核電廠LED水下照明裝置的應(yīng)用探討

莫非

中核國(guó)電漳州能源有限公司 福建漳州 363300

1 核電廠水下照明裝置的功能、結(jié)構(gòu)介紹

核電廠水下照明裝置安裝于核電廠換料水池、堆內(nèi)構(gòu)件堆放池、乏燃料水池壁上，在核反應(yīng)堆停堆換料期間、核燃料組件裝卸運(yùn)輸時(shí)提供照明，分為固定式和移動(dòng)式，且大部分為移動(dòng)式。相比于常規(guī)的裝置，核電廠水下照明裝置的使用環(huán)境中存在一定劑量的放射性，要求燈具透光罩在壽期內(nèi)白光吸收不高于5%。

水下照明裝置主要由燈具、提升機(jī)構(gòu)、失水保護(hù)裝置等組成。

燈具主要由燈頭、不銹鋼反光罩和保護(hù)罩等組成。根據(jù)燈具光源的不同目前有鹵鎢燈水下照明裝置和LED水下照明裝置，以下為分別簡(jiǎn)稱鹵鎢燈和LED燈[1]。

提升機(jī)構(gòu)：提升機(jī)構(gòu)是將燈具連接到其燈具支架上的裝置。提升機(jī)構(gòu)懸掛在水平支撐桿上，既可固定也可左右移動(dòng)位置。每套提升機(jī)構(gòu)上一般放置兩套燈具，既可同時(shí)開(kāi)啟，也可互作備用。

失水保護(hù)裝置：一般采用液位浮球，水位過(guò)低時(shí)觸發(fā)回路接觸器動(dòng)作而斷電。因?yàn)辂u鎢燈必須在水中點(diǎn)亮，否則燈具保護(hù)罩玻璃在鹵鎢燈產(chǎn)生的高溫下會(huì)破裂損壞，如果因此產(chǎn)生小異物落入乏燃料水池或換料水池內(nèi)將極難處理，甚至導(dǎo)致機(jī)組不能正常啟動(dòng)或安全穩(wěn)定運(yùn)行，產(chǎn)生較大經(jīng)濟(jì)損失。

2 環(huán)境條件和主要參數(shù)

換料水池、堆內(nèi)構(gòu)件堆放池、乏燃料水池的水溫≤50℃，最高80℃。

燈具主要參數(shù)：鹵鎢燈功率約1600W，壽命一般略高于1000小時(shí)；LED功率約200W，根據(jù)試驗(yàn)壽命高于20000小時(shí)，其他技術(shù)指標(biāo)兩種燈相當(dāng)。

3 鹵鎢燈和LED燈的比較分析

早期建成的國(guó)內(nèi)核電廠水下照明裝置多用進(jìn)口產(chǎn)品，設(shè)備、備件價(jià)格高，維護(hù)繁瑣，后續(xù)已被國(guó)產(chǎn)鹵鎢燈取代。近年來(lái)隨著LED照明產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，目前已有國(guó)產(chǎn)LED燈問(wèn)世，并在某核電廠小批量試用，反饋較好。下面比較兩種裝置，各示優(yōu)缺[2]。

前提：①國(guó)內(nèi)核電廠絕大部分為壓水堆機(jī)組，僅考慮壓水堆機(jī)組。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)核電廠水下照明裝置的工作制，壓水堆機(jī)組一般在接換料操作期間點(diǎn)亮。②水下照明裝置絕大部分故障為光源損壞，而光源與燈具的備件費(fèi)用相當(dāng)，所以僅比較燈具使用的費(fèi)用。③相比鹵鎢燈，LED燈體積更小，其他結(jié)構(gòu)幾乎沒(méi)有差異，且安裝位置不變，所以在燈具光通量相當(dāng)?shù)那闆r下工作面照度值變化不大。

3.1 經(jīng)濟(jì)性

以目前國(guó)內(nèi)核電建造數(shù)量最多的M310改進(jìn)型壓水堆機(jī)組為例，統(tǒng)計(jì)某核電機(jī)組的3個(gè)換料大修周期（每個(gè)周期約1年）維護(hù)情況，總共42盞約更換21盞。1個(gè)換料大修周期內(nèi)鹵鎢燈的大致工作時(shí)間見(jiàn)下表：

即1個(gè)換料大修周期每盞燈平均點(diǎn)亮?xí)r間約為：（312+420+504）÷42×24≈706小時(shí)，需要說(shuō)明的是由于實(shí)際使用中頻繁開(kāi)關(guān)鹵鎢燈會(huì)造成光源故障損壞，所以部分鹵鎢燈的實(shí)際使用壽命會(huì)低于1000小時(shí)。

假設(shè)每盞鹵鎢燈的采購(gòu)價(jià)為A，根據(jù)實(shí)際采購(gòu)情況，光源或燈具備件的價(jià)格一般與首次購(gòu)買時(shí)相當(dāng)，從使用第二年開(kāi)始計(jì)算當(dāng)年Y的鹵鎢燈的總費(fèi)用F為：F=42×A+（Y-1） ×21×A。

目前國(guó)產(chǎn)LED燈的價(jià)格約為3．5A，則水下照明裝置使用LED燈時(shí)一次性投入的費(fèi)用f為：f=3．5A×42=147A，相比即是鹵鎢燈第6年的使用總費(fèi)用。另外，估算每盞LED燈可以使用的大修換料周期為：20000÷706≈28，雖然現(xiàn)實(shí)情況中燈具使用28個(gè)大修換料周期而不損壞的情況較難出現(xiàn)，但以上計(jì)算可見(jiàn)長(zhǎng)期使用，LED燈的經(jīng)濟(jì)性要更好。

3.2 節(jié)能增效

一個(gè)換料大修期間每盞燈的點(diǎn)亮?xí)r間706小時(shí)，每盞LED燈相比鹵鎢燈功率低1400W，則一臺(tái)機(jī)組一個(gè)換料大修周期LED燈可節(jié)能：706×1400×42=41512．8kW·h，按核電機(jī)組標(biāo)桿電價(jià)0．42元計(jì)，節(jié)能電量送入電網(wǎng)后每個(gè)換料周期粗略估算可產(chǎn)生約17435元效益，而核電廠一般建造4臺(tái)機(jī)組甚至6臺(tái)機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組節(jié)能增效相加將產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 維護(hù)工作量

換料大修期間換料水池、堆內(nèi)構(gòu)件池水深均約12米，乏燃料水池水深也長(zhǎng)期維持在約12米，由于提升機(jī)構(gòu)的安裝在池壁上，故障燈具的更換維修時(shí)需工作人員鉆出池邊圍欄空隙，爬在池邊探出上半身向下操作，屬核電廠高風(fēng)險(xiǎn)臨邊作業(yè)，而池水由于具有一定的放射性，撈出燈具時(shí)需注意，以免池水接觸到人體而引起工作人員沾污，進(jìn)一步提高了工作風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)際操作中，故障燈具一般整體更換，從取得工作許可證到歸還工作許可證最少需2名熟練工作人員耗時(shí)0．5天，21盞燈則需耗費(fèi)10．5人·天，還未考慮后續(xù)可能存在的更換光源的工作量，相對(duì)而言LED燈更換維修量更低從而有效減少維護(hù)工作量，且明顯降低工作安全風(fēng)險(xiǎn)[3]。

3.4 放射性廢物量

如前所述，燈具在池水中工作，故障撈出時(shí)不可避免放射性池水會(huì)附著于燈具表面，如果考慮更換故障光源，需要先對(duì)燈具進(jìn)行去污，將產(chǎn)生一定量的放射性廢水；如果考慮棄用故障燈具，則整個(gè)燈具都將變成固體放射性廢物，運(yùn)往專門(mén)廠房進(jìn)行固化處理存放，上述兩種方式都將產(chǎn)生放射性廢物，而核電廠產(chǎn)生的放射性廢物量是有限制的，處理儲(chǔ)存也需要成本，所以更換維修量更低的LED燈更能降低放射性廢物的產(chǎn)生量，降低廢物的處理存放成本。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)上述比較分析，從長(zhǎng)期使用來(lái)看，LED燈水下照明裝置的經(jīng)濟(jì)性更好，有一定節(jié)能增效作用，能夠有效降低維護(hù)工作量和工作安全風(fēng)險(xiǎn)，產(chǎn)生更少的放射性廢物。另外，考慮到LED照明產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，后續(xù)LED燈的成本將進(jìn)一步降低，從而使LED水下照明裝置具有更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。