M310核電機組大修過程中換料水箱水位變化分析

丁強 翟瑞昆

摘 要：M310核電機組大修期間，換料水箱中的水容積與機組狀態緊密相連，同時受運行技術規范的嚴格限制。本文通過對各個機組狀態下換料水箱的水容積變化的深入分析，給出了不同機組狀態下換料水箱的液位控制范圍，為M310機組大修過程中換料水箱水容積控制提供了參考。

關鍵詞：核電機組；換料水箱；參考

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.11.153

核電機組經過一個燃料循環的運行后，需進行大修，更換核燃料的同時，對日常運行期間無法檢修的系統進行檢查維護，在機組大修過程中需要大量的硼酸來抑制反應性、提供水屏蔽，這些硼酸大部分貯存在乏燃料水池冷卻和處理系統（以下簡稱PTR）的換料水箱中，大修期間控制換料水箱的水裝量對保證機組安全和大修開展至關重要。

1 PTR系統及換料水箱的功能分析

PTR系統的作用主要就是保證乏池的持久冷卻，以及反應堆換料水池的充水、排水和凈化。PTR系統共6個水池，位于反應堆廠房的反應堆換料水池和堆內構件貯存池，位于乏燃料廠房的燃料轉存艙、乏燃料貯存水池、乏燃料裝載井和燃料輸送罐沖洗池。

換料水箱安裝在反應堆廠房外，在反應堆換料時，可實現反應堆水池的充水和排水，其可用容積為1664m?，截面積為109㎡。

2 運行技術規范對換料水箱水裝量的要求

機組處于功率運行模式（RP）及蒸汽發生器冷卻停堆模式（NS/SG）時，要求換料水箱水位大于15.3m。

機組處于余排冷卻正常停堆模式（NS/RRA）時，要求液位高于15.3m，換料后，一回路溫度小于90℃時，換料水箱硼酸儲量（總容積）大于1100m3 是可接受的。

機組處于維修停堆模式（MCS）時，換料水箱硼酸（包括反應堆水池和換料水箱）儲量需大于1664m3；裝料后，硼酸（包括反應堆水池和換料水箱）儲量需大于1400m3。

若無法滿足對應機組模式下硼酸儲量的要求，嚴重威脅機組安全。

3 機組下行上行過程中換料水箱水位變化分析

大修期間將大量消耗換料水箱中的硼酸，大修開始前，通常將換料水箱補水至15.7m以上，同時在硼回收系統中儲槽中準備一罐合格的硼酸備用，在乏燃料裝載井中制備2300-2500ppm的硼酸用于對燃料轉運倉及其它水池充水。

當機組到達MCS模式后，可通過壓空回收一列安噴系統的硼酸，換料水箱水位上升約7cm，此時需防止換料水箱液位過高導致溢流。

為保證機組能夠正常換料，需將反應堆水池及燃料轉運倉艙充滿水，這些硼水來自換料水箱及裝載井。為執行換料小車水下試驗，首先通過裝載井（總容積230m?）將轉運倉（總容積235m?）及堆內構件池充水至1m水位，水下試驗結束后，將裝載井內余水再傳至燃料轉運倉。由于裝載井的體積比燃料轉運倉的容積略小，又為堆內構件池補水1m，燃料轉運倉無法通過裝載井充至要求水位，缺少的量由換料水箱進行補充。

根據經驗，此狀態下將燃料轉運倉補水至要求水位大約消耗110m?硼酸，換料水箱水位下降約1m，若MCS模式下直接進行補水將導致換料水箱不滿足技術規范要求，因此需先進行反應堆水池充水至15.5m，機組進入換料停堆模式（RCS），對應的換料水箱下降至約8.2m。在控制棒驅動機構脫扣期間將硼回收系統中儲槽的硼酸補充至換料水箱，對換料水箱補水時需考慮以下幾點：

（1）反應堆水池從15.5m充水至19.5m用水約536m3，換料水箱液位下降4.9m；

（2）根據經驗，一回路管道和穩壓器等進水約30m3，換料水箱液位下降0.3m；

（3）換料水箱需要將燃料轉運倉補滿，需消耗約110m?，換料水箱液位下降1m；

（4）充水后要求換料水箱液位大于2.1m，并保證一定裕度。

根據上述分析，建議通過硼回收系統中儲槽向換料水箱補水約1m，即可滿足后續機組需求，至少補水至8.5m以上，此處以補水1m進行后續分析，經補水后換料水箱液位上漲至9.3m，補水完成后若脫扣工作未完成，可進行燃料轉運倉充水至需求水位，避免占用主線時間。當控制棒驅動機構脫扣工作結束后，繼續換料水箱向反應堆水池充水，目標液位19.5m，充水結束后換料水箱剩余液位約3.1m。

當機組換料完成，進入完全卸料模式（RCD），為進行低低水位檢修工作，須將一回路排水至低低水位，由于堆內構件貯存池內需貯存上部堆內構件，故排水時僅將反應堆換料水池及主系統內的水排走。排水量約750m?，此時換料水箱水位將上升至約10m。

機組上行過程中，需要對一回路的各個系統管道及各個容器進行充水排氣，需消耗大量的硼酸，中壓安注箱充水約耗水100m?。在回路充水排氣及反應堆換料水池充水至19.5m后，需確保換料水箱水位高于2.1m，保證安注和安噴泵再鑒定的需要。裝料結束后，反應堆水池排水至法蘭面水位，換料水箱接收約1410m?的硼酸，使換料水箱的液位上漲約12.9m，故為防止換料水箱無法容納反應堆水池排水，排水前需確認換料水箱水位不高于2.7m。

反應堆水池排水進入MCS模式，此時運行技術規范對換料水箱的容積需≥1400m?，故在此狀態下需控制換料水箱水位大于12.9m。壓力容器關蓋結束后，需對一回路進行充水至滿水狀態，需消耗硼酸約130m?，換料水箱水位下降1.2m，在后續的一回路靜排氣、動排氣的過程中需密切關注換料水箱的水位，液位低時及時進行補充，避免違反技術規范，最終在NS/RRA模式一回路溫度大于90℃之前將換料水箱水位控制在15.3m以上。

4 總結

通過對整個大修過程中換料水箱液位變化的具體分析，使我們對大修期間換料水箱的液位變化有了更直觀的認識，鑒于其與運行技術規范緊密相連，需要我們在各個模式對換料水箱所需維持的液位范圍有一個明確的認識，才能確保大修工作的順利開展。

參考文獻：

[1]福建福清核電廠1/2號機組運行技術規范005 D版[S].2018.

[2]PTR反應堆換料水池和乏燃料水池冷卻和處理系統手冊000版[S].

2013.

作者簡介：丁強（1986-），男，福建福清人，本科，工程師，研究方向：核反應堆運行。