方家山核電廠放射性熱點(diǎn)淺析

王 超 周辰昊 黃 昊

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

0 前言

壓水堆型核電站的放射性幾乎全部來自反應(yīng)堆裝載燃料組件的活性區(qū)域。 隨著核電站的運(yùn)行，腐蝕活化產(chǎn)物不斷沉積在主系統(tǒng)及其輔助系統(tǒng)的設(shè)備、閥門、管道內(nèi)壁，形成一些放射性較強(qiáng)（接觸劑量率大于房間環(huán)境劑量率3 倍，且絕對值超過500 μSv/h）的點(diǎn)或局部位置， 常稱之為放射性熱點(diǎn)。 這些熱點(diǎn)放射性水平較高、不易消除，是核電廠部分廠房或區(qū)域輻射水平升高的主要原因， 也是造成放射性熱點(diǎn)區(qū)域檢修人員輻射劑量較高的重要因素， 且因熱點(diǎn)輻射影響區(qū)域范圍較大，受照人群相對較大，雖個(gè)人劑量不大，但這種大區(qū)域、大人群、小劑量的累積，也是核電廠集體劑量的主要貢獻(xiàn)來源，同時(shí)通過周期性熱點(diǎn)的來源分析，能對機(jī)組的運(yùn)行或維修提出改進(jìn)，避免或減少熱點(diǎn)的產(chǎn)生。

1 方家山機(jī)組放射性熱點(diǎn)現(xiàn)狀

1.1 方家山機(jī)組日常運(yùn)行期間放射性熱點(diǎn)整體情況

方家山機(jī)組截至2020 年5 月， 共計(jì)放射性熱點(diǎn)為24 個(gè)，對應(yīng)的系統(tǒng)占比情況如表1 所示。

表1 方家山機(jī)組日常運(yùn)行期間放射性熱點(diǎn)系統(tǒng)占比

1.2 方家山機(jī)組大修期間RX 廠房內(nèi)放射性熱點(diǎn)整體情況

方家山機(jī)組OT104/204 大修， 兩機(jī)組R 廠房共計(jì)放射性熱點(diǎn)為55 個(gè)，對應(yīng)的系統(tǒng)占比情況如表2 所示。

1.3 方家山機(jī)組放射性熱點(diǎn)管理現(xiàn)狀

（1）目前沒有針對核電廠典型放射性熱點(diǎn)的優(yōu)化和管控，沒有進(jìn)行系統(tǒng)的、成體系的研究。

（2）核電廠對于放射性熱點(diǎn)管理更多關(guān)注放射性熱點(diǎn)產(chǎn)生后如何進(jìn)行及時(shí)有效的處理，缺少減少放射性熱點(diǎn)沉積的前期工作，特別是缺少從設(shè)計(jì)和設(shè)備安裝開始的成體系的參與或控制。

（3）放射性熱點(diǎn)產(chǎn)生后的處理流程在公司管理程序中有明確的規(guī)定，但缺少細(xì)化的可操作的完整流程。

（4）放射性熱點(diǎn)的數(shù)量相對較多，對集體劑量的貢獻(xiàn)較大，影響機(jī)組整體區(qū)域輻射指數(shù)。

2 方家機(jī)組放射性熱點(diǎn)沉積原理分析

2.1 設(shè)計(jì)不夠合理，導(dǎo)致系統(tǒng)放射性熱點(diǎn)沉積

對部分系統(tǒng)中可能流經(jīng)放射性較高介質(zhì)的系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)上存在不足， 導(dǎo)致現(xiàn)場出現(xiàn)放射性沉積熱點(diǎn)，常見情況是在標(biāo)高較低的區(qū)域設(shè)備呈向下的U 形結(jié)構(gòu)、盲道、接合部、彎頭處或一些試驗(yàn)盲管設(shè)置在標(biāo)高較低或管道底部導(dǎo)致放射性熱點(diǎn)沉積。 例如：安全殼噴淋系統(tǒng)熱點(diǎn)、系統(tǒng)疏排水管道等。

2.2 設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜或不合理， 導(dǎo)致放射性熱點(diǎn)沉積

部分設(shè)備由于其本身設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，導(dǎo)致放射性熱點(diǎn)容易沉積， 常見情況是系統(tǒng)熱交換器。例如：RCV 再生熱交換器、RCV 非再生和軸封水熱交換器、REN002RF 熱交換器等。

2.3 系統(tǒng)內(nèi)部本身放射介質(zhì)輻射水平高， 產(chǎn)生放射性熱點(diǎn)

部分化學(xué)容積控制系統(tǒng)的管道在過濾器和凈化床的前端，系統(tǒng)中介質(zhì)輻射水平較高的情況，但是由于管道屏蔽設(shè)計(jì)不充分，現(xiàn)場放射性熱點(diǎn)產(chǎn)生。例如：NB223 房間RCV 下泄管道。

2.4 操作不規(guī)范或異常，導(dǎo)致放射性熱點(diǎn)沉積

部分涉及放射性水平較高的疏水隔離或其他操作，在操作過程中未進(jìn)行有效的疏排水，或者運(yùn)行控制方式不恰當(dāng)，導(dǎo)致現(xiàn)場放射性熱點(diǎn)沉積。 常見情況是RCV 過濾器更換后隔離疏水導(dǎo)致熱點(diǎn)沉積，TES廢樹脂或濃縮液罐高放射介質(zhì)儲(chǔ)存導(dǎo)致下游閥門熱點(diǎn)沉積。 例如：2RPE491VP 核島輸水排氣管道、2RPE926VD 核島輸水排氣管道等。

2.5 屏蔽設(shè)計(jì)不合理引起放射性熱點(diǎn)產(chǎn)生

對系統(tǒng)中介質(zhì)放射性比活度相對較高的管道，在其結(jié)構(gòu)復(fù)雜或閥門較多的區(qū)域，應(yīng)該在設(shè)計(jì)過程中予以考慮，設(shè)備永久的屏蔽或者單獨(dú)作為房間僅在檢修的時(shí)間窗口才考慮人員的防護(hù)。例如：M310 機(jī)組典型的區(qū)域是NA214，NB224 房間的化學(xué)容積控制系統(tǒng)閥門間，NA213、NB223 房間的REA011 過濾器屏蔽薄弱， 以及K216、K256 房間的乏池冷卻凈化系統(tǒng)相關(guān)管道和閥門間，不應(yīng)該設(shè)計(jì)在人員經(jīng)常性經(jīng)過的區(qū)域。

3 管理措施

放射性熱點(diǎn)產(chǎn)生的原因分為熱粒子沉積和系統(tǒng)中放射性介質(zhì)的輻射水平高，其中絕大部分情況是放射性熱粒子沉積，其沉積原因主要是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)行或操作不當(dāng)?shù)纫蛩亍７派湫詿狳c(diǎn)因其形成原因、運(yùn)行工況、所屬系統(tǒng)、輻射水平、影響范圍、危害程度等不一樣，處理的方式也并不能一概而論，針對機(jī)組放射性熱點(diǎn)的現(xiàn)狀和放射性熱點(diǎn)的沉積原理，可以從以下幾個(gè)方面入手加強(qiáng)管控:

（1）長周期跟蹤，大數(shù)據(jù)分析，建立典型放射性熱點(diǎn)的系列清單；

（2）建立典型放射性熱點(diǎn)的專項(xiàng)分析、處理制度；

（3）結(jié)合現(xiàn)場實(shí)踐，采取放射性熱點(diǎn)優(yōu)化控制措施；

（4）建立可能產(chǎn)生放射性熱點(diǎn)區(qū)域的管控或沖洗方案；

（5）放射性熱點(diǎn)難題通過技術(shù)變更方式進(jìn)行優(yōu)化；

（6）對標(biāo)同類型機(jī)組放射性熱點(diǎn)情況，吸收和借鑒外部良好實(shí)踐。

4 周期性熱點(diǎn)成因分析及對策

方家山機(jī)組輻射熱點(diǎn)絕大多數(shù)是都為永久性熱點(diǎn)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)周期性熱點(diǎn)為PTR601/602VB(換料水池排水閥) 和RCP121/221/321VP （1/2/3 環(huán)路冷段中壓安注逆止閥）兩處，現(xiàn)對其成因進(jìn)行分析。

4.1 PTR601/602VB 處熱點(diǎn)

4.1.1 成因分析

PTR601VB 和PTR602VB 為換料水池和堆內(nèi)構(gòu)件池排水閥，該閥為球形閥，用于排掉池底最后剩余殘水， 正常時(shí)為關(guān)閉狀態(tài)， 僅在裝卸料后水池用PTR005PO 排水后，需要排掉池底殘水時(shí)使用。

在裝卸料過程中，由于換料水池中的水與冷卻劑系統(tǒng)的水相互交互， 且燃料元件上也有熱粒子脫落，導(dǎo)致水池底部殘水中含有大量熱粒子，當(dāng)殘水通過池底濾網(wǎng)時(shí)大多數(shù)體積較大的熱粒子被攔截，體積較小的熱粒子通過濾網(wǎng)空隙隨著殘水一同流經(jīng)PTR601/602VB 排往核島疏水排氣系統(tǒng)。 流程如圖1 所示。

圖1 PTR601/602VB 流程圖

由于現(xiàn)場PTR601/602VB 下方管線是開放管線，殘水經(jīng)過PTR601/602VB 進(jìn)入一個(gè)小漏斗收集后，才排入核島疏水排氣系統(tǒng)（見圖2）。 由于漏斗下方管線管徑僅有21mm， 導(dǎo)致疏水較慢， 如果漏斗上方PTR601/602VB 閥門全開會(huì)導(dǎo)致漏斗處滿水溢流，造成地面污染，因此排水時(shí)PTR601/602VB 一般僅有三分之一開度。 較小開度導(dǎo)致熱粒子在閥門處沉積形成熱點(diǎn)。

圖2 現(xiàn)場圖片

4.1.2 對策

通過變更， 將盲板后小頭不經(jīng)過PTR601/602VB及原有核島疏排管線，直接連接在新排水管線上，新排水管線包括過濾器、排水泵及排水管，通過新排水管線直接通往核島疏水排氣系統(tǒng)地坑。這樣可有效避免熱粒子在PTR601/602VB閥門處沉積，產(chǎn)生放射性熱點(diǎn)。

4.2 RCP121/221/321VP 處熱點(diǎn)

4.2.1 成因分析

RCP121/221/321VP 分別為1/2/3 環(huán)路冷段中壓安注逆止閥，三個(gè)閥門均與一回路冷段相連接，作為中壓安注系統(tǒng)注入壓力容器的最后一道閥門，流程如圖3 所示。正常運(yùn)行時(shí)一回路中的腐蝕活化產(chǎn)物隨著一回路冷卻劑循環(huán)至閥門后端沉積， 形成放射性熱點(diǎn)。 大修時(shí)由于余熱排出系統(tǒng)返回管線在RCP121/321VP 上游， 在余熱排出系統(tǒng)投入后， 對RCP121/321VP 處沉積的腐蝕活化產(chǎn)物有一定的沖刷作用，促使RCP121/321VP 處的熱點(diǎn)劑量率有一定的降低。

4.2.2 對策

中壓安注系統(tǒng)在一回路壓力1.5MPa 時(shí)， 進(jìn)行隔離，防止中壓安注箱中的氮?dú)膺M(jìn)入一回路，影響一回路自然循環(huán)。 可以考慮， 在一回路壓力降至1.5MPa后， 適當(dāng)短暫開啟中壓管線電動(dòng)隔離閥（RIS001/002/003VP）。 用部分中壓安注箱中的干凈硼酸溶液對RCP121/221/321VP 閥門沉積熱點(diǎn)進(jìn)行沖洗， 這樣既可以有效降低大修時(shí)RCP121/221/321VP 處熱點(diǎn)劑量率水平，也不會(huì)造成氮?dú)膺M(jìn)入一回路影響自然循環(huán)。

圖3 RCP121/221/321VP 相關(guān)流程圖

5 結(jié)論

方家山機(jī)組的放射性熱點(diǎn)眾多，通過分析熱點(diǎn)成因有各方面的影響因素，目前絕大多數(shù)采用的是熱點(diǎn)屏蔽的處理方式， 今后需多從源項(xiàng)和系統(tǒng)運(yùn)行出發(fā)，分析出熱點(diǎn)沉積原因，通過系統(tǒng)沖洗或改變運(yùn)行方式等手段來減少機(jī)組放射性熱點(diǎn)數(shù)量，解決電廠的實(shí)際難題，為行業(yè)輻射防護(hù)業(yè)績提升提供助力。