M310核电机组大修过程中换料水箱水位变化分析

丁强 翟瑞昆

摘 要：M310核电机组大修期间，换料水箱中的水容积与机组状态紧密相连，同时受运行技术规范的严格限制。本文通过对各个机组状态下换料水箱的水容积变化的深入分析，给出了不同机组状态下换料水箱的液位控制范围，为M310机组大修过程中换料水箱水容积控制提供了参考。

关键词：核电机组；换料水箱；参考

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.11.153

核电机组经过一个燃料循环的运行后，需进行大修，更换核燃料的同时，对日常运行期间无法检修的系统进行检查维护，在机组大修过程中需要大量的硼酸来抑制反应性、提供水屏蔽，这些硼酸大部分贮存在乏燃料水池冷却和处理系统（以下简称PTR）的换料水箱中，大修期间控制换料水箱的水装量对保证机组安全和大修开展至关重要。

1 PTR系统及换料水箱的功能分析

PTR系统的作用主要就是保证乏池的持久冷却，以及反应堆换料水池的充水、排水和净化。PTR系统共6个水池，位于反应堆厂房的反应堆换料水池和堆内构件贮存池，位于乏燃料厂房的燃料转存舱、乏燃料贮存水池、乏燃料装载井和燃料输送罐冲洗池。

换料水箱安装在反应堆厂房外，在反应堆换料时，可实现反应堆水池的充水和排水，其可用容积为1664m?，截面积为109㎡。

2 运行技术规范对换料水箱水装量的要求

机组处于功率运行模式（RP）及蒸汽发生器冷却停堆模式（NS/SG）时，要求换料水箱水位大于15.3m。

机组处于余排冷却正常停堆模式（NS/RRA）时，要求液位高于15.3m，换料后，一回路温度小于90℃时，换料水箱硼酸储量（总容积）大于1100m3 是可接受的。

机组处于维修停堆模式（MCS）时，换料水箱硼酸（包括反应堆水池和换料水箱）储量需大于1664m3；装料后，硼酸（包括反应堆水池和换料水箱）储量需大于1400m3。

若无法满足对应机组模式下硼酸储量的要求，严重威胁机组安全。

3 机组下行上行过程中换料水箱水位变化分析

大修期间将大量消耗换料水箱中的硼酸，大修开始前，通常将换料水箱补水至15.7m以上，同时在硼回收系统中储槽中准备一罐合格的硼酸备用，在乏燃料装载井中制备2300-2500ppm的硼酸用于对燃料转运仓及其它水池充水。

当机组到达MCS模式后，可通过压空回收一列安喷系统的硼酸，换料水箱水位上升约7cm，此时需防止换料水箱液位过高导致溢流。

为保证机组能够正常换料，需将反应堆水池及燃料转运仓舱充满水，这些硼水来自换料水箱及装载井。为执行换料小车水下试验，首先通过装载井（总容积230m?）将转运仓（总容积235m?）及堆内构件池充水至1m水位，水下试验结束后，将装载井内余水再传至燃料转运仓。由于装载井的体积比燃料转运仓的容积略小，又为堆内构件池补水1m，燃料转运仓无法通过装载井充至要求水位，缺少的量由换料水箱进行补充。

根据经验，此状态下将燃料转运仓补水至要求水位大约消耗110m?硼酸，换料水箱水位下降约1m，若MCS模式下直接进行补水将导致换料水箱不满足技术规范要求，因此需先进行反应堆水池充水至15.5m，机组进入换料停堆模式（RCS），对应的换料水箱下降至约8.2m。在控制棒驱动机构脱扣期间将硼回收系统中储槽的硼酸补充至换料水箱，对换料水箱补水时需考虑以下几点：

（1）反应堆水池从15.5m充水至19.5m用水约536m3，换料水箱液位下降4.9m；

（2）根据经验，一回路管道和稳压器等进水约30m3，换料水箱液位下降0.3m；

（3）换料水箱需要将燃料转运仓补满，需消耗约110m?，换料水箱液位下降1m；

（4）充水后要求换料水箱液位大于2.1m，并保证一定裕度。

根据上述分析，建议通过硼回收系统中储槽向换料水箱补水约1m，即可满足后续机组需求，至少补水至8.5m以上，此处以补水1m进行后续分析，经补水后换料水箱液位上涨至9.3m，补水完成后若脱扣工作未完成，可进行燃料转运仓充水至需求水位，避免占用主线时间。当控制棒驱动机构脱扣工作结束后，继续换料水箱向反应堆水池充水，目标液位19.5m，充水结束后换料水箱剩余液位约3.1m。

当机组换料完成，进入完全卸料模式（RCD），为进行低低水位检修工作，须将一回路排水至低低水位，由于堆内构件贮存池内需贮存上部堆内构件，故排水时仅将反应堆换料水池及主系统内的水排走。排水量約750m?，此时换料水箱水位将上升至约10m。

机组上行过程中，需要对一回路的各个系统管道及各个容器进行充水排气，需消耗大量的硼酸，中压安注箱充水约耗水100m?。在回路充水排气及反应堆换料水池充水至19.5m后，需确保换料水箱水位高于2.1m，保证安注和安喷泵再鉴定的需要。装料结束后，反应堆水池排水至法兰面水位，换料水箱接收约1410m?的硼酸，使换料水箱的液位上涨约12.9m，故为防止换料水箱无法容纳反应堆水池排水，排水前需确认换料水箱水位不高于2.7m。

反应堆水池排水进入MCS模式，此时运行技术规范对换料水箱的容积需≥1400m?，故在此状态下需控制换料水箱水位大于12.9m。压力容器关盖结束后，需对一回路进行充水至满水状态，需消耗硼酸约130m?，换料水箱水位下降1.2m，在后续的一回路静排气、动排气的过程中需密切关注换料水箱的水位，液位低时及时进行补充，避免违反技术规范，最终在NS/RRA模式一回路温度大于90℃之前将换料水箱水位控制在15.3m以上。

4 总结

通过对整个大修过程中换料水箱液位变化的具体分析，使我们对大修期间换料水箱的液位变化有了更直观的认识，鉴于其与运行技术规范紧密相连，需要我们在各个模式对换料水箱所需维持的液位范围有一个明确的认识，才能确保大修工作的顺利开展。

参考文献：

[1]福建福清核电厂1/2号机组运行技术规范005 D版[S].2018.

[2]PTR反应堆换料水池和乏燃料水池冷却和处理系统手册000版[S].

2013.

作者简介：丁强（1986-），男，福建福清人，本科，工程师，研究方向：核反应堆运行。