田湾核电站3、4号机组设计改进

李 强，周哲俊

(江苏核电有限公司，江苏 连云港 222042)

田湾核电站3、4号机组设计改进

李 强，周哲俊

(江苏核电有限公司，江苏 连云港 222042)

在田湾核电站3、4号机组设计过程中，对于设计改进管理体系的建立、改进建议的收集和评价、设计改进项实施过程控制进行专题介绍。重点分析了破损燃料组件探测系统、主泵叶轮制造方式、冷却剂净化系统改进的原因和采取的优化方案。

核电站；设计改进；经验反馈

田湾核电站位于江苏省连云港市连云区，厂区按照建设8台百万千瓦级压水堆核电机组规划。一期工程建设2台单机容量106万kW的俄罗斯AES-91型压水堆核电机组，设计寿命40年，年平均负荷因子不低于80%，年发电量140亿kW・h。AES-91型压水堆核电机组是俄罗斯在总结了近20台百万千瓦级WWER型机组的设计、建造和运行经验的基础上做出的改进型设计，其设计思想与欧洲先进压水堆核电机型EPR相同，采用的工程措施也与EPR相似。为了提高机组安全性，2台机组采取了一系列重要措施，主要包括安全系统采用完全独立和实体隔离的4通道、堆芯熔融物捕集器、全数字化仪控系统、反应堆厂房双层安全壳、非能动安全壳消氢系统、高压应急浓硼注入系统、第七通道电源等安全设备和系统。其设计优于当前世界上正在运行的绝大部分压水堆核电站，安全性已达到国际上第三代核电站水平。

田湾核电站一期工程于1999年10月20日开工建设，1、2号机组分别于2007年5月17日和8月16日先后投入商业运行。1、2号机组投入商业运行后，创造了第一个燃料循环均未发生停机或停堆事件的良好运行纪录。2台机组在运行和大修期间，辐射防护措施有效，个人和集体剂量得到有效控制，三废排放远低于国家控制标准，机组各项性能指标优良，创造了良好的运行业绩、经济效益和社会效益。

在成功建设和安全高效运营1、2号机组的基础上，中俄两国继续合作建设田湾核电站3、4号机组，采用翻版加改进的原则进行设计建造。改进主要侧重于吸取1、2号机组土建、安装、调试和运行期间的经验，采用先进的技术及设计理念，进一步提升机组的安全性和经济性。

1 设计改进的工作组织

2007年，田湾核电站1、2号机组先后投入商业运行后，江苏核电有限公司就开始开展对1、2号机组的经验反馈工作。经验反馈主要侧重于一期工程建设过程中的重要设备不符合项，1、2号机组建造、运行实践的经验反馈，以及如何更好地满足新法规和新技术的要求等。公司向内外所有参建单位发出了征集设计经验反馈的建议，集思广益，从不同的单位、不同的技术角度，最大程度地收集正反两方面的经验和教训，在此基础上对这些素材加以分析和整理。

1.1 策划及制定工作程序

为了使整个工程设计改进工作能有章可循，工作之初公司就开展了详细的策划，并利用协调会的契机，与俄方总承包方（ASE）和中国核电工程有限公司（CNPE）等单位就策划方案进行了充分的沟通，最终签署并生效了《设计改进管理》程序，这是一份指导田湾核电站3、4号机组工程设计改进工作的制度性文件，对各单位的职责、分工和工作流程做了详细的规定，并包含了具体的工作细则。同时在公司内部也签署并生效了《设计改进项管理》程序，对公司内各部门的职责和分工给出了规定。

1.2 设计改进建议的收集和审议

设计改进建议收集工作从2007年开始，持续到2010年年底，总计从公司各部门、俄罗斯设计院、中方设计院以及其他相关单位收集到上千项反馈经验。在此基础上，公司本着“审慎审议”的原则组织公司技术力量对这些经验进行了初步分析和整理。经公司技术委员会十几次会议的审议，确定了500余项与俄罗斯设计院沟通的设计改进建议。

1.3 设计改进建议技术分析，形成设计改进项

为了保证设计改进建议能够得到俄罗斯设计院的参与和执行，从对俄合同谈判期间就开始与俄谈判、协商落实设计改进建议。首先在合同中确定田湾核电站的建设原则必须考虑必要的改进，并制定了设计改进项的工作程序。其次在双方技术交流过程中逐一落实每一条设计改进建议，俄罗斯设计院对每一条设计改进建议都进行技术分析，并按照程序规定给予正式答复。对与俄方分析和讨论的结果与公司技术委员会的决定有冲突或不适用的项目，再次向公司技术委员会报告，以确定最终决定。

1.4 采用信息化的手段，对设计改进项实施过程控制

为了对整个设计改进项过程进行动态管理，公司构建了设计改进管理数据库，对设计改进的工作过程进行控制，利用信息共享平台，全面实现数据自动更新，并将设计改进按照专业、系统和重要级别分类，利用公司内部网站发布最新进展。

2 重大设计改进项

经中俄双方达成一致由设计改进建议转为将要实施的改进项总计有300余项，主要涵盖了对一期工程质量进度产生较大影响的重要设备不符合项、工程建造、运行实践反馈的设计缺陷和新版法规标准和技术进步的要求等方面。其中重要设计改进项有21项，详细清单见表1。下面以主泵叶轮制造方式改进和增加破损燃料组件气体探测系统为例对设计改进的缘由及决策过程进行说明。

表1 田湾核电站3、4机组重要设计改进项Table 1 The major design improvements of Tianwan nuclear power station unit 3 & 4

2.1 破损燃料组件探测系统改进

WWER机组原设计中破损燃料组件检测采用的是基于瓶水法（bottle water method）的破损组件探测系统（DADS），通过取样分析对乏燃料组件进行密封检测，该系统检测时耗时长，消耗硼酸量大。

从2001年起，在俄罗斯国内WWER-1000核电站中开始采用破损燃料组件气体探测系统，使用燃料操作机竖杆中的燃料棒包壳泄漏检测系统（FHM LCCS），并已取得了良好的运行经验。如果需要在停堆时进行燃料棒包壳泄漏检查，该燃料循环所有的FA都在运送到乏燃料水池格架或移动到堆芯中的其他栅格期间，使用FHM LCCS进行检查。仅对采用FHM LCCS检查后发现泄漏的燃料组件，采用破损组件探测系统（DADS）检查其泄漏程度，并依据燃料组件失效准则确定其继续入堆运行的可行性。

采用FHM LCCS的优点是：系统安装在换料机套筒内，在抽取燃料组件时完成燃料组件密封性检查，检查时间不超过5 min，可以在换料燃料组件抽取转运的过程中完成，不占用额外的工期；减少了在DADS中检查的燃料组件数量，所以大大缩短了燃料组件检查时间；大大减少了在DADS瓶内检查燃料组件所产生的放射性废液数量；大大减少了人员的辐照剂量。

因FHM LCCS的上述优势故在3、4号机组设计中增设气体在线检测系统（见图1），且继续保留DADS系统，以保证精确测量。

图1 破损燃料组件气体探测系统Fig.1 The gas defective assembly detection system

2.2 主泵叶轮制造方式改进

一期主泵叶轮与盖板连接处出现过未焊透缺陷，经对缺陷研究分析，认为叶轮上的未焊透缺陷属于制造叶轮时存在的结构性未焊透。俄核电站主泵原由苏梅主泵厂（乌克兰）制造，田湾核电站1、2号机组主泵改由俄罗斯LMZ制造厂提供，而LMZ厂在焊接过程中缺少了一道对于表面未焊透缺陷焊接修补的工序，最终按照确定的工艺对叶轮表面未焊透缺陷进行了焊接修补处理。

由于一期主泵叶轮的制作工艺使其焊接和检查均较困难，同时易产生结构性未焊透缺陷，因此在3、4号机组对工作叶轮的制造工艺进行优化改进，即将叶轮分为上下两部分，整体锻造加工然后上下部分对接焊，新的叶轮制造工艺排除了叶片与盖板存在结构性未焊透缺陷的可能性。改进后的主泵叶轮如图2所示。

2.3 冷却剂净化系统改进

图2 改进后的主泵叶轮结构Fig.2 The improved structure of Reactor coolant pump

冷却剂净化系统（KBE）用于净化一回路冷却剂中的机械杂质和离子杂质，并把净化后的水返回一回路。原设计系统由两个离子交换序列组成，不设机械过滤器。由于离子交换器对各种离子的动态吸附，在净化冷却剂的同时，系统可能会造成一回路水化学工况的改变。

冷却剂贮存系统（KBB）有一项辅助功能是用来去除一回路过剩的碱金属离子，并把冷却剂返回一回路。根据一回路水化学运行规程的规定，K+的允许浓度与硼酸浓度呈线性关系，因此在燃料循环末期，碱金属离子浓度也应该下降，KBB阳床定期投入运行以去除碱金属离子。

田湾核电站一回路除气器设置在容积和硼控系统（KBA）内，KBB在除碱金属离子时冷却剂必须先经除气器除气，造成了一回路H2浓度降低，为此，需要补充氨水以恢复一回路H2浓度，但是冷却剂中过量的NH3+又将KBE系统中的K+置换了出来，K+通过除气器再进入KBB系统的阳床，现成了一个恶性循环。为了解决这个问题，一期将KBE的备用序列独立出来，不经过冷却剂饱和，用这个干净的KBE序列代替KBB完成除碱金属离子的功能，这样虽然解决了K+循环，但KBE失去了备用序列。

为了彻底解决该问题，经中俄双方专家多次协调会协商讨论决定在3、4号机组设计中将在KBE系统中增加一个序列，3个并联序列分别含有混床、混床和阳床。两个混床用于净化一回路冷却剂，互为备用，阳床去除碱金属离子。改进后的KBE系统流程如图3所示。

3 总结

田湾核电站3、4号机组建设过程中，始终把吸收和借鉴一期的建设和运行经验，优化机组的设计，提高机组的安全性、经济性和降低项目建设风险作为一项重要任务。从项目启动之初，建立了较为完善的制度并利用信息化的管理平台对每一项设计改进建议进行跟踪落实；在问题的收集、整理过程中充分调动公司的技术力量，按照“广泛收集、审慎审议”的原则通过技术委员会专家进行讨论确定，并且通过与俄方的面对面的交流，深入分析改进的必要性和制定可行的改进方案。通过这些设计改进项优化了设计，为提高机组的安全性、经济性和降低项目建设风险奠定了基础。

[1] The Report on Major Design Modifications and Improvements，JSC SPAEP.

Design Improvement on Tianwan Nuclear Power Station Unit 3&4

LI Qing，ZHOU Zhe-jun
（Jiangsu Nuclear Power Corporation，Lianyungang of Jiangsu Prov. 222042，China）

This article describes the establishment of the design improvement management, the collection and estimate of design improvement suggestion, the process control of design improvement execution in the design stage of Tianwan Nuclear Power Station Unit 3 & 4. It emphasizes the improvement reasons and improvement measure for damaged fuel assemblies detection system, manufacturing methods of the main pump impeller, coolant purification system.

nuclear power station；design improvement；experience feedback

TL35 Article character：A Article ID：1674-1617(2012)02-0110-08

图3 改进后的KBE系统流程图Fig.3 The improved flow diagram of KBE system

TL35

A

1674-1617(2012)02-0110-08

2012-04-08

李 强（1962—），男，山东齐河人，博士，从事核电项目管理工作。