方家山核電（M310）機(jī)組一回路換水除鋰降氚實(shí)踐

陳聶斌 張文興 秦建華 謝 崢

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽314300）

1 概述

1.1 方家山機(jī)組一回路換水除鋰降氚實(shí)施背景

方家山機(jī)組化學(xué)和放射化學(xué)控制遵循《方家山核電廠化學(xué)和放射化學(xué)技術(shù)規(guī)范》，該規(guī)范規(guī)定機(jī)組反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)氚比活度期望值為：＜15 000MBq/t，但方家山機(jī)組自功率運(yùn)行以來(lái)，每個(gè)燃料周期運(yùn)行不到一個(gè)月主冷卻劑系統(tǒng)氚比活度就超出期望值，特別是在C4長(zhǎng)燃料循環(huán)期間1號(hào)機(jī)組氚最高為85 000MBq/t，2號(hào)機(jī)組氚最高為65 000MBq/t，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出規(guī)范中規(guī)定的期望值。

技術(shù)規(guī)范中之所以控制主冷卻劑系統(tǒng)中氚的期望值，是因?yàn)樵跈C(jī)組換料大修期間，主冷卻劑系統(tǒng)將與反應(yīng)堆換料水池和乏燃料水池冷卻和處理系統(tǒng)相連通，屆時(shí)反應(yīng)換料水池內(nèi)均為含氚冷卻劑，換料水池內(nèi)含氚水會(huì)揮發(fā)至反應(yīng)堆廠房中，造成反應(yīng)堆廠房空氣中氚的比活度升高。根據(jù)（GB18871——2002）《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，方家山機(jī)組廠房導(dǎo)出空氣濃度限值為4.00E5Bq/m3，方家山機(jī)組反應(yīng)堆廠房總體積49 400m3，RX廠房總的氚活度限值為1.976E10Bq。機(jī)組在燃料循環(huán)末期，冷卻劑系統(tǒng)內(nèi)氚會(huì)逐步降低，停堆時(shí)冷卻劑系統(tǒng)氚含量約5.0E9Bq/m3，換料水箱隨著燃料循環(huán)的增加，其冷卻劑氚比活度將與主冷卻劑系統(tǒng)一致，在此按5.0E9Bq/m3計(jì)算，如RX廠房?jī)?nèi)空氣不流通，氚活度達(dá)到限值時(shí)，冷卻劑約需揮發(fā)4 m3，但實(shí)際工作中現(xiàn)場(chǎng)RX廠房持續(xù)通風(fēng)換氣，所以雖然主冷卻劑會(huì)揮發(fā)，廠房?jī)?nèi)空氣氚比活度并不會(huì)達(dá)到限值。

調(diào)查發(fā)現(xiàn):主冷卻劑系統(tǒng)氚超出期望值的情況，可以通過(guò)換水的方式消除異常。同時(shí)，機(jī)組氚長(zhǎng)期累積可能造成反應(yīng)堆運(yùn)行后期排放突破NNSA審管限值的風(fēng)險(xiǎn)，所以利用機(jī)組每年的排放指標(biāo)，降氚成為方家山機(jī)組的必然選擇。此外，隨著反應(yīng)堆運(yùn)行，主冷卻劑中10B會(huì)因與中子反應(yīng)消耗，使得主冷卻劑中硼濃度分析值與設(shè)計(jì)值產(chǎn)生偏差，通過(guò)換水可以補(bǔ)充新鮮的含硼水，有利于主冷卻劑保持較高的10B豐度，避免反應(yīng)性控制誤差。

1.2 方家山機(jī)組氚排放限值

國(guó)標(biāo)（GB6249——2011）《核動(dòng)力廠環(huán)境輻射防護(hù)規(guī)定》6.2節(jié)指出：核動(dòng)力廠必須按每堆實(shí)施放射性流出物年排放總量的控制，對(duì)于3 000MW熱功率的反應(yīng)堆，其氚排放控制值為7.5E+13Bq/a。方家山機(jī)組為2臺(tái)約2 800MW熱功率反應(yīng)堆，故機(jī)組氚年排放控制值約14E+13Bq/a（約0.39g氚），而秦山核電遵循“可合理達(dá)到的盡量低”的原則，方家山機(jī)組氚排放年度管理目標(biāo)值均遠(yuǎn)小于審管部門控制值。

2 換水除鋰降氚實(shí)施

2.1 實(shí)施過(guò)程

方家山1、2號(hào)機(jī)組分別于C4燃料循環(huán)2018年6月7日和6月22日開(kāi)始采用換水除鋰的方式降氚，此時(shí)主冷卻劑系統(tǒng)氚比活度遠(yuǎn)超過(guò)期望值15 000 MBq/t，換水后氚比活度開(kāi)始明顯下降。

隨著這種除鋰方式實(shí)施，它也帶來(lái)了一定的問(wèn)題，每天的換水除鋰操作增加了運(yùn)行人員處理廢水和制硼工作負(fù)擔(dān)，主系統(tǒng)廢水被排出后，增加廢水除氣分離的操作，硼酸儲(chǔ)存罐REA004BA日常消耗本來(lái)不多，由于換水操作導(dǎo)致日消耗量增加，如果突發(fā)瞬態(tài)需要大量消耗硼酸，可能導(dǎo)致REA004BA硼酸儲(chǔ)存罐液位過(guò)低，違反技術(shù)規(guī)范要求，此外該項(xiàng)任務(wù)導(dǎo)致除鹽除氧水消耗量增加。

根據(jù)方家山機(jī)組運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)機(jī)組開(kāi)始運(yùn)行至氚比活度達(dá)到30 000~40 000 MBq/t時(shí)，即達(dá)到峰值，此后，氚的日產(chǎn)生量和運(yùn)行日常補(bǔ)水操作氚排出量達(dá)到平衡，當(dāng)機(jī)組硼濃度小于300 ppm時(shí)，運(yùn)行日常補(bǔ)水氚排出量大于氚日產(chǎn)生量，主冷卻劑內(nèi)氚比活度開(kāi)始加速下降。1號(hào)和2號(hào)機(jī)組C4循環(huán)采用換水除鋰方式（見(jiàn)圖1和圖2）后，起初換水效果十分明顯，但隨著硼濃度降低運(yùn)行日補(bǔ)水量增加，換水后氚比活度下降速率大大降低，此時(shí)氚比活度在25 000MBq/t左右。

圖1 1號(hào)機(jī)組C4燃料循環(huán)氚比活度變化趨勢(shì)

圖2 2號(hào)機(jī)組C4燃料循環(huán)氚比活度變化趨勢(shì)

為此化學(xué)處制定了改進(jìn)措施，以緩解運(yùn)行工作壓力，調(diào)整主冷卻劑氚比活度控制值為30 000MBq/t，當(dāng)主冷卻劑氚比活度接近30 000MBq/t時(shí)采用換水除鋰方式，但每周換水不超過(guò)2次，根據(jù)氚活度的下降速度，中后期調(diào)整到1次/周，當(dāng)氚比活度小于25 000MBq/t后停止換水。

下圖3為方家山2號(hào)機(jī)組采用改善措施后C5燃料循環(huán)氚比活度變化趨勢(shì)。氚比活度控制在期望值和控制值之間，實(shí)現(xiàn)了有效控制，同時(shí)降低了運(yùn)行的操作負(fù)擔(dān)和帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

圖3 2號(hào)機(jī)組C5燃料循環(huán)氚比活度變化趨勢(shì)

2.2 實(shí)施效果

2.2.1 除鋰效果方家山機(jī)組鋰的控制始終滿足《方家山機(jī)組化學(xué)控制》——硼鋰協(xié)調(diào)曲線的要求。

2.2.2 降氚效果

方家山機(jī)組2018年開(kāi)始采用換水除鋰的方式降氚，2018年后機(jī)組液態(tài)氚排放總量有所上升，但增加的排放量并未造成實(shí)際排放量突破公司年度管理目標(biāo)值，歷年總排放量均不及審管限值一半。

3 結(jié)語(yǔ)

方家山機(jī)組為壓水堆，主冷卻劑系統(tǒng)內(nèi)氚在燃料循環(huán)期間均包容在各系統(tǒng)內(nèi)，氚輻射屬于β射線類型，從輻射防護(hù)角度觀察，主冷卻劑系統(tǒng)內(nèi)氚過(guò)高，在廠房?jī)?nèi)可能對(duì)工作人員產(chǎn)生吸入的輻射風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)換水除鋰排氚的方式，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組鋰的有效控制，有效降低了運(yùn)行期間一回路的氚比活度。通過(guò)制定換水操作的改進(jìn)措施，在氚比活度得到有效控制基礎(chǔ)上，減輕了運(yùn)行的操作負(fù)擔(dān)和帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。