核取樣系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化匯編及進(jìn)一步優(yōu)化探究

劉亞光 趙巍

中圖分類號(hào)：TM632 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)：A 文章編號(hào)：1674- 1145（2020）02- 155- 02

摘 要 本文結(jié)合某核電機(jī)組核取樣系統(tǒng)的最新設(shè)計(jì)，綜合梳理自機(jī)組引進(jìn)后核取樣系統(tǒng)的重要設(shè)計(jì)改進(jìn)，對(duì)改進(jìn)原因進(jìn)行分析，對(duì)改進(jìn)項(xiàng)的效果以及對(duì)后續(xù)工程的影響進(jìn)行總結(jié)，同時(shí)對(duì)部分?jǐn)M改進(jìn)項(xiàng)進(jìn)行可行性探索。旨在為核取樣系統(tǒng)合理的安全配置、便捷的取樣操作等方面提供建設(shè)性的思路和參考意見，并在滿足電廠水化學(xué)及放射性水化學(xué)樣品收集、檢測(cè)功能的基礎(chǔ)上，降低取樣操作的輻射水平提供可能的方案。

關(guān)鍵詞 核取樣 優(yōu)化匯編 優(yōu)化探究

一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明

核取樣系統(tǒng)可通過手動(dòng)或者自動(dòng)集中抽取供化學(xué)分析和放射性化學(xué)分析用的液體樣品和氣體樣品。

樣品從下列各系統(tǒng)抽?。?/p>

——反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)；

——廢液廢氣處理系統(tǒng)；

——蒸汽發(fā)生器二次側(cè)系統(tǒng)；

——其他輔助系統(tǒng)。

樣品被送往核取樣間和二次側(cè)取樣間。系統(tǒng)在功率運(yùn)行或熱備用期間，通過與插入限值有關(guān)的控制棒束位置來檢測(cè)硼濃度的快速變化。

在熱停堆、正常冷停堆、換料或維修停堆期間，對(duì)反應(yīng)堆冷卻劑硼濃度的連續(xù)監(jiān)測(cè)，指示了有效停堆裕量并允許對(duì)反應(yīng)堆冷卻劑誤稀釋進(jìn)行檢測(cè)。

該系統(tǒng)對(duì)排放前廢物特性的監(jiān)測(cè)，為環(huán)境保護(hù)提供了保證。

此外，該系統(tǒng)還具有很重要的事故后功能。它可以從反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)和安全殼噴淋系統(tǒng)收集高放射性的液體樣品，也可從蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)取樣，來檢查一次側(cè)向二次側(cè)可能的泄漏。因此，核取樣系統(tǒng)有助于事故的診斷和控制。

二、系統(tǒng)改進(jìn)

核取樣系統(tǒng)因樣品的放射性特性，其不同于一般的工業(yè)及化學(xué)工程的取樣操作。在核電機(jī)組引進(jìn)后，隨著運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累和發(fā)現(xiàn)的問題，設(shè)計(jì)方在新項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中以及在運(yùn)機(jī)組的運(yùn)行中，進(jìn)行了較多適應(yīng)性的修改，以下改進(jìn)為節(jié)選了部分較為典型的案例進(jìn)行敘述。

（一）增加作為穩(wěn)壓器汽相空間掃氣的通道的改進(jìn)

在停堆氧化的過程中，需要穩(wěn)壓器汽相進(jìn)行掃氫的操作，將穩(wěn)壓器的汽相空間的氫氣排到硼回收系統(tǒng)的前貯槽。因此利用了已有的對(duì)穩(wěn)壓器汽相空間的取樣通道，將氫氣通過取樣管線排向取樣終端。該改進(jìn)方便了掃氣期間的操作，在許多同類型的百萬機(jī)組中也得到了應(yīng)用。

在后續(xù)的工程中。可以在穩(wěn)壓器取樣管上新增一條支管直接連接到通風(fēng)柜。這樣減少了通過手套箱管線，同時(shí)也減少了手套箱的開孔。為優(yōu)化穩(wěn)壓器汽相空間的掃氣操作，通過在核取樣系統(tǒng)增設(shè)掃氣管線，將穩(wěn)壓器汽相的蒸汽排放到硼回收系統(tǒng)的前貯槽。

（二）增加人員防護(hù)和減少取樣污染的改進(jìn)

相分離器變更為移動(dòng)式氫分析儀的改進(jìn)。系統(tǒng)中的氣液相分離器的設(shè)置，是為了對(duì)已知體積的反應(yīng)堆冷卻劑樣品進(jìn)行脫氣，從而取得為實(shí)驗(yàn)室分析用的溶解氣體和脫過氣的水，主要用于反應(yīng)堆運(yùn)行期間溶解氫的分析，為溶解氫在線表的校準(zhǔn)提供依據(jù)。該裝置分析分析樣品的需要時(shí)間很長(zhǎng)，操作繁瑣。分析人員長(zhǎng)時(shí)間靠近裝置內(nèi)樣品易造成較多的輻射劑量。為解決上述問題采用了更為便捷的移動(dòng)式氫分析儀來進(jìn)行測(cè)量。該儀表具有便于攜帶，操作方便等特點(diǎn)。對(duì)于以后的工程，還應(yīng)繼續(xù)跟蹤溶解氫先進(jìn)的測(cè)量手段和測(cè)量方法。一旦新技術(shù)成熟，還應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行該類改進(jìn)。

（三）氣體取樣管線閥門改造

核取樣系統(tǒng)主要的高壓取樣管線上都設(shè)置了閉環(huán)調(diào)節(jié)閥以自動(dòng)調(diào)節(jié)取樣管線的壓力。但是項(xiàng)目引進(jìn)時(shí)供貨的減壓閥調(diào)節(jié)能力性能差，而且附近的取樣管線也布置不合理，影響操作。

在前期工程建設(shè)中，對(duì)閥門和取樣管線都進(jìn)行了改進(jìn)。但是由于取樣間空間有限，而且儀表和閥門國(guó)產(chǎn)化帶來了設(shè)置體積的增加。該改進(jìn)最終并未實(shí)施。在以后的工程中，隨著國(guó)產(chǎn)化設(shè)備的制造技術(shù)越來越高，對(duì)核取樣間的布置優(yōu)化仍是核取樣系統(tǒng)改進(jìn)的一個(gè)方向。

（四）流量計(jì)選型的改進(jìn)

REN系統(tǒng)的流量計(jì)在前期工程中采用了煤氣表式的流量計(jì)。但是性能較差。隨后在改造中選型采用了電磁式流量計(jì)。電磁流量計(jì)對(duì)電導(dǎo)率有一定的最小值要求。在調(diào)試運(yùn)行階段。由于電站啟動(dòng)初期特殊的除鹽水沖洗原因，電磁流量計(jì)在調(diào)試初期出現(xiàn)了不能讀數(shù)的情況。但是經(jīng)過最初的一段時(shí)間后，隨著電導(dǎo)率的提升，電磁流量計(jì)已能正常工作。該經(jīng)驗(yàn)對(duì)于以后工程的儀表選型有一定的經(jīng)驗(yàn)意義。

除去以上的一些改進(jìn)，還有一些因?yàn)楦鞣N原因取消的改進(jìn)。通過這些改進(jìn)嘗試，對(duì)核取樣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了方方面面的優(yōu)化。對(duì)于一些未達(dá)到理想效果的改進(jìn)也對(duì)核取樣系統(tǒng)的持續(xù)優(yōu)化提供了很好的指導(dǎo)意義，也為以后繼續(xù)類似的改進(jìn)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于以后的工程除了上述的改進(jìn)以外，還應(yīng)根據(jù)工程技術(shù)和測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，不斷優(yōu)化核取樣的手段和測(cè)量方式。使系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)一步優(yōu)化。

三、系統(tǒng)優(yōu)化探究

本文將結(jié)合先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室儀器，綜合考慮取樣系統(tǒng)方案配置，簡(jiǎn)化一回路反應(yīng)堆冷卻劑取樣方式。同時(shí)結(jié)合一回路水化學(xué)和放射性水化學(xué)的技術(shù)要求，統(tǒng)籌反應(yīng)堆冷卻系統(tǒng)、余熱排出系統(tǒng)、化學(xué)與容積控制系統(tǒng)取樣獲取的時(shí)機(jī)和樣品檢測(cè)的內(nèi)容，通過減少取樣管線、減少冷卻劑消耗、減少取樣產(chǎn)生的廢液、減小取樣間放射性水平等方面提高反應(yīng)堆冷卻劑取樣的先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性。

反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)取樣配置

2號(hào)環(huán)路SG上游、3號(hào)環(huán)路SG上游取樣管線用于在線自動(dòng)測(cè)量硼濃度，手動(dòng)測(cè)量殘?jiān)?、可溶性氣體、總的γ譜。測(cè)量目標(biāo)為監(jiān)測(cè)負(fù)反應(yīng)性余量、監(jiān)測(cè)反應(yīng)堆冷卻劑中的腐蝕產(chǎn)物、測(cè)量氣體中的總放射性、反應(yīng)堆冷卻劑中的H2含量。另外還用于事故后取樣，以檢查放射性、硼含量等，系統(tǒng)配置見圖1。

（一）干渣取樣管線優(yōu)化

目前實(shí)驗(yàn)室使用γ頻譜儀，可以直接對(duì)液體樣品的固體懸浮物質(zhì)進(jìn)行成分測(cè)量，所有低溫冷卻器上游的干渣取樣管線全部取消。

（二）2號(hào)、3號(hào)環(huán)路冗余優(yōu)化

在機(jī)組功率運(yùn)行時(shí)，硼表連續(xù)運(yùn)行連接在2號(hào)環(huán)路SG上游取樣管線上，3號(hào)環(huán)路SG上游取樣管線為備用管線。根據(jù)一回路化學(xué)規(guī)范，如果硼表不在線，需8小時(shí)手動(dòng)測(cè)量一次。在此工況下，核取樣系統(tǒng)設(shè)計(jì)匯編及進(jìn)一步優(yōu)化探究?jī)艋嫌闻饾舛扰c一回路內(nèi)成分相同，可以在化容系統(tǒng)凈化上游取樣管線上連接硼表，對(duì)此刪除3號(hào)環(huán)路取樣點(diǎn)及取樣管線的設(shè)置，在化容系統(tǒng)連接氫表的取樣管線上增加三通，連接硼表進(jìn)行硼濃度監(jiān)測(cè)，改進(jìn)方案見圖2：

（三）穩(wěn)壓器液相取樣管線優(yōu)化

穩(wěn)壓器液相取樣用于從熱停堆轉(zhuǎn)換到熱備用時(shí)，驗(yàn)證反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)和穩(wěn)壓器的硼濃度的一致性。余排系統(tǒng)熱交換器下游取樣點(diǎn)與該取樣管線共用，其功能為在冷停堆期間測(cè)量。為了防止反應(yīng)堆冷卻劑回路的誤稀釋，在啟動(dòng)余排系統(tǒng)系統(tǒng)之前比較余排系統(tǒng)和冷卻劑系統(tǒng)和硼濃度。該取樣管線在機(jī)組功率運(yùn)行期間，均處于隔離或備用狀態(tài)。根據(jù)水化學(xué)技術(shù)規(guī)范要求，可以將該取樣管的取樣功能與2號(hào)環(huán)路SG上游取樣管線及穩(wěn)壓器氣相取樣管線進(jìn)行優(yōu)化如下。即將余排系統(tǒng)換熱器下游取樣管線的取樣點(diǎn)放置在2號(hào)環(huán)路SG上游取樣管線上；將穩(wěn)壓器液相取樣管線與穩(wěn)壓器氣相管線共用，分別設(shè)置安全殼內(nèi)部隔離閥對(duì)兩個(gè)取樣點(diǎn)進(jìn)行隔離。優(yōu)化后方案見圖3。

四、結(jié)語(yǔ)

（一）取樣系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案以一回路水化學(xué)技術(shù)規(guī)范為設(shè)計(jì)依據(jù)，在充分考慮各取樣點(diǎn)投運(yùn)時(shí)機(jī)和實(shí)施頻率的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步整合系統(tǒng)資源，提高系統(tǒng)取樣管線的利用率。

（二）統(tǒng)籌實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)?zāi)芰εc取樣方案進(jìn)行綜合配置，結(jié)合先進(jìn)的試驗(yàn)設(shè)備，對(duì)取樣方式進(jìn)行優(yōu)化，加強(qiáng)了核取樣系統(tǒng)與核島實(shí)驗(yàn)室的匹配程度，節(jié)約了不必要的取樣資源，對(duì)于優(yōu)化系統(tǒng)的統(tǒng)籌配置具有良好的效應(yīng)。

（三）在簡(jiǎn)化配置的核取樣系統(tǒng)中，同時(shí)減化了機(jī)組運(yùn)行的取樣操作規(guī)程，降低了人員操作失誤，對(duì)機(jī)組運(yùn)動(dòng)的安全性有顯著提高。