方家山核電（M310）機組一回路換水除鋰降氚實踐

陳聶斌 張文興 秦建華 謝 崢

（中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽314300）

1 概述

1.1 方家山機組一回路換水除鋰降氚實施背景

方家山機組化學和放射化學控制遵循《方家山核電廠化學和放射化學技術規范》，該規范規定機組反應堆冷卻劑系統氚比活度期望值為：＜15 000MBq/t，但方家山機組自功率運行以來，每個燃料周期運行不到一個月主冷卻劑系統氚比活度就超出期望值，特別是在C4長燃料循環期間1號機組氚最高為85 000MBq/t，2號機組氚最高為65 000MBq/t，遠遠超出規范中規定的期望值。

技術規范中之所以控制主冷卻劑系統中氚的期望值，是因為在機組換料大修期間，主冷卻劑系統將與反應堆換料水池和乏燃料水池冷卻和處理系統相連通，屆時反應換料水池內均為含氚冷卻劑，換料水池內含氚水會揮發至反應堆廠房中，造成反應堆廠房空氣中氚的比活度升高。根據（GB18871——2002）《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》規定，方家山機組廠房導出空氣濃度限值為4.00E5Bq/m3，方家山機組反應堆廠房總體積49 400m3，RX廠房總的氚活度限值為1.976E10Bq。機組在燃料循環末期，冷卻劑系統內氚會逐步降低，停堆時冷卻劑系統氚含量約5.0E9Bq/m3，換料水箱隨著燃料循環的增加，其冷卻劑氚比活度將與主冷卻劑系統一致，在此按5.0E9Bq/m3計算，如RX廠房內空氣不流通，氚活度達到限值時，冷卻劑約需揮發4 m3，但實際工作中現場RX廠房持續通風換氣，所以雖然主冷卻劑會揮發，廠房內空氣氚比活度并不會達到限值。

調查發現:主冷卻劑系統氚超出期望值的情況，可以通過換水的方式消除異常。同時，機組氚長期累積可能造成反應堆運行后期排放突破NNSA審管限值的風險，所以利用機組每年的排放指標，降氚成為方家山機組的必然選擇。此外，隨著反應堆運行，主冷卻劑中10B會因與中子反應消耗，使得主冷卻劑中硼濃度分析值與設計值產生偏差，通過換水可以補充新鮮的含硼水，有利于主冷卻劑保持較高的10B豐度，避免反應性控制誤差。

1.2 方家山機組氚排放限值

國標（GB6249——2011）《核動力廠環境輻射防護規定》6.2節指出：核動力廠必須按每堆實施放射性流出物年排放總量的控制，對于3 000MW熱功率的反應堆，其氚排放控制值為7.5E+13Bq/a。方家山機組為2臺約2 800MW熱功率反應堆，故機組氚年排放控制值約14E+13Bq/a（約0.39g氚），而秦山核電遵循“可合理達到的盡量低”的原則，方家山機組氚排放年度管理目標值均遠小于審管部門控制值。

2 換水除鋰降氚實施

2.1 實施過程

方家山1、2號機組分別于C4燃料循環2018年6月7日和6月22日開始采用換水除鋰的方式降氚，此時主冷卻劑系統氚比活度遠超過期望值15 000 MBq/t，換水后氚比活度開始明顯下降。

隨著這種除鋰方式實施，它也帶來了一定的問題，每天的換水除鋰操作增加了運行人員處理廢水和制硼工作負擔，主系統廢水被排出后，增加廢水除氣分離的操作，硼酸儲存罐REA004BA日常消耗本來不多，由于換水操作導致日消耗量增加，如果突發瞬態需要大量消耗硼酸，可能導致REA004BA硼酸儲存罐液位過低，違反技術規范要求，此外該項任務導致除鹽除氧水消耗量增加。

根據方家山機組運行經驗，當機組開始運行至氚比活度達到30 000~40 000 MBq/t時，即達到峰值，此后，氚的日產生量和運行日常補水操作氚排出量達到平衡，當機組硼濃度小于300 ppm時，運行日常補水氚排出量大于氚日產生量，主冷卻劑內氚比活度開始加速下降。1號和2號機組C4循環采用換水除鋰方式（見圖1和圖2）后，起初換水效果十分明顯，但隨著硼濃度降低運行日補水量增加，換水后氚比活度下降速率大大降低，此時氚比活度在25 000MBq/t左右。

圖1 1號機組C4燃料循環氚比活度變化趨勢

圖2 2號機組C4燃料循環氚比活度變化趨勢

為此化學處制定了改進措施，以緩解運行工作壓力，調整主冷卻劑氚比活度控制值為30 000MBq/t，當主冷卻劑氚比活度接近30 000MBq/t時采用換水除鋰方式，但每周換水不超過2次，根據氚活度的下降速度，中后期調整到1次/周，當氚比活度小于25 000MBq/t后停止換水。

下圖3為方家山2號機組采用改善措施后C5燃料循環氚比活度變化趨勢。氚比活度控制在期望值和控制值之間，實現了有效控制，同時降低了運行的操作負擔和帶來的風險。

圖3 2號機組C5燃料循環氚比活度變化趨勢

2.2 實施效果

2.2.1 除鋰效果方家山機組鋰的控制始終滿足《方家山機組化學控制》——硼鋰協調曲線的要求。

2.2.2 降氚效果

方家山機組2018年開始采用換水除鋰的方式降氚，2018年后機組液態氚排放總量有所上升，但增加的排放量并未造成實際排放量突破公司年度管理目標值，歷年總排放量均不及審管限值一半。

3 結語

方家山機組為壓水堆，主冷卻劑系統內氚在燃料循環期間均包容在各系統內，氚輻射屬于β射線類型，從輻射防護角度觀察，主冷卻劑系統內氚過高，在廠房內可能對工作人員產生吸入的輻射風險。通過換水除鋰排氚的方式，實現了機組鋰的有效控制，有效降低了運行期間一回路的氚比活度。通過制定換水操作的改進措施，在氚比活度得到有效控制基礎上，減輕了運行的操作負擔和帶來的風險。