核電廠核取樣系統(tǒng)取樣屏蔽橋不適用問題分析和處理

宋奎奎,曹 剛

(福建福清核電有限公司，福建 福清 350318)

1 屏蔽橋取樣裝置背景介紹

核電廠核取樣系統(tǒng)(REN)事故后取樣管線的作用在于保證能從主回路2、3號(hào)環(huán)路抽取事故后樣品，并從安全殼噴淋系統(tǒng)的A、B系列抽取事故后樣品，用于LOCA事故狀態(tài)下主系統(tǒng)放射性的檢測(cè)，為堆芯損傷評(píng)價(jià)提供放射性依據(jù)，可以直觀的反饋放射性核素的增長(zhǎng)情況。因此，必須保證事故后取樣管線的可用性和操作簡(jiǎn)易性。

屏蔽橋作為事故后取樣管線的取樣裝置，起到了在REN手套箱內(nèi)連接管線并提供取樣針口的重要作用。連接的暢通性和取樣的便利性是它最關(guān)鍵的兩個(gè)屬性[1]。

圖1 福清核電在役屏蔽橋[2]Fig.1 Shielded bridge in service[2]1—離合手柄;2—鉛屏蔽罩;3—不銹鋼內(nèi)橋身;4—螺栓;5—螺母;6—墊圈;7—針型接頭與屏蔽罩空隙

2 福清核電目前屏蔽橋的使用現(xiàn)狀

以單臺(tái)機(jī)組為例，共有4條事故后取樣管線需要使用屏蔽橋進(jìn)行取樣，分別為：

1)1RCP二環(huán)事故后取樣管線；2)1RCP三環(huán)事故后取樣管線；3)EAS001RF下游事故后取樣管線；4)EAS002RF下游事故后取樣管線。

在進(jìn)行定期試驗(yàn)事故后取樣管線驗(yàn)證時(shí)，正常情況下，完全可以在1 h之內(nèi)完成。但現(xiàn)實(shí)情況中，事故后取樣管線驗(yàn)證經(jīng)常耗時(shí)良久。

當(dāng)前福建福清核電廠屏蔽橋使用方式為：打開對(duì)應(yīng)閥門→單手提起屏蔽橋?qū)?zhǔn)針形母頭按下接通→離合手柄彈起→使用注射器取樣→雙手按下離合手柄→拔出屏蔽橋→關(guān)閉對(duì)應(yīng)閥門。

表1 使用此裝置存在的問題與原因Table 1 Problems and causes of using this device

2.1 屏蔽橋鏈接困難現(xiàn)象及其原因

屏蔽橋處于手套箱中，人員操作需單手拿著屏蔽橋?qū)?zhǔn)母頭按下，接通閥門。人員操作時(shí)經(jīng)常存在屏蔽橋連接困難、連接不穩(wěn)固得現(xiàn)象。

不合理因素主要有以下幾點(diǎn)：

(1)鉛屏蔽橋本身較沉重

該裝置為鉛材料，重量約為5 kg，人員操作時(shí)需穿戴手套箱，單手水平伸直手臂，保持平穩(wěn)對(duì)準(zhǔn)接頭按下。

(2)裝置固定不精準(zhǔn)

如圖2所示，隨著使用年限增加，屏蔽橋鉛屏蔽罩使用過程中被磨損，出現(xiàn)錯(cuò)位難以完全閉合。

圖2 屏蔽橋針形接頭Fig.2 Needle connector of the shield bridge

針形接頭無法固定在圓心位置。反而由于不規(guī)則鉛體的阻礙，接頭不能完全與母頭對(duì)接。

(3)操作輻射風(fēng)險(xiǎn)較大

手套箱內(nèi)壁距離玻璃面板約0.7 m，人員單手通過手套箱接通閥門，存在面部貼在玻璃面板的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)人員輻射防護(hù)不利。

2.2 自動(dòng)跳閥現(xiàn)象及其原因查找

在事故后管線驗(yàn)證試驗(yàn)中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)安全殼內(nèi)隔離閥 REN102 VP壓力閥門跳閥，試驗(yàn)被迫中斷。原因：驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，隨著屏蔽橋內(nèi)部流體流量增加，換熱器REN002RF出口壓力 REN012 LP數(shù)值≥報(bào)警值0.9 MPa，由于管道聯(lián)通，換熱器REN002RF出口壓力高REN002SP信號(hào)觸發(fā)，觸發(fā)保護(hù)邏輯導(dǎo)致REN102 VP跳閥。

化學(xué)人員將屏蔽橋解體之后，發(fā)現(xiàn)屏蔽橋針形接頭流通口直徑約1 mm(如圖3)。

圖3 針形接頭流通口Fig.3 The needle connector flow port

屏蔽橋內(nèi)部流通管徑過小，導(dǎo)致在實(shí)操中調(diào)節(jié)流量時(shí)，流體經(jīng)過屏蔽橋時(shí)流速會(huì)顯著增加，管徑壓力波動(dòng)較大。

2.3 屏蔽橋堵塞現(xiàn)象及其原因

化學(xué)人員在實(shí)際使用過程中，經(jīng)常發(fā)生屏蔽橋堵塞的現(xiàn)象(見圖4、圖5)。

圖4 橋身流體流通口Fig.4 Bridge fluid flow port

圖5 針型接頭流通口必須與橋身流通口完全對(duì)接Fig.5 Needle joint flow port must be fully connected with the bridge flow port

原因：在使用過程中，橋身流通口與針形接頭1 mm內(nèi)孔會(huì)發(fā)生偏移，導(dǎo)致屏蔽橋堵塞。

3 問題處理措施

為徹底消除2.1節(jié)所述的屏蔽橋不適用現(xiàn)象，消除因屏蔽橋連接困難，屏蔽橋內(nèi)部流通裝置不合理而造成的影響。考慮到屏蔽橋?yàn)檫M(jìn)口裝置，造價(jià)昂貴。從降本增效的角度考慮，計(jì)劃將屏蔽橋進(jìn)行如圖6所示改造。

圖6 俯視圖Fig.6 Vertical view

如圖6所示，取樣裝置為一個(gè)四通不銹鋼管，5個(gè)端口向下連有針形接頭，針形接頭與鋼管利用螺紋對(duì)接。此裝置可固定在取樣母頭上，由于內(nèi)部互相聯(lián)通，在進(jìn)行取樣時(shí)，只需要開關(guān)對(duì)應(yīng)的閥門，用注射器在取樣點(diǎn)取樣即可，無需任何連接操作。取樣口如圖7所示。

圖7 西南視圖Fig.7 Southwest view

在四通不銹鋼管中，向上引出一根取樣管線，如圖7所示，在取樣點(diǎn)端頭，利用帶針孔的螺帽封閉，螺帽內(nèi)襯硅膠墊片，保證旋緊時(shí)樣品不會(huì)流出。此管線需要穿過上方鉛板，留有一小部分端口即可。

如圖8所示，利用中部帶有小孔的鉛板，可以達(dá)到全封閉式的輻射防護(hù)效果，對(duì)于人員安全有足夠的保障。同時(shí)，改造后裝置具備以下優(yōu)點(diǎn)：

圖8 三維視圖Fig.8 3D view

改造后優(yōu)點(diǎn)1：

裝置可固定在閥門母頭上。化學(xué)人員在取樣時(shí)，只需拿著注射器對(duì)準(zhǔn)取樣即可，操作方便快捷。既避免了屏蔽橋連接困難的問題，同時(shí)也保障了人員在操作時(shí)可以遠(yuǎn)離手套箱玻璃面板，保證人員安全。

改造后優(yōu)點(diǎn)2：

裝置流體流通順暢。避免了屏蔽橋取樣時(shí)由于流體壓力過大而導(dǎo)致的跳閥現(xiàn)象，同時(shí)也避免了屏蔽橋內(nèi)部堵塞情況。

改造后優(yōu)點(diǎn)3：

在特殊事故后工況下，人員穿戴鉛衣鉛手套，操作原有屏蔽橋會(huì)更加困難，導(dǎo)致人員長(zhǎng)時(shí)間處于高放射性環(huán)境中。改造后裝置無需人員連接操作，可直接進(jìn)行取樣。

改造后優(yōu)點(diǎn)4：

原裝置造價(jià)幾十萬元，且使用數(shù)年后由于磕碰磨損難以使用。改造后裝置極大延長(zhǎng)使用壽命，減少維修和更換的費(fèi)用。且本身為不銹鋼管道加一塊鉛板，造價(jià)低廉。對(duì)于降本增效極為有益。

4 總結(jié)

REN事故后取樣屏蔽橋不適用問題，經(jīng)一系列因素分析最終確定根源為屏蔽橋連接方式與內(nèi)部流通裝置不適用導(dǎo)致，通過對(duì)取樣裝置進(jìn)行改造，降低了成本，提高了使用成效。

其次，該問題的發(fā)現(xiàn)也為同類型機(jī)組屏蔽橋分析和處理提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。