核電廠一回路冷卻劑溶解氫人工測量方法優化

(福建福清核電有限公司,福建 福清 350318)

壓水堆核電廠一回路冷卻劑在輻照情況下會分解產生H2、O2和H2O2,對結構材料產生氧腐蝕。

通過向一回路冷卻劑中加入過量的氫氣,可以抑制水輻照分解,減少冷卻劑中氧化性輻解產物濃度,從而大大減少結構材料的腐蝕。福清核電廠化學和放射化學技術規范明確在功率運行(RP)及蒸汽發生器冷停堆(NS/SG)模式下,一回路冷卻劑的溶解氫濃度限值要求在20～50 mL/kg(STP),如果5 mL/kg(STP)50 mL/kg(STP),應在8 h內開始向NS/SG模式后撤。為時刻監測一回路冷卻劑溶解氫濃度滿足化學技術規范要求,核取樣系統設置有在線監測氫表。同時為檢驗在線監測氫表的有效性,在功率運行期間,化學技術規范要求以1次/周的頻率人工取樣檢測一回路冷卻劑溶解氫,通過數據對比來確認在線氫表測量數據準確可靠,保證機組安全穩定運行。

1 M310壓水堆一回路冷卻劑溶解氫監測方式

1.1 在線氫表監測

福清核電廠M310壓水堆核取樣系統在線氫表監測方式見圖1紅色標識流程圖所示。從化學和容積控制系統正常下泄回路(圖1綠色標識)除鹽床上游引出一條取樣管線至核取樣系統手套箱內,在手套箱內通過金屬軟管將一回路冷卻劑樣水引入在線氫表裝置進行溶解氫的在線分析,分析完成后的樣水回收至化學和容積控制系統的容積控制箱內,最終返回一回路系統。

1.2 人工取樣檢測

福清核電廠M310壓水堆一回路冷卻劑溶解氫人工取樣檢測使用HACH ORBISPHERE 3654便攜式氫表,測量方式見圖1藍色標識流程簡圖所示。將金屬軟管與接頭440WV連接點斷開,重新連接至接頭402WV,在線氫表取樣管線斷流,將一回路冷卻劑引入便攜式氫表進行人工檢測。檢測完成后的一回路冷卻劑返回相分離器手套箱內,最終排往放射性廢液處理系統。

此方法進行人工檢測一回路冷卻劑溶解氫存在以下問題：

1)測量時必須斷開在線氫表管線,使在線氫表不可用。人工測量結束后還需切換回在線氫表取樣管線,來回切換工作量較大,工作效率低,且中斷了在線氫表的連續監測,儀表可用性降低。

2)人工測量溶解氫所需流量約30 L/h,但便攜式氫表本體無流量調節和流量顯示功能,僅依靠核取樣系統管線上的截止閥調節流量以及通過電磁流量計顯示流量,難以實現測量流量的精準控制。根據實踐經驗,核取樣系統管線本體流量調節的瞬時波動超過10 L/h,存在流量調節困難、分析過程耗時較長、放射性廢液排放多、分析結果偏差大等缺點。

3)一回路冷卻劑放射性水平高,手套箱在鉛屏蔽作用下,外表面附近2 cm范圍環境劑量率仍達到80 μSv/h。人工取樣檢測在線復雜、耗時長,導致人員所受輻照劑量多。

4)便攜式氫表單獨放置在手套箱外,增加了放射性液體泄漏及人員放射性沾污風險。

圖1 一回路冷卻劑溶解氫在線氫表及人工取樣分析流程Fig.1 On-line hydrogen meter for coolant dissolved hydrogen in the primary circuit,and manual sampling and analysis process

2 一回路冷卻劑溶解氫人工測量方法優化

2.1 便攜式氫表設計改進

為解決人工取樣檢測溶解氫時存在的耗時長、放射性廢液排放多、人員受輻照劑量多以及存在放射性沾污等問題,制作一個便攜式氫表箱,原理圖如圖2所示。

在便攜式氫表箱內安裝一個帶調節閥的流量計、壓力表以及配套的金屬軟管,將便攜式氫表安裝在箱內。將一回路冷卻劑引入便攜式氫表箱內,通過帶調節閥的流量計進行流量調節及流量顯示,如此便能夠快速、穩定調節并顯示便攜式氫表分析所需流量,大量縮短人工取樣分析時間,從而有效地減少放射性廢液排放量、減少人員所受輻照劑量；且將便攜式氫表放置在密閉的便攜式氫表箱內,可以避免放射性液體泄漏時造成人員沾污和放射性擴散風險。

2.2 人工取樣方法改進

為簡化一回路冷卻劑溶解氫人工檢測管線,在核取樣系統的原設計下進行優化改進,見圖2藍色虛線標識流程簡圖所示。

利用核取樣系統氫分析儀室預留在線氫表旁排管線(旁排閥443VP),其出口與便攜式氫表取樣管線入口接頭(402WV)在同一手套箱內,將在線氫表旁排的出口管線末端新增一個快速接頭443WV,使用金屬軟管將443WV和402WV兩個快速接頭互相連接,從而實現了在線氫表取樣管線與人工取樣測量管線同步在線,人工分析完成后的放射性廢液返回相分離器手套箱內,最終排往放射性廢液處理系統。整個取樣分析過程變得非常簡單,提高了工作效率,并且實現了一回路冷卻劑溶解氫在線監測和人工取樣檢測同時進行。

圖2 一回路冷卻劑人工取樣分析方法優化后取樣流程Fig.2 The sampling process after optimization of primary coolant manual sampling and analysis method

3 新方法在核電廠應用及效果

一回路冷卻劑溶解氫人工取樣測量方法改進后,經福清核電廠1～2號機組經歷1個燃料循環的實際運用,效果非常顯著：

1)工時、放射性廢液排放量及輻照劑量率減少。一回路冷卻劑溶解氫人工取樣檢測時間,優化改進前需兩位工作人員平均耗時約60 min,優化改進后只需1人操作且時間縮短至10 min左右,放射性廢液排放量大量減少,單次測量增加的輻照劑量率貢獻量由改進前的8 μSv·man降低至2 μSv·man。

2)操作簡化且實現了在線表監測和人工測量同步進行,更方便實現對在線氫表有效性的驗證。

3)便攜式氫表箱的應用,有效避免了放射性液體泄漏造成人員沾污和放射性擴散。

4 結 論

本文介紹了一種壓水堆核電廠一回路冷卻劑溶解氫人工測量的優化方法,普遍適用于我國M310堆型機組。該方法經實際應用檢驗是合理且有效的,不僅能減少工作時間、降低人員輻照劑量,而且簡化了操作,更有利于化學技術規范的實施。同行電廠在調研福清核電對一回路冷卻劑溶解氫人工測量方法后,均認同該方法較為簡單、便捷,或將參考福清核電進行優化。