輻照水平高，富集疊加起來的水平更高，于是在系統中就出現了熱點，接觸劑量率高達Sv級；按照電站輻射安全管理制度，禁止人員在熱點周邊工作，它們給電站的安全管理帶來了風險和障礙。因此，必須去除這些熱點。本文闡述一種移動式放射性水回路熱點處理裝置，并在大修現場實踐應用。

2 常見處理方式及評價

2.1 系統沖洗

持續局部循環，將熱粒子向下游沖洗，再利用下游的過濾器或除鹽床凈化。

2.1.1 優點。（1）利用系統自身的循環凈化功能，無需新增設備、無需制定新的運行方案。（2）也能實現自動化、遠程操作，減少就地操作，降低集體劑量。

2.1.2 不足。（1）凈化不能全面、徹底。正因為是冷卻劑沒有將熱粒子帶走而形成的熱點，繼續使用系統自身的循環未必能將熱點全部去除。即便是通過流量的調整進行擾動，但仍會殘留；接觸劑量率會有所降低，但降低程度有限。（2）對系統的占用時間長，延誤電站生產計劃，影響經濟效益。（3）增加電站資源消耗，增加運營成本。

2.2 壓縮空氣吹掃

隔離、排空存在熱點的設備，兩端開口，利用壓縮氣體正、反向多次吹掃；在下游安裝過濾器，吸附、攔截沖出的熱粒子。

2.2.1 優點

利用電站現有資源，工藝簡單、易實施；可正反向吹掃。

2.2.2 不足

（1）開工先決條件苛刻。要求兩端能隔離、能開口，能安裝吹掃和收集設施；還要求被吹掃設備彎頭少、長度短。

（2）存在設備內不明狀態的放射性物質被釋放、且未被下游過濾器攔截的可能，存在人員內污染的隱患。

（3）設備自身結構復雜，影響吹掃效果。

2.3 割管處理

隔離、排空、拆卸存在熱點的設備；重新安裝新設備，或離線去污后再回裝。

2.3.1 優點。能徹底清除熱點。

2.3.2 缺點。（1）對系統的占用時間長，延誤電站的生產計劃，影響電站經濟效益。（2）外照射風險高，集體劑量高。（3）核島空間狹小，施工難度大。

使用上述傳統處理方式處理熱點，代價大、風險高、效果差。可見，需要尋找一種新型的處理工藝和裝置，既能安全、快捷、高效的去除熱點，還能控制風險、降低集體劑量、提升電站經濟效益。

3 移動式放射性水回路熱點處理裝置的設計原理和功能

移動式放射性水回路熱點處理裝置（下簡稱“裝置”）的原理是通過動力單元將帶有熱粒子的流體提升到裝置中，由過濾和除鹽單元將流體中的顆粒濾除、將Co、Cs、Ag等典型核素凈化[3]；利用回流單元將沉積的熱粒子擾動起來后，再通過進水單元引入裝置，形成閉路循環、持續處理，達到轉移熱粒子、消除熱點進而控制外照射風險、降低環境劑量的目的；并通過壓差、劑量和流量的監測控制運行參數。

該裝置通過對熱點的處理，不僅能有效降低環境劑量率、減少外照射風險、為檢修工作創造良好條件；還在工作過程中采取有效措施實踐“合理可能盡量低”的輻射防護最優化原則，確保照射風險和集體劑量能得到有效控制：不僅該裝置主要單元安裝了鉛板，并預留了掛點，必要時可附加鉛皮以增強自屏蔽效果；吸附了熱粒子的濾芯也可安全、快捷的更換，再利用電站現有工藝處理；可實現遠程控制，體積小、重量輕、具有良好的可移動性，便于現場靈活布置。

該裝置具有上述優點，較常見處理方式在工藝流程、風險控制、經濟效益等方面都具有明顯優勢。

4 裝置結構

該裝置由進水單元、動力單元、過濾單元、除鹽單元、回水單元、壓差監測單元、劑量監測單元、流量監測單元八個模塊組成。

4.1 進水單元。其功能是在泵的作用下，將系統中含有熱粒子的流體引入裝置。有兩種不同的接入方式：一種是直接接在系統上；還可以將換向吸頭插入系統內部的熱點區域，進行抽吸。

4.2 動力單元。其功能是為凈化流體提供動力。該單元主要由氣動隔膜泵、壓力調節閥等組成。整個單元外設支架，安裝鉛板，設不銹鋼敷面；設制動滑輪、吊耳、接液措施等。該單元尺寸（長×寬×高）不大于：450mm×450mm×900mm。

4.3 過濾單元。其功能是將流體中粒徑＞5μm的雜物濾除，保護下游除鹽單元。該單元主體是一個過濾器；其法蘭面使用快開活節螺栓固定，使用插拔式標準口徑優質濾芯，可快速更換。該單元支架同動力單元，但鉛板加厚。

4.4 除鹽單元。其功能是將流體中的典型核素通過除鹽柱凈化，進一步降低放射性水平。該單元主體是一個除鹽器；其法蘭面使用

快開活節螺栓固定，使用插拔式標準口徑優質除鹽柱，可快速更換。該除鹽柱具有較強的選擇性，對典型核素選擇性去除率高。該單元支架同過濾單元。

4.5 壓差監測單元。用于監測過濾和除鹽單元的壓差，作為更換過濾器和除鹽器的指示參數。

4.6 劑量監測單元。用于監測過濾和除鹽單元的外表接觸劑量率，作為更換濾芯和除鹽柱的指示參數。該單元主要由探頭、遠程劑量讀取儀表組成。

4.7 流量監測單元。用于計量已處理的流體體積，結合化學指標和除鹽柱的最大交換容量評估除鹽單元工作狀態。由一個浮子流量計組成。

4.8 回流單元。通過回流將沉積的熱粒子擾動起來，以便通過進水管將這些擾動起來的熱粒子引入裝置；形成閉路循環、持續處理。

5 工藝流程

5.1 系統工作流程

圖1 裝置工藝流程圖

5.2 裝置的安裝

按圖1連接設備。首先將進水管接入或將換向接頭插入設備中，并將出水管接回或插回設備內熱點區域。再連接將氣動泵的動力管線；此時，壓力調節閥開度應為0。將劑量監測單元的探頭安裝在過濾和除鹽單元的預定位置，開啟儀表，示數穩定后記錄初始值；記錄這兩個單元的初始壓差。

5.3 裝置的運行

檢查確認裝置已按工藝連接好，全開水路閥門（氣路閥門仍關閉）。在低本底區域開啟壓力調節閥，控制流量。帶有熱粒子的流體經泵提升進入過濾單元，大粒徑雜質被攔截；再流經除鹽單元，放射性核素得到凈化。這些經過處理的流體再回流到系統中，將沉積的熱粒子擾動起來；擾動起來的熱粒子再被抽入裝置，循環凈化。

運行過程中應及時監測壓差和接觸劑量率，根據數據判斷裝置的工作狀態和對熱點的處理效果。

（1）當壓差或接觸劑量率達到預定值時，停運設備，更換過濾單元濾芯。（2）當壓差、接觸劑量率或累計凈化容量達到預定值時，停運設備，更換除鹽單元除鹽柱。

通過裝置對含有熱粒子的流體進行持續的循環過濾和除鹽處理，達到去除熱點的目的。當過濾和除鹽單元的接觸劑量率升高趨穩后，再次測量系統曾經的熱點區域；當其接觸劑量率和環境劑量率下降到可接受的范圍，停運、拆除裝置，向后續工作移交場地。

6 安全控制

6.1 輻射安全

6.1.1 外照射風險。該裝置在轉移了系統中的熱粒子后，其放射性水平升高。但其本體已安裝一定厚度的鉛板；同時可根據需要附加鉛皮，能有效控制外照射風險。在工作結束前使用SED水沖洗管路并空轉1mim，將裝置內的殘水排盡，降低本體劑量。同時，該套裝置可遠程操作和監測，設有快開螺栓、使用插拔式標準接口可快速更換濾芯，能有效降低受照風險和集體劑量。

6.1.2 污染擴散風險。采取如下措施防止殘液灑落：設有接液盤；設備停運后，關閉閥門，再用塑料袋扎口。

6.2 工業安全

選用優質不銹鋼加工，本體強度充裕；對容器開展了水壓和密閉性試驗。均采用制動滑輪，防止裝置工作期間的滑動。

7 應用實踐

在某濱海核電站的十年大修中，某閥門故障；但該處的接觸劑量率高達3.7Sv/h、1m遠處環境劑量率達400mSv/h，判斷該處有熱粒子聚集。該缺陷必須處理，否則制約后續“一回路水壓試驗”關鍵路徑；按照電站輻射安全管理制度，禁止人員在熱點周邊工作。此期間設備滿水且開口；使用本裝置對這個熱點持續循環處理，成功將其接觸劑量率下降到30mSv/h、1m遠處環境劑量率下降到800μSv/h，為檢修工作創造了安全條件。

但該裝置的放射性水平明顯增加：過濾單元廢濾芯的接觸劑量率達2.1Sv/h、除鹽單元廢交換柱的接觸劑量率達0.8Sv/h、動力單元的接觸劑量率達5.3mSv/h。過濾單元鉛屏蔽外接觸劑量率為480mSv/h（過濾單元直接使用行車吊入屏蔽桶內轉移），本體具有一定自屏蔽能力。且在使用、轉移過程中，防跑水措施嚴密，未發生污染擴散事件。整個處理過程，集體劑量為3.2man.mSv。裝置性能得到了進一步驗證。相關數據見表1、表2：

表1 熱點處理前后閥門輻射水平對比

表2 熱點處理前后裝置接觸劑量率對比

8 結語

實踐表明，該裝置對處理系統熱點效果良好（見表1、表2），明顯的降低了熱點區域的接觸劑量率和環境劑量率，為檢修工作創造了良好條件，為電站集體劑量控制做出了貢獻；該裝置能實施遠程控制和監控，特別是過濾和除鹽單元采用標準接口、采用插拔式作業可快速更換失效的濾芯，加上自身的屏蔽措施，保證整個熱點處理過程風險可控，集體劑量低。同時，該裝置在熱點處理過程中，對系統的占用時間短、對大修關鍵路徑的影響小、投入少，是電站降本增效的良好措施之一。

但該裝置對復雜管路內的熱點處理難度大，主要原因是進出水單元不能“隨意”的進入設備內部任一區域，尚需在實踐中不斷優化，以滿足不同工況下的熱點處理需要。

[1]付亞茹,梅其良,潘楠,李懷斌.CORA程序介紹和在腐蝕產物控制措施上的應用[J].輻射防護,2014,34(1)∶337-342.

[2]熊軍,蔣振宇,唐邵華.CPR1000停堆開蓋一回路冷卻劑中58Co放射性濃度分析[J].輻射防護,2013,33(4)∶21-25.

[3]黃雅文.幾種高選擇性無機離子交換劑在放射性廢水處理中的應用[J].輻射防護通訊,2009,29(6)∶16-20.

陳健菠（1981-），男，2005年7月畢業于東北電力大學應用化學專業，獲學士學位，工程師。