核电站大修卸料前反应堆水池水质浑浊原因分析

蒋磊， 尹龙江， 胡紫龙

(辽宁红沿河核电有限公司， 辽宁 大连， 116000)

某核电站机组第5次大修卸料前反应堆水池充满水后出现水质浑浊现象，水池面存在大量油膜状漂浮物，影响控制棒驱动机构脱扣和卸料工作，此次水池浑浊事件为该机组下行时首次出现。

已有的经验表明，反应堆水池浑浊主要发生在上行装料前，其主要原因为长周期试验、一回路开口检修引入以及压力容器底部存在杂质[1]。

1 反应堆水池浑浊前操作

机组大修时从解列后正常下行至反应堆水池满水，经过插棒降功率、硼化至热停堆模式，此后经过一回路硼化和降温降压、连接余热排出(RRA)系统、氧化净化、停主泵等操作进入维修停堆模式，在此模式下进行反应堆压力容器直接开大盖工作，开大盖工作结束后充水至反应堆满水。

1.1 运行主要操作

机组从解列至反应堆开盖前，机组按照正常程序进行一回路降温降压、注入硼酸进行硼化、运行相关试验、氧化净化等操作，先后进入蒸汽发生器冷却正常停堆模式、RRA系统冷却正常停堆模式、维修停堆模式，期间未引入水质混作的变量。

1.2 开盖操作

机组处于维修停堆模式时进行反应堆压力容器开大盖操作，使用螺栓拉伸机进行自动拧出螺栓时，发生螺栓卡涉启动手动拧螺栓预案后，仍有一个螺栓无法取出。后决策取走卡涉螺栓的螺母，保持螺栓现状，起吊大盖反应堆水池充水，卸料后再进行处理。

考虑残留在螺栓和螺栓孔中的化学试剂，包括螺栓松动剂WD40和Lubricating Oil(简称“黑水”)无法清理，安排加工专用工具对可能溢流化学试剂的开口进行封堵。开口有两处，一处为螺栓顶部开口(与松动剂出入口为同一开口)；一处为螺栓与螺孔上端面接口处(后文统称“螺栓与螺孔缝隙“)。但螺栓与螺孔缝隙难以有效封堵，并且有充水过程中封堵工具落入堆芯的风险。后决定，为尽快离开法兰面水位使堆芯处于更安全的状态，不再对螺栓与螺孔缝隙进行封堵，继续开盖充水工作。

此后反应堆水池充水至19.5 m后出现水质浑浊现象，同时反应堆水池水面存在沫状漂浮物，影响控制棒驱动机构脱扣等后续工作。

1.3 过程分析

在本次大修中，卡涉螺栓未拧出，留在压力容器上，开盖过程中向螺孔中注入了“WD40”和“黑水”，卡涉螺栓的螺孔中存在此两种物质，在反应堆水池充水时存留在螺孔中，同时未完全封堵，该过程引入了变量。

2 引起水质浑浊的物质来源分析

2.1 反应堆水池充水水源分析

反应堆水池中的水即为主回路水，主要作用为在反应堆燃料进行链式反应时慢化中子、对反应性进行控制、对主回路进行压力控制及对主系统具有放射性屏蔽作用等[2]。反应堆水池主要水源来自换料水箱，为保障大修期间反应堆水池水质良好，大修前对换料水箱进行48 h循环净化，净化后其浊度为0.098 NTU，符合净化预期，水质良好。排除反应堆充水水源对卸料前反应堆水池浑浊的影响。

2.2 一回路水质分析

反应堆水池充水前一回路冷却剂约310 m3。完成一回路氧化工作后，对一回路净化17 h，主泵停运后对一回路取样分析浊度为0.433 NTU，硼回收系统除盐床出口浊度为0.095 NTU，符合历次大修趋势，排除水质的影响。

2.3 水池上方设备漏油分析

发现反应堆水池水质浑浊后，对可能泄漏油污进入反应堆水池的设备进行了全面的普查。重点对反应堆水池上方的螺栓拉伸机、换料机等设备进行了排查，未发现有漏油的痕迹。排除水池上方设备漏油的影响。

2.4 开盖期间使用化学试剂与历史对比分析

该核电此前大修均未出现过卸料前反应堆水池浑浊现象。其中，本机组过去5次大修自动拧螺栓和手动拧螺栓都实施过，每次充水前都会对大盖表面、法兰面和反应堆水池表面的残留化学试剂进行清洗，残留在螺栓孔中的则用螺孔密封塞进行封堵，因此正常开盖操作残留在螺栓孔中的化学试剂不会渗漏到反应堆水池中。

该机组本次大修中，一个卡涉螺栓拧出18扣后留在压力容器上，开盖过程中向螺孔中注入了约1.4 L(专业反馈使用量)“WD40”、100 mL“黑水”。化学试剂从图1中红色箭头位置注入到螺孔中。压力容器螺孔直径149.5 mm，长280 mm，螺栓拧出18扣后，高度约为72 mm。压力容器螺孔容积约为1.263 L。残留在这些空间中的化学试剂无法清理且难以封堵(如图1，红色区域为残留位置)。

图1 反应堆压力容器螺栓及化学试剂注入示意图

2.5 化学试验分析

使用“WD40”、“黑水”两种螺栓润滑剂进行试验。

•按1.4 L WD40进入反应堆水池上层硼水(反应堆水池表面积×5 cm)比例配比WD40与硼水，搅混并静置澄清后，目视有类似反应堆水池水面(如图2)的油膜状薄层，如图3；侧视如图4所示，与洁净硼水样品(图5)对比可见明显混浊。

图2 反应堆水池满水后水面

图3 模拟试验硼水表面

图4 模拟试验硼水侧面

图5 洁净硼水侧面

•在150 mL硼水中加入1 g WD40和1 g“黑水”，搅混并静置后，目视硼水颜色较深，呈墨水状，如图6。

图6 试验WD40、“黑水”、硼水混合液

图7为卡涉螺栓取出后螺孔中的残留物质。通过对比可见，硼水与“WD40”、“黑水”的混合物，目视和反应堆水池水面的漂浮物相近。

图7 卡涉螺孔中残留物

由此可证实螺孔中的“WD40”、“黑水”进入反应堆水池中造成反应堆水池浑浊。

表1列出了核电站大修前卸料反应堆水池浑浊可能原因的分析对比。

由表1可见，大修卸料前反应堆水池浑浊的最大可能性为残留在卡涉螺栓孔中的化学试剂进入引起。

表1 核电站大修前卸料反应堆水池浑浊原因

3 水质污染过程分析

正常开盖时，在反应堆压力容器螺栓全部拧出螺栓孔后，用螺孔密封塞对螺孔进行密封封堵，可防止压力容器螺孔里的化学试剂不进入反应堆水池，也可以防止反应堆水池的硼水进入螺孔。

由于卡涉螺栓留在压力容器上，故在反应堆水池充水前制作封堵工具进行封堵。但螺栓和螺孔的缝隙无法经简单设计加工的封堵工具有效封堵，且有落入堆芯成为异物的风险。为了不中止开盖工作，尽快离开法兰面水位确保堆芯安全，而未封堵卡涉螺栓和螺孔间隙，继续开盖工作。在充水后，由于水压，硼水进入螺孔中将化学试剂通过螺栓与螺孔的间隙挤压进入水池，由于密度小于硼水，在反应堆水池上形成油膜状漂浮物。

4 处理措施

在线投运反应堆水池净化泵净化反应堆水池、启动两台RRA泵以增加下泄净化流量，另外制作水面清理工具持续进行反应堆水池表面清理。经过约14 h处理后水池水质满足控制棒驱动机构脱扣要求，机组继续下行相关工作。

卸料结束后，在反应堆水池去污期间对反应堆水池池壁去污，排放水池上层硼水，持续对换料水箱进行净化，更换净化系统的滤网，对所有螺栓孔进行清理，避免上行引起水质浑浊。

5 结语

反应堆水池浑浊已是国内外核电关注问题，该事件处理及分析过程为同类事件提供了经验支持，对压力容器螺孔封堵工具提出新的要求，同时迫切需要开发反应堆水池漂浮物打捞、油膜处理、水质净化的专用工具。

建议开发专用工具用于封堵螺栓与螺孔的间隙；另外开发专用工具提高堆池表面清理效率。