壓水堆核電廠二回路放射性污染控制研究

喬振華 陳光輝

中圖分類號：TM623 文獻標識：A 文章編號：1674-1145（2018）2-000-01

摘 要 本文提出了壓水堆核電廠要設置監控系統來監測蒸汽發生器污染物泄漏量，確保二回路系統的水質和污染物排放達標。同時，建立了二回路系統模型，計算出放射物源項流出的數量，來確定蒸汽發生器傳熱管泄漏率，并舉例分析了蒸汽發生器的排污系統及監控系統的設計。

關鍵詞 壓水堆核電廠 二回路系統 放射性污染控制

當蒸汽發生器受到腐蝕，會出現一二次回路中的冷卻劑泄漏，向二回路釋放放射性物質。因此，需設計過濾裝置控制二回路水質；同時，要設置污染物排放的監控系統。基于放射性核素遷移特性，本文建立了二回路系統源項及污染物釋放量的計算模型，根據模型能夠確定二回路水質。

一、二回路系統模型設計

（一）系統源項模型

放射性核素會經歷過衰變、泄漏等過程，在計算二回路的源項時，需全面考慮惰性氣體、堿金屬在蒸汽發生器中氣液體分配差距問題。惰性氣體會全部進入上部蒸汽，能夠得放射性濃度：

（1）

對于堿金屬，以放射性核素濃度Cw（t）為依據，根據發生和消亡途徑建立方程：

（2）

其中，Cg（t）為蒸汽發生器中的放射性核素i的濃度， ； 為一回路冷卻劑放射濃度； 為蒸汽流量； 為水相質量，t； 為蒸汽攜帶因子。

（二）二回路流出物源項模型

二回路流出物主要為氣態、液態兩種。氣態不凝結氣體通過真空系統排放；液態主要通過排污及給水系統凈化。液態氣體釋放的放射性核素總活度計算方法如下：

（3）

其中，A為每年釋放的放射性核素的重量 ； 為二次回路放射物泄漏率 ； 為一年內蒸汽發生器不回收污染物的次數； ， 為排污系統的去污因子。

二、二回路放射性污染控制方法

（一）蒸汽發生器排污系統的流量設計

排污系統流量越大，控制能力越好，成本越高。加大排污量是有效控制二回路放射性污染的重要方法。可以先確定排污量，再計算出泄漏值，根據URD設計要求，排污量要為總蒸汽流量的1%。

（二）蒸汽發生器泄漏監控報警閥值設計

當泄漏值超出額定范圍后，監測器會發出報警信號并采取相應措施。蒸汽發生器主要存在兩種泄漏：運行泄漏和傳熱管破裂泄漏。監測系統需要設置3種級別的警報來監測這兩種泄漏。

初級泄漏需持續觀察，中級泄漏時機組需停堆并后撤，當產生高級別泄漏時，需要啟動緊急預案。按照GB11217-1989，測試裝置的極限探測值為運行極限為1%，因此，初級監測器的探測值設置為最低閥值的10倍；中級監測為中級別閥值；高級別閥值需根據傳熱管破裂的具體情況確定。

（三）二回路放射性污染控制實際分析

以某壓水堆核電站為例，總蒸汽流量（ ）、蒸汽發生器的排污量（ ）、水的質量（t）、二回路給水泄漏率（ ）、去污因子（惰性氣體）的數據為：5803、50、3X47.6、1、22%。該核電站運行時間已超8000h，每隔18個月更換一回路的冷卻源項，回路中的惰性氣體質量為為1240 ；裂變產物為77.3、腐蝕產物為0.35。根據（2）計算模型可以得出蒸汽發生器污染物的放射性濃度達到了410 ，二次泄漏率為2.0 。根據（3）算法，計算出二回路系統釋放出的液態放射性素總活度6.7GBq/a，惰性氣體2.6 。為監測發生器的泄漏率，此次測試采用了中級別監測方法，將閥值設定為4 。

通過對比不同回路中的水質控制要求，得出了泄漏控制值數據：400Bq的水質量，泄漏控制值為1.9kg，惰性氣體釋放量為20.6TB；600Bq的水質量，泄漏控制值為2.8kg，惰性氣體釋放量為30.6TB；800Bq的水質量，泄漏控制值為3.8kg，惰性氣體的釋放量為41.1TB。由此可以看出：泄漏率控制值和二回路系統氣液放射物數量，會隨著二回路的水質量控制值變化。根據以上研究內容，壓水堆核電廠通過監測蒸汽發生器的放射性污染閥值，能夠滿足核電廠安全生產需求。

三、結語

本文的分析方法和計算模型能夠應用在壓水堆核電廠放射性污染控制中。在此基礎上，通過確定傳熱管泄漏氣體值，能夠控制污染物排污量；同時，通過設定三級別泄漏監控報警閥值，能夠針對不同的報警信號采取相應措施。因此，防止蒸汽發生器出現運行及傳熱管破裂泄漏，能夠有效控制二回路放射性污染。

參考文獻：

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