核电厂一回路冷却剂溶解氢人工测量方法优化

(福建福清核电有限公司,福建 福清 350318)

压水堆核电厂一回路冷却剂在辐照情况下会分解产生H2、O2和H2O2,对结构材料产生氧腐蚀。

通过向一回路冷却剂中加入过量的氢气,可以抑制水辐照分解,减少冷却剂中氧化性辐解产物浓度,从而大大减少结构材料的腐蚀。福清核电厂化学和放射化学技术规范明确在功率运行(RP)及蒸汽发生器冷停堆(NS/SG)模式下,一回路冷却剂的溶解氢浓度限值要求在20～50 mL/kg(STP),如果5 mL/kg(STP)50 mL/kg(STP),应在8 h内开始向NS/SG模式后撤。为时刻监测一回路冷却剂溶解氢浓度满足化学技术规范要求,核取样系统设置有在线监测氢表。同时为检验在线监测氢表的有效性,在功率运行期间,化学技术规范要求以1次/周的频率人工取样检测一回路冷却剂溶解氢,通过数据对比来确认在线氢表测量数据准确可靠,保证机组安全稳定运行。

1 M310压水堆一回路冷却剂溶解氢监测方式

1.1 在线氢表监测

福清核电厂M310压水堆核取样系统在线氢表监测方式见图1红色标识流程图所示。从化学和容积控制系统正常下泄回路(图1绿色标识)除盐床上游引出一条取样管线至核取样系统手套箱内,在手套箱内通过金属软管将一回路冷却剂样水引入在线氢表装置进行溶解氢的在线分析,分析完成后的样水回收至化学和容积控制系统的容积控制箱内,最终返回一回路系统。

1.2 人工取样检测

福清核电厂M310压水堆一回路冷却剂溶解氢人工取样检测使用HACH ORBISPHERE 3654便携式氢表,测量方式见图1蓝色标识流程简图所示。将金属软管与接头440WV连接点断开,重新连接至接头402WV,在线氢表取样管线断流,将一回路冷却剂引入便携式氢表进行人工检测。检测完成后的一回路冷却剂返回相分离器手套箱内,最终排往放射性废液处理系统。

此方法进行人工检测一回路冷却剂溶解氢存在以下问题：

1)测量时必须断开在线氢表管线,使在线氢表不可用。人工测量结束后还需切换回在线氢表取样管线,来回切换工作量较大,工作效率低,且中断了在线氢表的连续监测,仪表可用性降低。

2)人工测量溶解氢所需流量约30 L/h,但便携式氢表本体无流量调节和流量显示功能,仅依靠核取样系统管线上的截止阀调节流量以及通过电磁流量计显示流量,难以实现测量流量的精准控制。根据实践经验,核取样系统管线本体流量调节的瞬时波动超过10 L/h,存在流量调节困难、分析过程耗时较长、放射性废液排放多、分析结果偏差大等缺点。

3)一回路冷却剂放射性水平高,手套箱在铅屏蔽作用下,外表面附近2 cm范围环境剂量率仍达到80 μSv/h。人工取样检测在线复杂、耗时长,导致人员所受辐照剂量多。

4)便携式氢表单独放置在手套箱外,增加了放射性液体泄漏及人员放射性沾污风险。

图1 一回路冷却剂溶解氢在线氢表及人工取样分析流程Fig.1 On-line hydrogen meter for coolant dissolved hydrogen in the primary circuit,and manual sampling and analysis process

2 一回路冷却剂溶解氢人工测量方法优化

2.1 便携式氢表设计改进

为解决人工取样检测溶解氢时存在的耗时长、放射性废液排放多、人员受辐照剂量多以及存在放射性沾污等问题,制作一个便携式氢表箱,原理图如图2所示。

在便携式氢表箱内安装一个带调节阀的流量计、压力表以及配套的金属软管,将便携式氢表安装在箱内。将一回路冷却剂引入便携式氢表箱内,通过带调节阀的流量计进行流量调节及流量显示,如此便能够快速、稳定调节并显示便携式氢表分析所需流量,大量缩短人工取样分析时间,从而有效地减少放射性废液排放量、减少人员所受辐照剂量；且将便携式氢表放置在密闭的便携式氢表箱内,可以避免放射性液体泄漏时造成人员沾污和放射性扩散风险。

2.2 人工取样方法改进

为简化一回路冷却剂溶解氢人工检测管线,在核取样系统的原设计下进行优化改进,见图2蓝色虚线标识流程简图所示。

利用核取样系统氢分析仪室预留在线氢表旁排管线(旁排阀443VP),其出口与便携式氢表取样管线入口接头(402WV)在同一手套箱内,将在线氢表旁排的出口管线末端新增一个快速接头443WV,使用金属软管将443WV和402WV两个快速接头互相连接,从而实现了在线氢表取样管线与人工取样测量管线同步在线,人工分析完成后的放射性废液返回相分离器手套箱内,最终排往放射性废液处理系统。整个取样分析过程变得非常简单,提高了工作效率,并且实现了一回路冷却剂溶解氢在线监测和人工取样检测同时进行。

图2 一回路冷却剂人工取样分析方法优化后取样流程Fig.2 The sampling process after optimization of primary coolant manual sampling and analysis method

3 新方法在核电厂应用及效果

一回路冷却剂溶解氢人工取样测量方法改进后,经福清核电厂1～2号机组经历1个燃料循环的实际运用,效果非常显著：

1)工时、放射性废液排放量及辐照剂量率减少。一回路冷却剂溶解氢人工取样检测时间,优化改进前需两位工作人员平均耗时约60 min,优化改进后只需1人操作且时间缩短至10 min左右,放射性废液排放量大量减少,单次测量增加的辐照剂量率贡献量由改进前的8 μSv·man降低至2 μSv·man。

2)操作简化且实现了在线表监测和人工测量同步进行,更方便实现对在线氢表有效性的验证。

3)便携式氢表箱的应用,有效避免了放射性液体泄漏造成人员沾污和放射性扩散。

4 结 论

本文介绍了一种压水堆核电厂一回路冷却剂溶解氢人工测量的优化方法,普遍适用于我国M310堆型机组。该方法经实际应用检验是合理且有效的,不仅能减少工作时间、降低人员辐照剂量,而且简化了操作,更有利于化学技术规范的实施。同行电厂在调研福清核电对一回路冷却剂溶解氢人工测量方法后,均认同该方法较为简单、便捷,或将参考福清核电进行优化。