中國(guó)先進(jìn)研究堆二次冷卻水輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)回路優(yōu)化改造

郎峪清 丁麗 劉金坡 李佳

摘 要：中國(guó)先進(jìn)研究堆（CARR）二次冷卻水輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是二次水自主換熱器出口總管和重水換熱器出口管取樣，水樣在經(jīng)過監(jiān)測(cè)分析后再流至重水換熱器出口，以監(jiān)測(cè)換熱器是否發(fā)生破損。在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)此系統(tǒng)主換熱器出口取樣流量幾乎為零，無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)在線監(jiān)測(cè)二次水中的放射性的功能，經(jīng)分析驗(yàn)證是由于主換熱器二次水出口總管壓力小于重水換熱器出口管壓力所致。2012年對(duì)二次水輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)回路進(jìn)行了改造，增加兩臺(tái)循環(huán)泵和排水回路，經(jīng)過一系列的調(diào)試和試運(yùn)行之后，驗(yàn)證該系統(tǒng)可在線連續(xù)監(jiān)測(cè)換熱器是否發(fā)生破損，很好的解決了此問題。

關(guān)鍵詞：二次水輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 調(diào)試 流量取樣 壓力 改造

中圖分類號(hào)：TP79 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）08（a）-0157-02

1 緒論

1.1 系統(tǒng)概述

中國(guó)先進(jìn)性研究堆（CARR）是一座反中子阱型池式研究堆。其中的二次水系統(tǒng)是用來將反應(yīng)堆正常運(yùn)行工況或預(yù)計(jì)運(yùn)行事件過程中各系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量通過冷卻水塔傳輸?shù)蕉嗡?，二次水通過冷卻水塔將熱量擴(kuò)散至最終熱阱-大氣。

二次水輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在反應(yīng)堆運(yùn)行期間在線連續(xù)監(jiān)測(cè)二次冷卻水中的放射性，用以判斷換熱器是否發(fā)生了破損，以方便工作人員及時(shí)獲取信息并采取措施，防止污染擴(kuò)散，保證公眾和工作人員的安全，是CARR輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。

1.2 改造前二次水輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1.2.1 回路監(jiān)測(cè)流程

在CARR的輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，二次冷卻水輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是在反應(yīng)堆運(yùn)行期間自二次水主換熱器出口總管和重水換熱器出口管取得水樣，水樣在經(jīng)過二次水輻射監(jiān)測(cè)回路放射性監(jiān)測(cè)分析后再流至離重水換熱器出口較遠(yuǎn)的管道上，通過水樣的放射性監(jiān)測(cè)來確定換熱器是否發(fā)生破損（見圖1）以監(jiān)測(cè)保護(hù)反應(yīng)堆安全。

1.2.2 排水流程

在反應(yīng)堆運(yùn)行停止之后原設(shè)計(jì)為打開V604將二次水監(jiān)測(cè)回路及探測(cè)部件中的殘水通過排水回路排向低放廢液存儲(chǔ)罐中。

2 回路的改造及優(yōu)化方案

2.1 取樣回路存在的問題

在CARR的回路和輻射防護(hù)系統(tǒng)調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，由于二次冷卻水輻射監(jiān)測(cè)回路取樣點(diǎn)的位置差異原因，致使主換熱器出口總管取樣點(diǎn)壓力小于重水換熱器出口管取樣點(diǎn)壓力較多，同時(shí)在不同的工況下，根據(jù)回路系統(tǒng)調(diào)試中的數(shù)據(jù)顯示，二次冷卻水輻射監(jiān)測(cè)回路取樣水口壓力：0.058MPa～0.073MPa（二臺(tái)二次水泵運(yùn)行）或0.155MPa～0.177MPa（四臺(tái)二次水運(yùn)行泵），取樣回路回水處壓力：0.191MPa～0.196MPa（雙二次水泵）或0.294MPa～0.3MPa（四臺(tái)二次水泵運(yùn)行）。

根據(jù)上述的情況和數(shù)據(jù)顯示，在原設(shè)計(jì)中二次水輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)本應(yīng)在主換熱器出口總管取樣點(diǎn)和重水換熱器出口總管取樣點(diǎn)這兩處分別取得二次水水樣，而在重水換熱器出口總管取樣點(diǎn)的壓力大于主換熱器出口取樣點(diǎn)壓力的狀態(tài)下，取得的二次水水樣可能會(huì)由的重水換熱器出口總管取樣點(diǎn)處開始分流，一部分逆流至主換熱出口總管取樣點(diǎn)而另一部分水樣流至二次水輻射監(jiān)測(cè)回路出口。（見圖1）

這樣就可能導(dǎo)致取樣回路自主換熱器出口總管的取樣流量幾乎為零，無法監(jiān)測(cè)主換熱器是否破損。

2.1.1 驗(yàn)證方案

為驗(yàn)證這一推論，而做出以下的驗(yàn)證方案。

操作：在二次水冷卻系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)下，同時(shí)打開主換熱器二次水取樣閥門和重水換熱器二次水取樣閥門，待二次水輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)回路流量穩(wěn)定后，這時(shí)緩慢的關(guān)閉重水換熱器二次水取樣閥門。

現(xiàn)象：在主換熱器二次水取樣閥門和重水換熱器二次水取樣閥門時(shí)回路流量顯示為2.7m3/h-2.8 m3/h，而在緩慢的關(guān)閉主換熱器二次水取樣閥門時(shí)回路流量顯示在2.8m3/h-3m3/h之間，回路流量反而有所增加。

結(jié)論：根據(jù)上述的情況和數(shù)據(jù)分析，在這種狀態(tài)下的水樣由重水換熱器出口總管取樣回路逆流至主換熱器出口總管取樣管一部分，故而在緩慢的關(guān)閉主換熱器二次水取樣閥門時(shí)二次水輻射監(jiān)測(cè)回路的總流量反而有所增加，另一部分水樣流至二次水輻射監(jiān)測(cè)回路出口。

根據(jù)以上情況說明二次水輻射監(jiān)測(cè)取樣回路自主換熱器出口總管的取樣流量幾乎為零，無法監(jiān)測(cè)主換熱器是否破損。

2.1.2 取樣回路的改造方案

為解決二次水輻射監(jiān)測(cè)回路的逆流問題，在經(jīng)過商討以后做出了兩套改造方案

方案一：在主換熱器取樣管和重水換熱器取樣管的出口匯總處加裝管道泵兩臺(tái)（一用一備）以增加取樣回路的壓力，再通過取樣管閥門控制流量大小，在主換熱器取樣管上加裝流量計(jì)監(jiān)測(cè)各個(gè)取樣管的流量大小。

方案二：在主換熱器取樣管之后加裝管道泵兩臺(tái)（一用一備），以增加主換熱器取樣管道壓力，通過管道泵后的閥門控制主換熱器取樣管流量并加裝流量計(jì)監(jiān)測(cè)取樣管道的流量。

由于主換熱器出口總管取樣點(diǎn)和重水換熱器出口總管取樣點(diǎn)的位置差異（分別在01子項(xiàng)三層和地下室一層），在第二套方案中如管道泵安裝在三層不便于日常的檢查以及操作，如安裝在一層則管道的改造的工作量較第一套方案多很多，且預(yù)留空間并不充裕，最終選擇第一套方案。

2.1.3 取樣回路的設(shè)備選取

在性能上不銹鋼管道泵的揚(yáng)程要滿足二次冷卻水輻射監(jiān)測(cè)回路取樣水口和取樣回路出水口的壓力差才能阻止水樣的回流。

在閥門和管道泵材質(zhì)上應(yīng)選用和二次水輻射監(jiān)測(cè)回路相同的材質(zhì)和口徑；

流量計(jì)的量程應(yīng)選用適合二次水輻射監(jiān)測(cè)回路流量。

在歸納了上述條件之后，最終選取ISG不銹鋼管道泵，水泵揚(yáng)程：32M；轉(zhuǎn)速：2900r/min；流量：2.53m/h；功率0.75KW；額定電流：1.64A；額定電壓：380V；頻率：50Hz；管道直徑：Φ25mm，閥門通徑：Φ25mm材質(zhì)為不銹鋼，流量計(jì)量程為03m/h～33m/h，其各項(xiàng)性能可以滿足使用要求。

流量分配：在滿足二次水監(jiān)測(cè)回路壓力之后，為分配和監(jiān)測(cè)主換熱器出口總管取樣口和重水換熱器出口總管取樣口的流量，需要加裝管道泵進(jìn)出口不銹鋼閥門和流量計(jì)，流量計(jì)加裝在主換熱器出口總管取樣管道上，通過主換熱器取樣出口閥和重水換熱器取樣出口閥門開度的大小來分別調(diào)節(jié)各個(gè)取樣管的流量和壓力，以達(dá)到主換熱器出口總管壓力和重水換熱器出口管壓力平衡。

不銹鋼管道泵供電：加裝配電箱一臺(tái)接入低壓供電回路中，在地下室的低壓回路電纜橋架中引出電纜，接入配電箱由配電箱中的電源開關(guān)控制不銹鋼管道泵的開關(guān)。

總加裝ISG不銹鋼管道泵兩臺(tái)（一用一備），不銹鋼球閥四個(gè)，流量計(jì)一臺(tái)，配電箱一臺(tái)，變更后取樣回路。（見圖2）

2.1.4 取樣回路的改造后的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)

（1）在二次水冷卻系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)下，打開管道泵的進(jìn)出口閥門后開啟一臺(tái)管道泵確認(rèn)管道泵運(yùn)行穩(wěn)定且沒有反轉(zhuǎn)的情況出現(xiàn)。

（2）打開并調(diào)整主換熱器二次水總管和重水換熱器二次水總管的取樣閥門開度，二次水輻射監(jiān)測(cè)回路流量顯示為33m/h，主換熱器二次水取樣管上的流量計(jì)顯示1.53m/h，滿足回路流量要求。

（3）緩慢的關(guān)閉重水換熱器二次水取樣閥門，期間主換熱器二次水取樣管上的流量計(jì)保持為1.43m/h～1.53m/h且波動(dòng)很小，二次水輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)流量顯示為1.53m/h。

（4）打開重水換熱器二次水取樣閥門，并關(guān)閉主換熱器二次水取樣閥門。這時(shí)主換熱器二次水總管取樣流量顯示為03m/h，二次水輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)流量顯示為1.53m/h。

（5）關(guān)閉二次水輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)其整個(gè)取樣回路進(jìn)行回路保壓試驗(yàn)?；芈芳訅旱?.37MPa，經(jīng)過10min之后回路壓力能很好的維持不變。

3 結(jié)論

這樣通過加裝的不銹鋼管道泵使二次冷卻水輻射監(jiān)測(cè)回路壓力增加，再通過主換熱器取樣出口閥和重水換熱器取樣出口閥門開關(guān)量的大小來分別調(diào)節(jié)各個(gè)取樣管的流量和壓力，以達(dá)到主換熱器出口總管壓力小于重水換熱器出口管壓力平衡。同時(shí)二次水輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)沒有逆流的情況出現(xiàn)，且回路的密封性檢驗(yàn)合格，達(dá)到了預(yù)期的改造目標(biāo)。

3.1 排水回路的優(yōu)化

在CARR停堆期間，為了二次冷卻水輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)儀器的維護(hù)及保養(yǎng)需將回路中的殘水排出，在停堆之后原設(shè)計(jì)為打開V604將回路及探測(cè)部件中的殘水通過排水回路排向低放廢液存儲(chǔ)罐中。

在后續(xù)的使用中發(fā)現(xiàn)：第一出于低放廢液罐容量的考慮，低放廢液儲(chǔ)存罐的容量為12m3在反應(yīng)堆運(yùn)行及停堆期間接收各個(gè)系統(tǒng)大量的廢液，系統(tǒng)儲(chǔ)存量有所緊張。第二出于經(jīng)濟(jì)性考慮，排放到低放系統(tǒng)的廢液后處理需要大量的資金。

為解決此問題，首先要對(duì)二次冷卻水輻射監(jiān)測(cè)回路中的水樣進(jìn)行分析，看是否只能排向低放廢液儲(chǔ)存罐中、

在通過高純鍺多道γ譜儀進(jìn)行取樣回路水樣與正常水樣的核素和活度的分析對(duì)比。得到的數(shù)據(jù)表明，在正常的反應(yīng)堆運(yùn)行狀態(tài)下二次水輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的水樣放射性活度低于低放廢液儲(chǔ)存系統(tǒng)要求的活度限值4×106Bq/L，在反應(yīng)堆運(yùn)行正常的狀態(tài)下回路中的殘水并不是只能排向低放廢液儲(chǔ)存系統(tǒng)，也可以和正常的本底水樣一起排向工業(yè)下水。

在這種情況下就可以增設(shè)一段新的排水回路，在反應(yīng)堆正常運(yùn)行到停堆之后可以通過新的排水回路把殘水排向工業(yè)下水。當(dāng)反應(yīng)堆異常或者發(fā)生事故停堆之后則可以通過原有的排水回路將殘水排向低放廢液儲(chǔ)存系統(tǒng)中。

排水回路管道選取的位置為兩個(gè)不銹鋼管道泵出口的匯總處，在整個(gè)二次冷卻水輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的最低點(diǎn)可以更好的排掉回路的殘留水。

優(yōu)化之后的排水回路（見圖3）。在通過一系列的回路改造和優(yōu)化并在排水回路安裝完畢之后，對(duì)其整個(gè)取樣回路進(jìn)行回路保壓試驗(yàn)?；芈芳訅旱?.37MPa，經(jīng)過10分鐘之后回路壓力能很好的維持不變。

在改造后打開V608、V609閥門和一臺(tái)不銹鋼管道泵，通過閥門開關(guān)量的大小調(diào)節(jié)兩個(gè)取樣回路的流量。通過流量表顯示雙取樣回路的流量可以達(dá)到幾乎一致，完成了預(yù)期改造的目標(biāo)。

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