一種核電廠輻射水平異常分析及處理方法

趙永生

（海南核電有限公司，海南 昌江 572733）

0 前言

海南核電1/2號機組為CNP650壓水堆型機組，核電廠正常運行時，RPE（核島疏水排氣系統）收集的含氧廢氣進入TEG（廢氣處理系統）含氧廢氣處理單元，加熱后通過9TEG001PI（廢氣處理系統1號碘吸附器）或9TEG002PI（廢氣處理系統2號碘吸附器）過濾，排入DVN（核輔助廠房通風系統），最終通過核輔助廠房的煙囪排放[1]，9TEG001PI和9TEG002PI交替運行，一般每月切換一次。

9TEG001PI和9TEG002PI所在區域NB502房間設計為綠區，場所劑量率上限為0.01 mSv/h，正常情況下為0.25 μSv/h左右 。電廠輻射防護人員在巡檢時發現NB502房間輻射水平異常，經劑量率普查，發現異常來自9TEG001PI，最大接觸劑量率為1.02 mSv/h，1 m處劑量率為0.026 mSv/h，達到熱點標準。由于9TEG001PI碘吸附器劑量率升高，因此所在房間NB502周圍環境的劑量率升高。

經過輻射防護人員周期性的趨勢跟蹤分析，他們認為9TEG001PI劑量率異常是放射性物質沉積導致的。由于該區域輻射水平無降低趨勢，經調研同類型機組，TEG碘吸附器接觸劑量率一般為10 μSv/h～20 μSv/h，海南核電輻射水平已經遠遠超出同類型機組輻射水平，且該熱點已經遠遠超出該區域設計標準。

輻射防護人員根據前期的趨勢分析及調研結論，提出了更換9TEG001PI碘吸附器的輻射防護優化建議。然后維修部門實施了9TEG001PI碘吸附器更換作業，發現更換下的舊碘吸附器附著積存物，經輻射測量最大接觸劑量率為6 mSv/h。更換碘吸附器后，NB502房間劑量率水平恢復至0.25 μSv/h正常綠區水平。

1 異常分析

1.1 碘吸附器附著物核素分析

收集碘吸附器更換過程中脫落的部分積存物，從外形上看，脫落物除了有少量黑色顆粒外，主要部分為黃色、均勻的細小顆粒，與核級樹脂外觀較為接近。經過樹脂更換人員仔細核對脫落粉末形態，確認是樹脂顆粒。

對樹脂顆粒進行核素分析，從核素分析結果來看，放射性核素以Co-60、Mn-54、Co-58為主，這3種核素均為一回路材料的活化腐蝕產物。經過測量分析得出3種主要核素的放射性活度比為Co-60∶Mn-54∶Co-58=233∶199∶100，由于Co-58半衰期相對于其他核素較短，考慮到脫落物已經衰變了一段時間，則Co-58的核素占比最高，這種核素比例特征與大修氧化運行期間核素比例特征相符合[2]，初步認定脫落物是大修期間吸收了大量氧化運行釋放產物的RCV系統樹脂或其他放射性系統樹脂。

1.2 碘吸附器附著樹脂來源分析

根據放射性樹脂的所有可能來源，查閱RCV（化學和容積控制系統）、TEP（硼回收系統）、TEU（廢液處理系統）、PTR（反應堆換料水池和乏燃料水池冷卻和處理系統）、TES（固體廢物處理系統）、RPE、TEG等系統工藝流程圖，分析可能導致9TEG001PI吸附樹脂的5種潛在途徑：1） RCV除鹽床樹脂更換過程中進入RPE系統。2） TEP除鹽床樹脂更換過程中進入RPE系統。3） TEU除鹽床樹脂更換過程中進入RPE系統。4） PTR除鹽床樹脂更換過程中進入RPE系統。5） 更換下的放射性廢樹脂在TES樹脂罐儲存時進入RPE系統。針對上述5種潛在途徑，結合處理過程逐條進行分析。

1.2.1 RCV除鹽床樹脂更換過程中進入RPE系統

1/2RCV系統各有3個除鹽床（1/2RCV001DE、1/2RCV002DE、1/2RCV003DE）[3]，除了鹽床在更換樹脂時，需要開啟對應的排氣閥，氣體沿管線進入RPE收集管，最終進入TEG系統。

以1RCV001DE為例，在更換樹脂時，先將除鹽床從系統中隔離，打開除鹽床下方的樹脂排放閥和頂部排氣閥，將廢樹脂排放到TES廢樹脂儲罐，然后關閉樹脂排放閥，從頂部法蘭盲板裝填新樹脂。在裝填新樹脂過程中，樹脂顆粒可能進入排氣管道。

3個除鹽床的排氣在RPE管道匯合，經過排氣氣液分離視鏡，根據氣液分離視鏡的設計原理，如果氣體中有液體及樹脂，液體及樹脂將在重力作用下進入視鏡下方工藝排水管道，一般不會進入視鏡上方排氣管道。在更換過程中，工作人員也會實時通過視鏡觀察系統排氣情況，據樹脂更換工作人員反饋，未發現樹脂進入視鏡的情況。

經過查詢維修工單系統，未查詢到正常運行期間排氣閥出現內漏的情況，可排除運行期間樹脂通過排氣管道泄露的可能。

經過測量除鹽床排氣閥及下游管線、閥門、分離視鏡的接觸劑量率，測量結果為4.5 μSv/h～75.0 μSv/h，管線上不大可能殘留RCV樹脂顆粒。

綜上分析：9TEG001PI吸附的樹脂顆粒來源于RCV除鹽床樹脂更換過程中泄露的可能性很小。

1.2.2 TEP除鹽床樹脂更換過程中進入RPE系統

9TEP系統共有7個除鹽床（9TEP001DE-9TEP007DE）[3]，樹脂更換過程與RCV系統類似，系統也設計了排氣氣液分離視鏡，維修工單系統未查詢到正常運行期間排氣閥出現內漏的情況。

經過測量除鹽床排氣閥及下游管線、閥門、分離視鏡的接觸劑量率，測量結果為0.5 μSv/h～3 μSv/h，說明在管線上一般不會有樹脂顆粒殘留。

綜上分析：9TEG001PI吸附的樹脂顆粒來源于TEP除鹽床樹脂更換過程中泄露的可能性很小。

1.2.3 TEU除鹽床樹脂更換過程中進入RPE系統

9TEU系統有2個除鹽床（9TEU001DE、9TEU002DE）[3]，樹脂更換過程與RCV系統類似，系統也設計了排氣氣液分離視鏡，維修工單系統未查詢到正常運行期間排氣閥出現內漏的情況。

經過測量除鹽床排氣閥及下游管線、閥門、分離視鏡的接觸劑量率，測量結果為0.2 μSv/h～0.5 μSv/h，說明管線上一般不會有樹脂顆粒殘留。

綜上分析，9TEG001PI吸附的樹脂顆粒來源于TEU除鹽床樹脂更換過程中泄露的可能性很小。

1.2.4 PTR除鹽床樹脂更換過程中進入RPE系統

1/2PTR系統各有1個除鹽床（1PTR001DE、2PTR001DE）[3]，除鹽床在更換樹脂時，需要開啟對應的疏水排氣閥，PTR系統不同于RCV、TEP和TEU系統的除鹽床，疏水排氣通過漏斗排出，氣體直接排放到廠房空氣中，疏水經收集后進入TEU系統。測量疏水排氣閥和漏斗的接觸劑量率，測量結果為0.4 μSv/h～0.5 μSv/h，可排除樹脂來源于PTR除鹽床樹脂更換過程的可能性。

綜上分析，9TEG001PI吸附的樹脂顆粒不可能來源于PTR除鹽床樹脂更換過程。

1.2.5 更換下的放射性樹脂在TES樹脂罐儲存時進入RPE系統

從RCV、TEP、TEU、PTR更換下的放射性樹脂全部收集到9TES002BA和9TES003BA暫存衰變，其中9TES002BA與9TES003BA均設計容量9 m3，為了避免堵塞上部溢流濾網，設計文件建議廢樹脂罐內的廢樹脂量達到7 m3時停止輸送廢樹脂。廢樹脂罐設置有震動葉片型料位探測器，超過7 m3時觸發高料位報警。

在樹脂罐底部設置了1個用水或壓縮空氣疏松樹脂的管口，在貯存期間，對罐內的廢樹脂進行定期疏松（每月至少一次），以防廢樹脂結塊而堵塞管道，同時還可以使廢樹脂的放射性均衡。海南核電目前采用壓縮空氣疏松的方式。疏松時打開壓空調節閥，壓縮空氣從樹脂罐底部翻動樹脂，廢氣從上部排氣管線排出。

壓空調節閥為手動蝶閥，由于疏松管線無壓力和流量指示，疏松時工作人員憑經驗根據氣流聲音和閥門開度控制壓空流量，疏松時間為30 min。疏松期間由于樹脂罐上部排氣管存在負壓，且上部排氣管無濾網。如果罐內樹脂料位較高時進行壓空疏松，存在將樹脂顆粒吸入RPE系統管道的可能，且一旦樹脂被吸入管道，由于下游無排氣氣液分離視鏡，樹脂將沿著管線直接進入TEG系統。

查詢9TES002BA樹脂罐接收記錄（見表1），2018年11月19日接收第二床廢樹脂后罐內樹脂料位1.9 m3，由于罐內料位很低，此時疏松不太可能從排氣管漏出樹脂。2019年1月9日-2月10日，9TES002BA短期內接收了大量廢樹脂，罐內料位達到8.4 m3，由于已經接近了設計容量，2019年度固體廢物管理人員未實施樹脂疏松，樹脂從9TES002BA漏出的可能性小。

表1 TES002BA接收記錄表

查詢9TES003BA樹脂罐接收記錄（見表2），9TES003BA在2018年1月28日接收2RCV002DE的樹脂0.95 m3，接收后料位達到6.80 m3，該床樹脂經歷201大修氧化運行過濾，放射性水平較高；2019年2月12日，接收1RCV002DE的樹脂0.95 m3，接收后料位達到7.75 m3，該床樹脂經歷102大修、103大修氧化運行過濾，放射性水平較高。由于這兩床廢樹脂均處于9TES003BA較高料位，已經超出了設計停止輸送料位。在用壓空從底部疏松時，上層RCV樹脂極有可能隨氣流從樹脂罐上部排氣管漏出。

表2 TES003BA接收記錄表

對比9TES002BA和9TES003BA排氣閥接觸劑量率（表3）發現，9TES003BA遠大于9TES002BA，推測是9TES003BA漏出的樹脂在排氣閥處滯留。

表3 9TES002BA和9TES003BA排氣閥接觸劑量率對比表

對樹脂罐排氣閥下游的管線閥門進行劑量率測量時發現，下游容易沉積的部位劑量率均比較高，為50 μSv/h～588 μSv/h，水平管線（RPE氣體收集母管）劑量率0.7 μSv/h～5.0 μSv/h，根據劑量率推測，漏出的樹脂隨氣流移動的過程中在易沉積部位重力沉積，造成該處劑量率明顯升高。

經咨詢TES系統設計人員，在設計中未考慮防止樹脂通過樹脂罐排氣管漏出的措施。根據其他電廠的調研情況，其他電廠也出現過TES儲罐內廢樹脂從排氣管道漏出的情況，但是沒有造成較大的影響。目前一般包括2種措施：將壓空疏松改為除鹽水疏松，不定期疏松，并將料位控制在6 m3；每3個月使用除鹽水對TES系統廢樹脂儲罐進行一次疏松。

經過上述分析可知：1） TES002BA樹脂罐在高料位下沒有進行壓空吹掃工作，但是TES003BA樹脂罐在高料位下，進行了壓空吹掃工作。2） 對比9TES002BA和9TES003BA排氣閥接觸劑量率發現，9TES003BA遠大于9TES002BA，因此推測是9TES003BA排氣閥漏出的樹脂在排氣閥處滯留。因此9TEG001PI吸附的樹脂顆粒來源于TES003BA樹脂罐的可能性極大。

1.3 漏出樹脂輸運路徑分析

根據系統流程圖，9TEG003BA排氣閥漏出的樹脂從RPE系統上游入口進入，通過RPE系統管路后從下游出口進入TEG含氧廢氣處理系統，沿氣流方向對RPE管線進行輻射水平測量，管線接觸劑量率為5 μSv/h～10 μSv/h，部分易于沉積的彎角、三通等部分接觸劑量率可達25 μSv/h，推測部分樹脂顆粒可能殘留在沿線管道上，但是未對周圍環境造成顯著的影響。

9TEG001PI和9TEG002PI交替運行，一般每月切換一次，此次出現劑量率異常的為9TEG001PI，對比碘吸附器運行記錄和樹脂罐疏松記錄，TEG001PI運行記錄和TEG003BA疏松記錄未能完全吻合，經過推測，其原因可能是9TES003BA在某次疏松時漏出了大量樹脂，樹脂沿管線輸運了一段時間，集中到達TEG碘吸附器時9TEG001PI正在運行。

1.4 分析結果

通過對樹脂源頭（RCV除鹽床、TEP除鹽床、TEU除鹽床、PTR除鹽床、TES樹脂儲罐）逐項排查，從工藝設計、系統運行記錄、劑量率普查角度分析， 9TEG001PI吸附的樹脂顆粒來源于RCV除鹽床、TEP除鹽床、TEU除鹽床、PTR除鹽床的可能性很小，最大的可能是在用壓空從底部疏松TES樹脂儲罐時，上層RCV樹脂隨氣流從樹脂罐上部排氣管漏出，最終進入TEG系統。

2 預防措施

為了防止TES樹脂儲罐內樹脂再次漏出，采取了一系列措施：調研采用SED水進行樹脂疏松的操作方法和注意事項，使用SED水疏松，疏松時控制水流，疏松后驗證疏松效果；在TES樹脂罐排氣管線上增加汽水分離裝置、濾網等措施，一旦樹脂漏出，可以在第一時間攔截，防止輸運到其他管道；在壓空疏松管線上增加壓力表、流量表和流量調節閥等，制定疏松時的壓力標準，防止壓力過大；建立廢樹脂儲罐料位控制預警機制，料位一旦達到6 m3，及時排出樹脂，防止樹脂料位過高；建立定期巡檢機制，測量排氣管道接觸劑量率，監測劑量率變化趨勢，及時發現異常。

3 殘留樹脂處理

TES樹脂儲罐內高放樹脂從排氣管漏出后，隨著氣流在管道內的運輸過程中，由于重力作用在9TEP625VA下游、9TEP230VA下游、9TEP229VA下游彎管處堆積。由于堆積的樹脂為高放樹脂，熱點劑量率為1.03 mSv/h，周圍的輻射水平明顯升高，影響輻射分區。經過對管道的長期監測，發現輻射水平沒有明顯降低，樹脂在管道內沒有明顯移動。為了降低熱點影響，組織電廠運行部門、維修部門聯合編制了殘余樹脂清除方案，充分利用電廠的現有設備，使用吸塵器、U型屏蔽容器、塑料軟管制作了專用抽吸工裝，通過打開熱點附近閥門，使用專用工裝抽吸，成功地去除了殘余樹脂。

3.1 清除方案

3.1.1 清除方式選擇

由于大部分管道采用焊接方式連接，無法直接打開，且RPE管道支路很多，無法使用壓空吹掃的方式，熱點清除主要采用拆除熱點附近閥門，使用吸塵器抽吸的方式。

3.1.2 隔離方式確認

根據9TEP625VA下游熱點、9TEP230VA下游熱點、9TEP229VA下游熱點在管道中的位置、抽吸條件及運行隔離要求，確定隔離方式。

3.1.3 專用工裝改造

由于熱點所在管道內徑較細，且距離閥門開口處較遠，因此對吸塵器吸嘴進行了改造，以便于深入管道內部抽吸。

3.1.4 人員防護

布置污染隔離場地，抽吸人員佩戴半面罩、橡膠手套，抽吸出來的樹脂收集并運送到廢物暫存庫暫存。

3.2 效果驗證

去除前先測量表4中點位的劑量率，抽吸后重新測量，驗證抽吸效果。

去除效果見表4，3個熱點的接觸劑量率均大幅度降低，最大的去除比例達到了93.6%，大大降低了輻射源項，保證了熱點所在房間作業人員的輻射安全。

表4 熱點處理前后對比表

4 結論

通過核素分析判斷樹脂種類，工藝分析判斷可能的來源，歷史工單查找和現場測量驗證確定概率大小，最后成功確定了樹脂來源，為此類輻射異常的分析提供了1條有效思路。

此次熱點去除從源項角度主動降低熱點影響，改變了以往依靠鉛屏蔽的被動措施，充分利用了現有的物資條件，改造抽吸工裝以適應現場需要。同時輻射防護、核清潔、運行各自發揮專業優勢，通力合作，為后續開展熱點去除工作積累了寶貴的經驗。