一种核电厂辐射水平异常分析及处理方法

赵永生

（海南核电有限公司，海南 昌江 572733）

0 前言

海南核电1/2号机组为CNP650压水堆型机组，核电厂正常运行时，RPE（核岛疏水排气系统）收集的含氧废气进入TEG（废气处理系统）含氧废气处理单元，加热后通过9TEG001PI（废气处理系统1号碘吸附器）或9TEG002PI（废气处理系统2号碘吸附器）过滤，排入DVN（核辅助厂房通风系统），最终通过核辅助厂房的烟囱排放[1]，9TEG001PI和9TEG002PI交替运行，一般每月切换一次。

9TEG001PI和9TEG002PI所在区域NB502房间设计为绿区，场所剂量率上限为0.01 mSv/h，正常情况下为0.25 μSv/h左右 。电厂辐射防护人员在巡检时发现NB502房间辐射水平异常，经剂量率普查，发现异常来自9TEG001PI，最大接触剂量率为1.02 mSv/h，1 m处剂量率为0.026 mSv/h，达到热点标准。由于9TEG001PI碘吸附器剂量率升高，因此所在房间NB502周围环境的剂量率升高。

经过辐射防护人员周期性的趋势跟踪分析，他们认为9TEG001PI剂量率异常是放射性物质沉积导致的。由于该区域辐射水平无降低趋势，经调研同类型机组，TEG碘吸附器接触剂量率一般为10 μSv/h～20 μSv/h，海南核电辐射水平已经远远超出同类型机组辐射水平，且该热点已经远远超出该区域设计标准。

辐射防护人员根据前期的趋势分析及调研结论，提出了更换9TEG001PI碘吸附器的辐射防护优化建议。然后维修部门实施了9TEG001PI碘吸附器更换作业，发现更换下的旧碘吸附器附着积存物，经辐射测量最大接触剂量率为6 mSv/h。更换碘吸附器后，NB502房间剂量率水平恢复至0.25 μSv/h正常绿区水平。

1 异常分析

1.1 碘吸附器附着物核素分析

收集碘吸附器更换过程中脱落的部分积存物，从外形上看，脱落物除了有少量黑色颗粒外，主要部分为黄色、均匀的细小颗粒，与核级树脂外观较为接近。经过树脂更换人员仔细核对脱落粉末形态，确认是树脂颗粒。

对树脂颗粒进行核素分析，从核素分析结果来看，放射性核素以Co-60、Mn-54、Co-58为主，这3种核素均为一回路材料的活化腐蚀产物。经过测量分析得出3种主要核素的放射性活度比为Co-60∶Mn-54∶Co-58=233∶199∶100，由于Co-58半衰期相对于其他核素较短，考虑到脱落物已经衰变了一段时间，则Co-58的核素占比最高，这种核素比例特征与大修氧化运行期间核素比例特征相符合[2]，初步认定脱落物是大修期间吸收了大量氧化运行释放产物的RCV系统树脂或其他放射性系统树脂。

1.2 碘吸附器附着树脂来源分析

根据放射性树脂的所有可能来源，查阅RCV（化学和容积控制系统）、TEP（硼回收系统）、TEU（废液处理系统）、PTR（反应堆换料水池和乏燃料水池冷却和处理系统）、TES（固体废物处理系统）、RPE、TEG等系统工艺流程图，分析可能导致9TEG001PI吸附树脂的5种潜在途径：1） RCV除盐床树脂更换过程中进入RPE系统。2） TEP除盐床树脂更换过程中进入RPE系统。3） TEU除盐床树脂更换过程中进入RPE系统。4） PTR除盐床树脂更换过程中进入RPE系统。5） 更换下的放射性废树脂在TES树脂罐储存时进入RPE系统。针对上述5种潜在途径，结合处理过程逐条进行分析。

1.2.1 RCV除盐床树脂更换过程中进入RPE系统

1/2RCV系统各有3个除盐床（1/2RCV001DE、1/2RCV002DE、1/2RCV003DE）[3]，除了盐床在更换树脂时，需要开启对应的排气阀，气体沿管线进入RPE收集管，最终进入TEG系统。

以1RCV001DE为例，在更换树脂时，先将除盐床从系统中隔离，打开除盐床下方的树脂排放阀和顶部排气阀，将废树脂排放到TES废树脂储罐，然后关闭树脂排放阀，从顶部法兰盲板装填新树脂。在装填新树脂过程中，树脂颗粒可能进入排气管道。

3个除盐床的排气在RPE管道汇合，经过排气气液分离视镜，根据气液分离视镜的设计原理，如果气体中有液体及树脂，液体及树脂将在重力作用下进入视镜下方工艺排水管道，一般不会进入视镜上方排气管道。在更换过程中，工作人员也会实时通过视镜观察系统排气情况，据树脂更换工作人员反馈，未发现树脂进入视镜的情况。

经过查询维修工单系统，未查询到正常运行期间排气阀出现内漏的情况，可排除运行期间树脂通过排气管道泄露的可能。

经过测量除盐床排气阀及下游管线、阀门、分离视镜的接触剂量率，测量结果为4.5 μSv/h～75.0 μSv/h，管线上不大可能残留RCV树脂颗粒。

综上分析：9TEG001PI吸附的树脂颗粒来源于RCV除盐床树脂更换过程中泄露的可能性很小。

1.2.2 TEP除盐床树脂更换过程中进入RPE系统

9TEP系统共有7个除盐床（9TEP001DE-9TEP007DE）[3]，树脂更换过程与RCV系统类似，系统也设计了排气气液分离视镜，维修工单系统未查询到正常运行期间排气阀出现内漏的情况。

经过测量除盐床排气阀及下游管线、阀门、分离视镜的接触剂量率，测量结果为0.5 μSv/h～3 μSv/h，说明在管线上一般不会有树脂颗粒残留。

综上分析：9TEG001PI吸附的树脂颗粒来源于TEP除盐床树脂更换过程中泄露的可能性很小。

1.2.3 TEU除盐床树脂更换过程中进入RPE系统

9TEU系统有2个除盐床（9TEU001DE、9TEU002DE）[3]，树脂更换过程与RCV系统类似，系统也设计了排气气液分离视镜，维修工单系统未查询到正常运行期间排气阀出现内漏的情况。

经过测量除盐床排气阀及下游管线、阀门、分离视镜的接触剂量率，测量结果为0.2 μSv/h～0.5 μSv/h，说明管线上一般不会有树脂颗粒残留。

综上分析，9TEG001PI吸附的树脂颗粒来源于TEU除盐床树脂更换过程中泄露的可能性很小。

1.2.4 PTR除盐床树脂更换过程中进入RPE系统

1/2PTR系统各有1个除盐床（1PTR001DE、2PTR001DE）[3]，除盐床在更换树脂时，需要开启对应的疏水排气阀，PTR系统不同于RCV、TEP和TEU系统的除盐床，疏水排气通过漏斗排出，气体直接排放到厂房空气中，疏水经收集后进入TEU系统。测量疏水排气阀和漏斗的接触剂量率，测量结果为0.4 μSv/h～0.5 μSv/h，可排除树脂来源于PTR除盐床树脂更换过程的可能性。

综上分析，9TEG001PI吸附的树脂颗粒不可能来源于PTR除盐床树脂更换过程。

1.2.5 更换下的放射性树脂在TES树脂罐储存时进入RPE系统

从RCV、TEP、TEU、PTR更换下的放射性树脂全部收集到9TES002BA和9TES003BA暂存衰变，其中9TES002BA与9TES003BA均设计容量9 m³，为了避免堵塞上部溢流滤网，设计文件建议废树脂罐内的废树脂量达到7 m³时停止输送废树脂。废树脂罐设置有震动叶片型料位探测器，超过7 m³时触发高料位报警。

在树脂罐底部设置了1个用水或压缩空气疏松树脂的管口，在贮存期间，对罐内的废树脂进行定期疏松（每月至少一次），以防废树脂结块而堵塞管道，同时还可以使废树脂的放射性均衡。海南核电目前采用压缩空气疏松的方式。疏松时打开压空调节阀，压缩空气从树脂罐底部翻动树脂，废气从上部排气管线排出。

压空调节阀为手动蝶阀，由于疏松管线无压力和流量指示，疏松时工作人员凭经验根据气流声音和阀门开度控制压空流量，疏松时间为30 min。疏松期间由于树脂罐上部排气管存在负压，且上部排气管无滤网。如果罐内树脂料位较高时进行压空疏松，存在将树脂颗粒吸入RPE系统管道的可能，且一旦树脂被吸入管道，由于下游无排气气液分离视镜，树脂将沿着管线直接进入TEG系统。

查询9TES002BA树脂罐接收记录（见表1），2018年11月19日接收第二床废树脂后罐内树脂料位1.9 m³，由于罐内料位很低，此时疏松不太可能从排气管漏出树脂。2019年1月9日-2月10日，9TES002BA短期内接收了大量废树脂，罐内料位达到8.4 m³，由于已经接近了设计容量，2019年度固体废物管理人员未实施树脂疏松，树脂从9TES002BA漏出的可能性小。

表1 TES002BA接收记录表

查询9TES003BA树脂罐接收记录（见表2），9TES003BA在2018年1月28日接收2RCV002DE的树脂0.95 m³，接收后料位达到6.80 m³，该床树脂经历201大修氧化运行过滤，放射性水平较高；2019年2月12日，接收1RCV002DE的树脂0.95 m³，接收后料位达到7.75 m³，该床树脂经历102大修、103大修氧化运行过滤，放射性水平较高。由于这两床废树脂均处于9TES003BA较高料位，已经超出了设计停止输送料位。在用压空从底部疏松时，上层RCV树脂极有可能随气流从树脂罐上部排气管漏出。

表2 TES003BA接收记录表

对比9TES002BA和9TES003BA排气阀接触剂量率（表3）发现，9TES003BA远大于9TES002BA，推测是9TES003BA漏出的树脂在排气阀处滞留。

表3 9TES002BA和9TES003BA排气阀接触剂量率对比表

对树脂罐排气阀下游的管线阀门进行剂量率测量时发现，下游容易沉积的部位剂量率均比较高，为50 μSv/h～588 μSv/h，水平管线（RPE气体收集母管）剂量率0.7 μSv/h～5.0 μSv/h，根据剂量率推测，漏出的树脂随气流移动的过程中在易沉积部位重力沉积，造成该处剂量率明显升高。

经咨询TES系统设计人员，在设计中未考虑防止树脂通过树脂罐排气管漏出的措施。根据其他电厂的调研情况，其他电厂也出现过TES储罐内废树脂从排气管道漏出的情况，但是没有造成较大的影响。目前一般包括2种措施：将压空疏松改为除盐水疏松，不定期疏松，并将料位控制在6 m³；每3个月使用除盐水对TES系统废树脂储罐进行一次疏松。

经过上述分析可知：1） TES002BA树脂罐在高料位下没有进行压空吹扫工作，但是TES003BA树脂罐在高料位下，进行了压空吹扫工作。2） 对比9TES002BA和9TES003BA排气阀接触剂量率发现，9TES003BA远大于9TES002BA，因此推测是9TES003BA排气阀漏出的树脂在排气阀处滞留。因此9TEG001PI吸附的树脂颗粒来源于TES003BA树脂罐的可能性极大。

1.3 漏出树脂输运路径分析

根据系统流程图，9TEG003BA排气阀漏出的树脂从RPE系统上游入口进入，通过RPE系统管路后从下游出口进入TEG含氧废气处理系统，沿气流方向对RPE管线进行辐射水平测量，管线接触剂量率为5 μSv/h～10 μSv/h，部分易于沉积的弯角、三通等部分接触剂量率可达25 μSv/h，推测部分树脂颗粒可能残留在沿线管道上，但是未对周围环境造成显著的影响。

9TEG001PI和9TEG002PI交替运行，一般每月切换一次，此次出现剂量率异常的为9TEG001PI，对比碘吸附器运行记录和树脂罐疏松记录，TEG001PI运行记录和TEG003BA疏松记录未能完全吻合，经过推测，其原因可能是9TES003BA在某次疏松时漏出了大量树脂，树脂沿管线输运了一段时间，集中到达TEG碘吸附器时9TEG001PI正在运行。

1.4 分析结果

通过对树脂源头（RCV除盐床、TEP除盐床、TEU除盐床、PTR除盐床、TES树脂储罐）逐项排查，从工艺设计、系统运行记录、剂量率普查角度分析， 9TEG001PI吸附的树脂颗粒来源于RCV除盐床、TEP除盐床、TEU除盐床、PTR除盐床的可能性很小，最大的可能是在用压空从底部疏松TES树脂储罐时，上层RCV树脂随气流从树脂罐上部排气管漏出，最终进入TEG系统。

2 预防措施

为了防止TES树脂储罐内树脂再次漏出，采取了一系列措施：调研采用SED水进行树脂疏松的操作方法和注意事项，使用SED水疏松，疏松时控制水流，疏松后验证疏松效果；在TES树脂罐排气管线上增加汽水分离装置、滤网等措施，一旦树脂漏出，可以在第一时间拦截，防止输运到其他管道；在压空疏松管线上增加压力表、流量表和流量调节阀等，制定疏松时的压力标准，防止压力过大；建立废树脂储罐料位控制预警机制，料位一旦达到6 m³，及时排出树脂，防止树脂料位过高；建立定期巡检机制，测量排气管道接触剂量率，监测剂量率变化趋势，及时发现异常。

3 残留树脂处理

TES树脂储罐内高放树脂从排气管漏出后，随着气流在管道内的运输过程中，由于重力作用在9TEP625VA下游、9TEP230VA下游、9TEP229VA下游弯管处堆积。由于堆积的树脂为高放树脂，热点剂量率为1.03 mSv/h，周围的辐射水平明显升高，影响辐射分区。经过对管道的长期监测，发现辐射水平没有明显降低，树脂在管道内没有明显移动。为了降低热点影响，组织电厂运行部门、维修部门联合编制了残余树脂清除方案，充分利用电厂的现有设备，使用吸尘器、U型屏蔽容器、塑料软管制作了专用抽吸工装，通过打开热点附近阀门，使用专用工装抽吸，成功地去除了残余树脂。

3.1 清除方案

3.1.1 清除方式选择

由于大部分管道采用焊接方式连接，无法直接打开，且RPE管道支路很多，无法使用压空吹扫的方式，热点清除主要采用拆除热点附近阀门，使用吸尘器抽吸的方式。

3.1.2 隔离方式确认

根据9TEP625VA下游热点、9TEP230VA下游热点、9TEP229VA下游热点在管道中的位置、抽吸条件及运行隔离要求，确定隔离方式。

3.1.3 专用工装改造

由于热点所在管道内径较细，且距离阀门开口处较远，因此对吸尘器吸嘴进行了改造，以便于深入管道内部抽吸。

3.1.4 人员防护

布置污染隔离场地，抽吸人员佩戴半面罩、橡胶手套，抽吸出来的树脂收集并运送到废物暂存库暂存。

3.2 效果验证

去除前先测量表4中点位的剂量率，抽吸后重新测量，验证抽吸效果。

去除效果见表4，3个热点的接触剂量率均大幅度降低，最大的去除比例达到了93.6%，大大降低了辐射源项，保证了热点所在房间作业人员的辐射安全。

表4 热点处理前后对比表

4 结论

通过核素分析判断树脂种类，工艺分析判断可能的来源，历史工单查找和现场测量验证确定概率大小，最后成功确定了树脂来源，为此类辐射异常的分析提供了1条有效思路。

此次热点去除从源项角度主动降低热点影响，改变了以往依靠铅屏蔽的被动措施，充分利用了现有的物资条件，改造抽吸工装以适应现场需要。同时辐射防护、核清洁、运行各自发挥专业优势，通力合作，为后续开展热点去除工作积累了宝贵的经验。