浮動核電站REA和RCV除鹽器FMEA分析

閔遠勝 王亮 謝楊 全標 楊釗 梁鐵波 張玉龍

【摘 要】本文研究了浮動核電站REA和RCV除鹽器發(fā)生的預計運行事件、故障模式和影響，通過FMEA對提高除鹽器運行可靠性進行了分析并提出了建議。

【關鍵詞】離子交換樹脂；運行；可靠性

中圖分類號： TM623 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）33-0183-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.33.083

【Abstract】In this paper，the anticipated operational occurrence and failure mode effects of the REA and RCV demineralizer in floating nuclear power plant is studied，through FMEA，the operational reliability of the demineralizer is nalyzed and some improving suggestions are given.

【Key words】Ion-exchange resin； Operation； Reliability

0 引言

浮動核電站采用離子交換法對除鹽水供應系統(tǒng)（REA）補水和反應堆冷卻劑系統(tǒng)（RCS）凈化，以維持反應堆結構材料較低的腐蝕速率，為維持堆芯良好的傳熱條件提供有利的水化學環(huán)境，為保證第二道屏障的完整性提供有利支持。阿根廷[1]、美國[2]和西班牙[3]的核電站均曾發(fā)生離子交換器故障導致樹脂意外泄漏的運行事件，個別事件中離子交換樹脂在高溫和輻照條件下發(fā)生了降解，降解產物惡化了反應堆冷卻劑運行水質，增加了反應堆結構材料發(fā)生應力腐蝕破裂的風險。

本文通過開展浮動核電站REA和RCV除鹽器FMEA分析，進行了提高系統(tǒng)運行可靠性研究。

1 樹脂泄漏影響

阿根廷Embalse核電站曾發(fā)生大量混合離子交換樹脂進入一回路系統(tǒng)的事件，在停堆之前連續(xù)運行了六個小時。

美國Pilgrim沸水堆核電站1號機組的反應堆水凈化系統(tǒng)（RWCS）中的一臺樹脂床重新添加樹脂時出現(xiàn)故障，導致樹脂意外進入反應堆冷卻劑系統(tǒng)，輸入平均功率區(qū)段監(jiān)測（APRM）的系統(tǒng)流量偏離了停堆整定值，影響了安全系統(tǒng)執(zhí)行功能的能力。

西班牙在1980年發(fā)生了40升陽樹脂進入反應堆冷卻劑系統(tǒng)的事件，在1981年又發(fā)生200升～320升混合離子交換樹脂進入反應堆冷卻劑系統(tǒng)的事件。在發(fā)生上述事件以后，大約有四個月的時間反應堆冷卻劑的電導率持續(xù)處于較高水平。在對反應堆冷卻劑系統(tǒng)進行PWSCC檢查時發(fā)現(xiàn)，在裂紋區(qū)域和斷裂區(qū)域表面存在硫酸鹽，說明在較低應力區(qū)域發(fā)生了應力腐蝕破裂。共計20臺CRDM發(fā)生了應力腐蝕和晶間腐蝕，腐蝕裂紋表現(xiàn)為軸向裂紋和周向裂紋。

2 提高REA除鹽樹脂運行可靠性分析

為判別產品故障，尋找原因，開展REA除鹽樹脂運行FMEA，確定了影響樹脂運行的可靠性框圖[4]（見圖1），關鍵件是除鹽器濾帽和管道過濾器濾網。當上述兩個部件同時失效表現(xiàn)為多重故障，導致樹脂隨著上充通道進入反應堆導致非計劃停堆，能夠利用REN監(jiān)測反應堆冷卻劑水質異常發(fā)現(xiàn)。

采取的改進措施和建議見表1。

分析表明，表1中改進措施可以提高樹脂運行的固有可靠性。

3 提高RCV離子交換樹脂運行可靠性分析

開展RCV離子交換樹脂運行FMEA，確定了離子交換樹脂異常泄漏有兩種故障模式，并確定了每種故障模式的原因、現(xiàn)象、檢測方法，提出了預防措施建議。

3.1 除鹽器下部濾器和管道過濾器同時失效

除鹽器下部濾器和管道過濾器濾網同時失效，少量樹脂可能跟隨反應堆冷卻劑進入RCS導致非計劃停堆（見圖2），能夠利用REN監(jiān)測反應堆冷卻劑水質異常發(fā)現(xiàn)。

采取的檢測方法和措施建議見表2。

分析表明通過設置預防措施，能夠提高故障檢測和報警能力，減少樹脂進入RCS的概率。

3.2 RCV溫度異常升高

下泄熱交換器出口的RCV冷卻劑溫度意外達到或高于樹脂分解溫度，且超溫旁通閥聯(lián)鎖意外未投入，可能導致部分樹脂受熱分解的產物跟隨反應堆冷卻劑進入反應堆冷卻劑系統(tǒng)（參考圖2），能夠利用REN監(jiān)測反應堆冷卻劑水質異常發(fā)現(xiàn)。

采取的檢測方法和措施建議見表3。

在浮動式核電站運行期間，由于不可預見的故障可能導致下泄熱交換器出口溫度異常升高，除鹽器入口溫度計將發(fā)出超溫報警，終止故障進一步進展的手段是超溫三通旁通閥根據溫度信號自動關閉，切斷高溫冷卻劑流向凈化離子交換器。

4 結束語

通過開展浮動核電站REA和RCV除鹽器FMEA分析，對REA和RCV樹脂運行可靠性進行的研究認為：

（1）提出的預防REA樹脂泄漏的措施比較完善，能夠顯著提高REA除鹽樹脂運行的可靠性；

（2）提出的RCV流量報警、RCV除鹽器和管道過濾器設置壓差監(jiān)測裝置及報警的建議措施，能夠提高故障檢測和報警能力，從而可以進一步提高RCV離子交換器樹脂運行的可靠性。

【參考文獻】

[1]A.J.G Maroto，et.Corrosion Behaviour and Deposition of Crud on Zr-Alloys.IAEA-TECDOC-1128.

[2]Failure of Resin Demineralizer and Their Effects on Nuclear Power Plant Safety.

[3]Ingress of Resins Increases Potential for Stress Corrosion Cracking of Control Rod Drive Mechanism Penetrations.

[4]周正伐.可靠性工程基礎[M].北京：中國宇航出版社，2009.