三门核电一回路取样系统特点分析

摘要：文章主要讨论了三门核电一回路取样系统的特点、与二代核电取样系统的比较、其自身的优点和劣势，对后续机组的改进具有重要作用。

关键词：一回路取样系统；三门核电；取样盘；事故后取样；二代核电 文献标识码：A

中图分类号：TM623 文章编号：1009-2374（2015）23-0140-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.071

核电厂的水化学控制是非常重要的，需要时刻保持特定的要求以确保可用性、安全性、经济性及达到运行目标。而一回路及各辅助系统、安全系统的水化学会直接影响反应性、系统的腐蚀、核安全相关的功能，同时还能够从中得知燃料的完整性、化容系统的性能。因此一回路取样系统作为对一回路主辅系统状态的监测起着至关重要的作用，能够使操作员和技术部门评估当前一回路的状态。

作为承担着这些功能的三门核电的一回路取样系统（PSS）与传统二代核电有着许多相似的地方，也有着许多不同，在此就对三门核电的一回路取样系统（PSS）的流程及特点进行分析。

1 系统取样点及测量内容

系统取样点及测量内容如表1和表2所示：

2 液体取样流程

如图1，11个液体取样点分别来自表1中的各个地点，在经过被取样系统侧的1英寸隔离阀（未在图中显示）后进入PSS，再经由一个手动隔离阀，到下游取样电磁阀。取样电磁阀可由主控室或者取样间的终端进行控制，打开该阀门就意味着要对这一取样点进行取样。下游管线汇集到一根母管中。进入母管后可经过两条中任意一条管线通过安全壳进入取样冷却架，安全壳隔离阀包含壳内的核级电磁阀和壳外的核级气动阀。液体样品在取样冷却架中由对应的取样冷却器进行冷却，之后样品送入取样盘或者放化实验室。在取样盘中通过一系列的操作可以获得各种类型的样品，同样在放化实验室中也可以获得所需的样品。

在部分取样点后由止回阀，这是由于这些取样点都是相对低压的系统，需要防止高压系统的液体意外混入，更需要防止由于阀门内漏的情况导致低压系统化学参数改变。在RCS热段1和热段2的取样点后，各有一段延迟盘管。延迟盘管作用是保证来自热段的样品在安全壳内至少有60秒的时间，以确保N-16有充分的时间进行衰变，减少人员剂量。正常情况下热段1和热段2的化学参数是一致的，有两处取样也是为了保证冗余。电磁阀V012A用于隔离热段取样管线和其他取样管线，当该阀门关闭时，可以对热段取样的同时对其他任一取样点进行取样而互不干涉。当下游某个取样管线不可用时，可开启V012A，使样品通过另一条管线进入下游取样冷却器，管线具备一定冗余。

进入放化实验室的管线可接入取样设备，但是三门核电的意见是这些管线所含液体放射性强，且有取样盘进行取样，管线进入放化实验室已无必要，故这些管线的末端将封堵不做使用。

取样盘对可以使用在线氢表和在线氧表对液体样品进行的溶解氢和溶解氧进行持续的监测，也可以通过一系列的工艺过程获得6种样品：（1）加压液体样品（75cc）；（2）降压液体样品（60/250/1000cc）；（3）液体取样脱气后未稀释样品（4cc）；（4）液体取样脱气后1000∶1稀释样品（10cc）；（5）液体取样脱气后未稀释气体样品（14cc）；（6）液体样品脱气后稀释气体样品（14cc）。

其中：（1）加压液体样品使用不锈钢瓶取样，样品未经过降压而与被取样系统压力保持一致，该样品可用于γ光谱分析和总活度的检测。该样品在正常运行时取样，事故后放射性过强一般不进行取样；（2）降压液体样品通过了降压阀的降压，达到常压，这部分的样品取出后可用于各种类型的化学分析。该样品也是正常运行时取，事故后则不取样；（3）液体取样脱气后未稀释样品，该样品时液体取样进入取样盘后通过加热去除样品中的溶解气体，然后进入取样填充站，取样填充站将样品注入取样瓶中。由于该样品用于事故后的取样，故样品放射性很高，取样瓶放置在专用屏蔽的小车内，整个取样过程和运输过程中都能由小车提供屏蔽；（4）液体取样脱气后1000∶1稀释样品，该样品也是液体取样经过取样盘内加热脱气后进入混合室，再用1000倍体积的水进行稀释，然后进入取样瓶。该样品也是事故后取样，稀释1000倍用于降低液体的放射性，减少人员剂量；（5）液体取样脱气后未稀释气体样品，该样品是液体取样通过加热脱出的气体，冲入至预先抽真空的取样瓶中，用于分析液体取样中溶解气体的各项物化性质，该样品只在正常运行工况下获取；（6）液体样品脱气后稀释气体样品，该样品时液体取样通过加热脱出的气体，冲入至预先抽真空的取样瓶中，然后使用纯氮气进行稀释，该样品在事故后取样，通过稀释减少放射性。

正常运行时，取样是通过取样源的压力来作为动力的。而事故后或者停堆时等取样源压力不足时，通过取样盘内的喷射器使得取样盘内管路获得一个负压，从而使样品有动力流动。喷射器由喷射水提供装置来供水，这个装置由一个储水罐和一个泵组成。

3 气体取样流程

安全壳大气取样点在安全壳再循环风机前，正常运行时通过安全壳外的安全壳大气放射性监测装置进行连续监测，装置内有容积泵可对安全壳大气连续抽取。样品经过安全壳大气放射性监测装置，可以自动获得F18颗粒和放射性气体的相关参数，从而可以在反应堆于20%热功率以上时，对反应堆冷却剂压力边界泄露情况进行检测。气体经过装置后又通过泵的作用返回安全壳地坑，减少废气的产生。

当有需要时，可以通过取样盘取出安全壳大气样品。取样时关闭安全壳大气放射性监测装置，并通过取样盘内的喷射器使取样盘内产生负压，从而使得安全壳大气样品可以进入取样盘，喷射器由取样盘外的氮气瓶进行供气。安全壳内的大气样品在取样盘内可以获得两种不同的样品：一种是未稀释过的，用于正常运行时取样；另一种是使用氮气稀释过的，用于事故后取样。endprint

4 三门核电一回路取样的特点

4.1 取样点共用管线，减少贯穿件

三门核电一回路总共11个液体取样点，只有2个贯穿件，二代机组一般是单个取样点使用一个贯穿件或者两个取样点共用一个贯穿件。三门核电如此设置可以大大减少贯穿件的数量，不影响功能，同时还能保证一定的冗余性。

4.2 取样盘紧凑，功能多

由图2可知，三门核电的取样盘体积还是比较小的，与其配套的取样冷却架、喷射水提供装置体积也不大，相比二代机组来说是小很多的。但是取样盘的功能还是比较多的，可以对液体样品进行连续的溶解氢、溶解氧进行监测，可以对样品进行加工获得6种液体取样、2种大气取样。

4.3 可对安全壳大气进行连续取样

三门核电设置了大气放射性检测装置可以对安全壳大气连续监测，由此可判断反应堆冷却剂是否存在

泄漏。

4.4 设置喷射装置可在系统无压力或者事故情况下取样

三门核电设置了喷射器，以确保在事故后或者系统无压力的情况下，样品也能可靠的获得，这是二代机组所没有的。事故后的取样尽管不是安全相关的设计要求，但是对于操作员判断机组的状态还是有重大意义的。

4.5 锌取样

三门核电的化学与容积控制系统增加了注锌相关的功能，通过注锌系统对将贫化醋酸锌注入系统中，在表面形成结构和形态更好更薄的氧化膜。该氧化膜不易溶解，对于传输和活化不敏感可以大大降低系统的放射性，也能减少杂质导致的功率变动。对于锌的取样则是控制系统中锌浓度的重要步骤，锌取样需要8小时的冲洗冲洗管线，才能达到溶解沉积平衡，取出的样品才具有代表性。三门核电通过连续取样管线可对取样管线持续冲洗，流量为0.0227m3/h，达到目标浓度前为1天取样3次，达到后1天取样1次。故连续冲洗相对于二代核电会产生一些多余的废液。

4.6 事故后取样的屏蔽小车

事故后取样时为了人员剂量的考虑，专门设计了屏蔽小车，可以保证从取样到运输的过程中全程都有屏蔽。

4.7 无硼表

由于三门核电使用灰棒进行燃耗的补偿，不需要经常调硼，所以硼浓度无需在线连续监测，只需每天一次通过取样进行检测。

5 三门核电取样系统待改进之处

第一，取样盘尽管功能多，但是存在着操作步骤复杂的问题。对于任一样品的取样都必须严格使用规程进行操作，不可能通过记忆来进行操作，否则极容易操作失误，因此对取样盘工艺流程的设计是可以进行改进的。

第二，取样盘本身结构紧凑会导致检修困难，需要打开背板才能对其中的各项设备，阀门进行检修。其背板所在房间又是辅助厂房地坑，是高放射性区域，因此对于运行期间进行检修，无论是时间上还是空间上都是一个挑战。建议适当增加取样盘的体积，减少其检修难度，无需如此高的紧凑度。

第三，目前的设计无法有效地测量悬浮固体，因为最大1000cc的取样瓶对于悬浮固体测量仍然太小，实际需要20000cc，使用过大的取样瓶或者过多的取样次数都是不合适的。可以增加一个流量计和过滤器的组合，安装在现有取样瓶的接口，这样就可以解决以上的问题。

6 结语

三门核电的取样系统相对于二代核电系统上有许多不同，有许多优点，也存在缺点，这是设计理念不同的结果。在后续的机组可以考虑对其缺点进行改进，使其更加具有易用性，人员辐射剂量更低，检修更加方便。

参考文献

[1] 顾军，等.AP1000核电厂系统与设备[M].北京：原子能出版社，2010.

作者简介：陶殷勇（1987-），男，江苏人，中核集团三门核电有限公司助理工程师，研究方向：AP1000核岛系统。

（责任编辑：蒋建华）endprint