三門核電一回路取樣系統(tǒng)特點分析

摘要：文章主要討論了三門核電一回路取樣系統(tǒng)的特點、與二代核電取樣系統(tǒng)的比較、其自身的優(yōu)點和劣勢，對后續(xù)機組的改進(jìn)具有重要作用。

關(guān)鍵詞：一回路取樣系統(tǒng)；三門核電；取樣盤；事故后取樣；二代核電 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM623 文章編號：1009-2374（2015）23-0140-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.071

核電廠的水化學(xué)控制是非常重要的，需要時刻保持特定的要求以確保可用性、安全性、經(jīng)濟(jì)性及達(dá)到運行目標(biāo)。而一回路及各輔助系統(tǒng)、安全系統(tǒng)的水化學(xué)會直接影響反應(yīng)性、系統(tǒng)的腐蝕、核安全相關(guān)的功能，同時還能夠從中得知燃料的完整性、化容系統(tǒng)的性能。因此一回路取樣系統(tǒng)作為對一回路主輔系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)測起著至關(guān)重要的作用，能夠使操作員和技術(shù)部門評估當(dāng)前一回路的狀態(tài)。

作為承擔(dān)著這些功能的三門核電的一回路取樣系統(tǒng)（PSS）與傳統(tǒng)二代核電有著許多相似的地方，也有著許多不同，在此就對三門核電的一回路取樣系統(tǒng)（PSS）的流程及特點進(jìn)行分析。

1 系統(tǒng)取樣點及測量內(nèi)容

系統(tǒng)取樣點及測量內(nèi)容如表1和表2所示：

2 液體取樣流程

如圖1，11個液體取樣點分別來自表1中的各個地點，在經(jīng)過被取樣系統(tǒng)側(cè)的1英寸隔離閥（未在圖中顯示）后進(jìn)入PSS，再經(jīng)由一個手動隔離閥，到下游取樣電磁閥。取樣電磁閥可由主控室或者取樣間的終端進(jìn)行控制，打開該閥門就意味著要對這一取樣點進(jìn)行取樣。下游管線匯集到一根母管中。進(jìn)入母管后可經(jīng)過兩條中任意一條管線通過安全殼進(jìn)入取樣冷卻架，安全殼隔離閥包含殼內(nèi)的核級電磁閥和殼外的核級氣動閥。液體樣品在取樣冷卻架中由對應(yīng)的取樣冷卻器進(jìn)行冷卻，之后樣品送入取樣盤或者放化實驗室。在取樣盤中通過一系列的操作可以獲得各種類型的樣品，同樣在放化實驗室中也可以獲得所需的樣品。

在部分取樣點后由止回閥，這是由于這些取樣點都是相對低壓的系統(tǒng)，需要防止高壓系統(tǒng)的液體意外混入，更需要防止由于閥門內(nèi)漏的情況導(dǎo)致低壓系統(tǒng)化學(xué)參數(shù)改變。在RCS熱段1和熱段2的取樣點后，各有一段延遲盤管。延遲盤管作用是保證來自熱段的樣品在安全殼內(nèi)至少有60秒的時間，以確保N-16有充分的時間進(jìn)行衰變，減少人員劑量。正常情況下熱段1和熱段2的化學(xué)參數(shù)是一致的，有兩處取樣也是為了保證冗余。電磁閥V012A用于隔離熱段取樣管線和其他取樣管線，當(dāng)該閥門關(guān)閉時，可以對熱段取樣的同時對其他任一取樣點進(jìn)行取樣而互不干涉。當(dāng)下游某個取樣管線不可用時，可開啟V012A，使樣品通過另一條管線進(jìn)入下游取樣冷卻器，管線具備一定冗余。

進(jìn)入放化實驗室的管線可接入取樣設(shè)備，但是三門核電的意見是這些管線所含液體放射性強，且有取樣盤進(jìn)行取樣，管線進(jìn)入放化實驗室已無必要，故這些管線的末端將封堵不做使用。

取樣盤對可以使用在線氫表和在線氧表對液體樣品進(jìn)行的溶解氫和溶解氧進(jìn)行持續(xù)的監(jiān)測，也可以通過一系列的工藝過程獲得6種樣品：（1）加壓液體樣品（75cc）；（2）降壓液體樣品（60/250/1000cc）；（3）液體取樣脫氣后未稀釋樣品（4cc）；（4）液體取樣脫氣后1000∶1稀釋樣品（10cc）；（5）液體取樣脫氣后未稀釋氣體樣品（14cc）；（6）液體樣品脫氣后稀釋氣體樣品（14cc）。

其中：（1）加壓液體樣品使用不銹鋼瓶取樣，樣品未經(jīng)過降壓而與被取樣系統(tǒng)壓力保持一致，該樣品可用于γ光譜分析和總活度的檢測。該樣品在正常運行時取樣，事故后放射性過強一般不進(jìn)行取樣；（2）降壓液體樣品通過了降壓閥的降壓，達(dá)到常壓，這部分的樣品取出后可用于各種類型的化學(xué)分析。該樣品也是正常運行時取，事故后則不取樣；（3）液體取樣脫氣后未稀釋樣品，該樣品時液體取樣進(jìn)入取樣盤后通過加熱去除樣品中的溶解氣體，然后進(jìn)入取樣填充站，取樣填充站將樣品注入取樣瓶中。由于該樣品用于事故后的取樣，故樣品放射性很高，取樣瓶放置在專用屏蔽的小車內(nèi)，整個取樣過程和運輸過程中都能由小車提供屏蔽；（4）液體取樣脫氣后1000∶1稀釋樣品，該樣品也是液體取樣經(jīng)過取樣盤內(nèi)加熱脫氣后進(jìn)入混合室，再用1000倍體積的水進(jìn)行稀釋，然后進(jìn)入取樣瓶。該樣品也是事故后取樣，稀釋1000倍用于降低液體的放射性，減少人員劑量；（5）液體取樣脫氣后未稀釋氣體樣品，該樣品是液體取樣通過加熱脫出的氣體，沖入至預(yù)先抽真空的取樣瓶中，用于分析液體取樣中溶解氣體的各項物化性質(zhì)，該樣品只在正常運行工況下獲?。唬?）液體樣品脫氣后稀釋氣體樣品，該樣品時液體取樣通過加熱脫出的氣體，沖入至預(yù)先抽真空的取樣瓶中，然后使用純氮氣進(jìn)行稀釋，該樣品在事故后取樣，通過稀釋減少放射性。

正常運行時，取樣是通過取樣源的壓力來作為動力的。而事故后或者停堆時等取樣源壓力不足時，通過取樣盤內(nèi)的噴射器使得取樣盤內(nèi)管路獲得一個負(fù)壓，從而使樣品有動力流動。噴射器由噴射水提供裝置來供水，這個裝置由一個儲水罐和一個泵組成。

3 氣體取樣流程

安全殼大氣取樣點在安全殼再循環(huán)風(fēng)機前，正常運行時通過安全殼外的安全殼大氣放射性監(jiān)測裝置進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，裝置內(nèi)有容積泵可對安全殼大氣連續(xù)抽取。樣品經(jīng)過安全殼大氣放射性監(jiān)測裝置，可以自動獲得F18顆粒和放射性氣體的相關(guān)參數(shù)，從而可以在反應(yīng)堆于20%熱功率以上時，對反應(yīng)堆冷卻劑壓力邊界泄露情況進(jìn)行檢測。氣體經(jīng)過裝置后又通過泵的作用返回安全殼地坑，減少廢氣的產(chǎn)生。

當(dāng)有需要時，可以通過取樣盤取出安全殼大氣樣品。取樣時關(guān)閉安全殼大氣放射性監(jiān)測裝置，并通過取樣盤內(nèi)的噴射器使取樣盤內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，從而使得安全殼大氣樣品可以進(jìn)入取樣盤，噴射器由取樣盤外的氮氣瓶進(jìn)行供氣。安全殼內(nèi)的大氣樣品在取樣盤內(nèi)可以獲得兩種不同的樣品：一種是未稀釋過的，用于正常運行時取樣；另一種是使用氮氣稀釋過的，用于事故后取樣。endprint

4 三門核電一回路取樣的特點

4.1 取樣點共用管線，減少貫穿件

三門核電一回路總共11個液體取樣點，只有2個貫穿件，二代機組一般是單個取樣點使用一個貫穿件或者兩個取樣點共用一個貫穿件。三門核電如此設(shè)置可以大大減少貫穿件的數(shù)量，不影響功能，同時還能保證一定的冗余性。

4.2 取樣盤緊湊，功能多

由圖2可知，三門核電的取樣盤體積還是比較小的，與其配套的取樣冷卻架、噴射水提供裝置體積也不大，相比二代機組來說是小很多的。但是取樣盤的功能還是比較多的，可以對液體樣品進(jìn)行連續(xù)的溶解氫、溶解氧進(jìn)行監(jiān)測，可以對樣品進(jìn)行加工獲得6種液體取樣、2種大氣取樣。

4.3 可對安全殼大氣進(jìn)行連續(xù)取樣

三門核電設(shè)置了大氣放射性檢測裝置可以對安全殼大氣連續(xù)監(jiān)測，由此可判斷反應(yīng)堆冷卻劑是否存在

泄漏。

4.4 設(shè)置噴射裝置可在系統(tǒng)無壓力或者事故情況下取樣

三門核電設(shè)置了噴射器，以確保在事故后或者系統(tǒng)無壓力的情況下，樣品也能可靠的獲得，這是二代機組所沒有的。事故后的取樣盡管不是安全相關(guān)的設(shè)計要求，但是對于操作員判斷機組的狀態(tài)還是有重大意義的。

4.5 鋅取樣

三門核電的化學(xué)與容積控制系統(tǒng)增加了注鋅相關(guān)的功能，通過注鋅系統(tǒng)對將貧化醋酸鋅注入系統(tǒng)中，在表面形成結(jié)構(gòu)和形態(tài)更好更薄的氧化膜。該氧化膜不易溶解，對于傳輸和活化不敏感可以大大降低系統(tǒng)的放射性，也能減少雜質(zhì)導(dǎo)致的功率變動。對于鋅的取樣則是控制系統(tǒng)中鋅濃度的重要步驟，鋅取樣需要8小時的沖洗沖洗管線，才能達(dá)到溶解沉積平衡，取出的樣品才具有代表性。三門核電通過連續(xù)取樣管線可對取樣管線持續(xù)沖洗，流量為0.0227m3/h，達(dá)到目標(biāo)濃度前為1天取樣3次，達(dá)到后1天取樣1次。故連續(xù)沖洗相對于二代核電會產(chǎn)生一些多余的廢液。

4.6 事故后取樣的屏蔽小車

事故后取樣時為了人員劑量的考慮，專門設(shè)計了屏蔽小車，可以保證從取樣到運輸?shù)倪^程中全程都有屏蔽。

4.7 無硼表

由于三門核電使用灰棒進(jìn)行燃耗的補償，不需要經(jīng)常調(diào)硼，所以硼濃度無需在線連續(xù)監(jiān)測，只需每天一次通過取樣進(jìn)行檢測。

5 三門核電取樣系統(tǒng)待改進(jìn)之處

第一，取樣盤盡管功能多，但是存在著操作步驟復(fù)雜的問題。對于任一樣品的取樣都必須嚴(yán)格使用規(guī)程進(jìn)行操作，不可能通過記憶來進(jìn)行操作，否則極容易操作失誤，因此對取樣盤工藝流程的設(shè)計是可以進(jìn)行改進(jìn)的。

第二，取樣盤本身結(jié)構(gòu)緊湊會導(dǎo)致檢修困難，需要打開背板才能對其中的各項設(shè)備，閥門進(jìn)行檢修。其背板所在房間又是輔助廠房地坑，是高放射性區(qū)域，因此對于運行期間進(jìn)行檢修，無論是時間上還是空間上都是一個挑戰(zhàn)。建議適當(dāng)增加取樣盤的體積，減少其檢修難度，無需如此高的緊湊度。

第三，目前的設(shè)計無法有效地測量懸浮固體，因為最大1000cc的取樣瓶對于懸浮固體測量仍然太小，實際需要20000cc，使用過大的取樣瓶或者過多的取樣次數(shù)都是不合適的?？梢栽黾右粋€流量計和過濾器的組合，安裝在現(xiàn)有取樣瓶的接口，這樣就可以解決以上的問題。

6 結(jié)語

三門核電的取樣系統(tǒng)相對于二代核電系統(tǒng)上有許多不同，有許多優(yōu)點，也存在缺點，這是設(shè)計理念不同的結(jié)果。在后續(xù)的機組可以考慮對其缺點進(jìn)行改進(jìn)，使其更加具有易用性，人員輻射劑量更低，檢修更加方便。

參考文獻(xiàn)

[1] 顧軍，等.AP1000核電廠系統(tǒng)與設(shè)備[M].北京：原子能出版社，2010.

作者簡介：陶殷勇（1987-），男，江蘇人，中核集團(tuán)三門核電有限公司助理工程師，研究方向：AP1000核島系統(tǒng)。

（責(zé)任編輯：蔣建華）endprint