方家山核电（M310）机组一回路换水除锂降氚实践

陈聂斌 张文兴 秦建华 谢 峥

（中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐314300）

1 概述

1.1 方家山机组一回路换水除锂降氚实施背景

方家山机组化学和放射化学控制遵循《方家山核电厂化学和放射化学技术规范》，该规范规定机组反应堆冷却剂系统氚比活度期望值为：＜15 000MBq/t，但方家山机组自功率运行以来，每个燃料周期运行不到一个月主冷却剂系统氚比活度就超出期望值，特别是在C4长燃料循环期间1号机组氚最高为85 000MBq/t，2号机组氚最高为65 000MBq/t，远远超出规范中规定的期望值。

技术规范中之所以控制主冷却剂系统中氚的期望值，是因为在机组换料大修期间，主冷却剂系统将与反应堆换料水池和乏燃料水池冷却和处理系统相连通，届时反应换料水池内均为含氚冷却剂，换料水池内含氚水会挥发至反应堆厂房中，造成反应堆厂房空气中氚的比活度升高。根据（GB18871——2002）《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》规定，方家山机组厂房导出空气浓度限值为4.00E5Bq/m3，方家山机组反应堆厂房总体积49 400m3，RX厂房总的氚活度限值为1.976E10Bq。机组在燃料循环末期，冷却剂系统内氚会逐步降低，停堆时冷却剂系统氚含量约5.0E9Bq/m3，换料水箱随着燃料循环的增加，其冷却剂氚比活度将与主冷却剂系统一致，在此按5.0E9Bq/m3计算，如RX厂房内空气不流通，氚活度达到限值时，冷却剂约需挥发4 m3，但实际工作中现场RX厂房持续通风换气，所以虽然主冷却剂会挥发，厂房内空气氚比活度并不会达到限值。

调查发现:主冷却剂系统氚超出期望值的情况，可以通过换水的方式消除异常。同时，机组氚长期累积可能造成反应堆运行后期排放突破NNSA审管限值的风险，所以利用机组每年的排放指标，降氚成为方家山机组的必然选择。此外，随着反应堆运行，主冷却剂中10B会因与中子反应消耗，使得主冷却剂中硼浓度分析值与设计值产生偏差，通过换水可以补充新鲜的含硼水，有利于主冷却剂保持较高的10B丰度，避免反应性控制误差。

1.2 方家山机组氚排放限值

国标（GB6249——2011）《核动力厂环境辐射防护规定》6.2节指出：核动力厂必须按每堆实施放射性流出物年排放总量的控制，对于3 000MW热功率的反应堆，其氚排放控制值为7.5E+13Bq/a。方家山机组为2台约2 800MW热功率反应堆，故机组氚年排放控制值约14E+13Bq/a（约0.39g氚），而秦山核电遵循“可合理达到的尽量低”的原则，方家山机组氚排放年度管理目标值均远小于审管部门控制值。

2 换水除锂降氚实施

2.1 实施过程

方家山1、2号机组分别于C4燃料循环2018年6月7日和6月22日开始采用换水除锂的方式降氚，此时主冷却剂系统氚比活度远超过期望值15 000 MBq/t，换水后氚比活度开始明显下降。

随着这种除锂方式实施，它也带来了一定的问题，每天的换水除锂操作增加了运行人员处理废水和制硼工作负担，主系统废水被排出后，增加废水除气分离的操作，硼酸储存罐REA004BA日常消耗本来不多，由于换水操作导致日消耗量增加，如果突发瞬态需要大量消耗硼酸，可能导致REA004BA硼酸储存罐液位过低，违反技术规范要求，此外该项任务导致除盐除氧水消耗量增加。

根据方家山机组运行经验，当机组开始运行至氚比活度达到30 000~40 000 MBq/t时，即达到峰值，此后，氚的日产生量和运行日常补水操作氚排出量达到平衡，当机组硼浓度小于300 ppm时，运行日常补水氚排出量大于氚日产生量，主冷却剂内氚比活度开始加速下降。1号和2号机组C4循环采用换水除锂方式（见图1和图2）后，起初换水效果十分明显，但随着硼浓度降低运行日补水量增加，换水后氚比活度下降速率大大降低，此时氚比活度在25 000MBq/t左右。

图1 1号机组C4燃料循环氚比活度变化趋势

图2 2号机组C4燃料循环氚比活度变化趋势

为此化学处制定了改进措施，以缓解运行工作压力，调整主冷却剂氚比活度控制值为30 000MBq/t，当主冷却剂氚比活度接近30 000MBq/t时采用换水除锂方式，但每周换水不超过2次，根据氚活度的下降速度，中后期调整到1次/周，当氚比活度小于25 000MBq/t后停止换水。

下图3为方家山2号机组采用改善措施后C5燃料循环氚比活度变化趋势。氚比活度控制在期望值和控制值之间，实现了有效控制，同时降低了运行的操作负担和带来的风险。

图3 2号机组C5燃料循环氚比活度变化趋势

2.2 实施效果

2.2.1 除锂效果方家山机组锂的控制始终满足《方家山机组化学控制》——硼锂协调曲线的要求。

2.2.2 降氚效果

方家山机组2018年开始采用换水除锂的方式降氚，2018年后机组液态氚排放总量有所上升，但增加的排放量并未造成实际排放量突破公司年度管理目标值，历年总排放量均不及审管限值一半。

3 结语

方家山机组为压水堆，主冷却剂系统内氚在燃料循环期间均包容在各系统内，氚辐射属于β射线类型，从辐射防护角度观察，主冷却剂系统内氚过高，在厂房内可能对工作人员产生吸入的辐射风险。通过换水除锂排氚的方式，实现了机组锂的有效控制，有效降低了运行期间一回路的氚比活度。通过制定换水操作的改进措施，在氚比活度得到有效控制基础上，减轻了运行的操作负担和带来的风险。