核電站大修卸料前反應(yīng)堆水池水質(zhì)渾濁原因分析

蔣磊， 尹龍江， 胡紫龍

(遼寧紅沿河核電有限公司， 遼寧 大連， 116000)

某核電站機(jī)組第5次大修卸料前反應(yīng)堆水池充滿水后出現(xiàn)水質(zhì)渾濁現(xiàn)象，水池面存在大量油膜狀漂浮物，影響控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)脫扣和卸料工作，此次水池渾濁事件為該機(jī)組下行時首次出現(xiàn)。

已有的經(jīng)驗表明，反應(yīng)堆水池渾濁主要發(fā)生在上行裝料前，其主要原因為長周期試驗、一回路開口檢修引入以及壓力容器底部存在雜質(zhì)[1]。

1 反應(yīng)堆水池渾濁前操作

機(jī)組大修時從解列后正常下行至反應(yīng)堆水池滿水，經(jīng)過插棒降功率、硼化至熱停堆模式，此后經(jīng)過一回路硼化和降溫降壓、連接余熱排出(RRA)系統(tǒng)、氧化凈化、停主泵等操作進(jìn)入維修停堆模式，在此模式下進(jìn)行反應(yīng)堆壓力容器直接開大蓋工作，開大蓋工作結(jié)束后充水至反應(yīng)堆滿水。

1.1 運行主要操作

機(jī)組從解列至反應(yīng)堆開蓋前，機(jī)組按照正常程序進(jìn)行一回路降溫降壓、注入硼酸進(jìn)行硼化、運行相關(guān)試驗、氧化凈化等操作，先后進(jìn)入蒸汽發(fā)生器冷卻正常停堆模式、RRA系統(tǒng)冷卻正常停堆模式、維修停堆模式，期間未引入水質(zhì)混作的變量。

1.2 開蓋操作

機(jī)組處于維修停堆模式時進(jìn)行反應(yīng)堆壓力容器開大蓋操作，使用螺栓拉伸機(jī)進(jìn)行自動擰出螺栓時，發(fā)生螺栓卡涉啟動手動擰螺栓預(yù)案后，仍有一個螺栓無法取出。后決策取走卡涉螺栓的螺母，保持螺栓現(xiàn)狀，起吊大蓋反應(yīng)堆水池充水，卸料后再進(jìn)行處理。

考慮殘留在螺栓和螺栓孔中的化學(xué)試劑，包括螺栓松動劑WD40和Lubricating Oil(簡稱“黑水”)無法清理，安排加工專用工具對可能溢流化學(xué)試劑的開口進(jìn)行封堵。開口有兩處，一處為螺栓頂部開口(與松動劑出入口為同一開口)；一處為螺栓與螺孔上端面接口處(后文統(tǒng)稱“螺栓與螺孔縫隙“)。但螺栓與螺孔縫隙難以有效封堵，并且有充水過程中封堵工具落入堆芯的風(fēng)險。后決定，為盡快離開法蘭面水位使堆芯處于更安全的狀態(tài)，不再對螺栓與螺孔縫隙進(jìn)行封堵，繼續(xù)開蓋充水工作。

此后反應(yīng)堆水池充水至19.5 m后出現(xiàn)水質(zhì)渾濁現(xiàn)象，同時反應(yīng)堆水池水面存在沫狀漂浮物，影響控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)脫扣等后續(xù)工作。

1.3 過程分析

在本次大修中，卡涉螺栓未擰出，留在壓力容器上，開蓋過程中向螺孔中注入了“WD40”和“黑水”，卡涉螺栓的螺孔中存在此兩種物質(zhì)，在反應(yīng)堆水池充水時存留在螺孔中，同時未完全封堵，該過程引入了變量。

2 引起水質(zhì)渾濁的物質(zhì)來源分析

2.1 反應(yīng)堆水池充水水源分析

反應(yīng)堆水池中的水即為主回路水，主要作用為在反應(yīng)堆燃料進(jìn)行鏈?zhǔn)椒磻?yīng)時慢化中子、對反應(yīng)性進(jìn)行控制、對主回路進(jìn)行壓力控制及對主系統(tǒng)具有放射性屏蔽作用等[2]。反應(yīng)堆水池主要水源來自換料水箱，為保障大修期間反應(yīng)堆水池水質(zhì)良好，大修前對換料水箱進(jìn)行48 h循環(huán)凈化，凈化后其濁度為0.098 NTU，符合凈化預(yù)期，水質(zhì)良好。排除反應(yīng)堆充水水源對卸料前反應(yīng)堆水池渾濁的影響。

2.2 一回路水質(zhì)分析

反應(yīng)堆水池充水前一回路冷卻劑約310 m3。完成一回路氧化工作后，對一回路凈化17 h，主泵停運后對一回路取樣分析濁度為0.433 NTU，硼回收系統(tǒng)除鹽床出口濁度為0.095 NTU，符合歷次大修趨勢，排除水質(zhì)的影響。

2.3 水池上方設(shè)備漏油分析

發(fā)現(xiàn)反應(yīng)堆水池水質(zhì)渾濁后，對可能泄漏油污進(jìn)入反應(yīng)堆水池的設(shè)備進(jìn)行了全面的普查。重點對反應(yīng)堆水池上方的螺栓拉伸機(jī)、換料機(jī)等設(shè)備進(jìn)行了排查，未發(fā)現(xiàn)有漏油的痕跡。排除水池上方設(shè)備漏油的影響。

2.4 開蓋期間使用化學(xué)試劑與歷史對比分析

該核電此前大修均未出現(xiàn)過卸料前反應(yīng)堆水池渾濁現(xiàn)象。其中，本機(jī)組過去5次大修自動擰螺栓和手動擰螺栓都實施過，每次充水前都會對大蓋表面、法蘭面和反應(yīng)堆水池表面的殘留化學(xué)試劑進(jìn)行清洗，殘留在螺栓孔中的則用螺孔密封塞進(jìn)行封堵，因此正常開蓋操作殘留在螺栓孔中的化學(xué)試劑不會滲漏到反應(yīng)堆水池中。

該機(jī)組本次大修中，一個卡涉螺栓擰出18扣后留在壓力容器上，開蓋過程中向螺孔中注入了約1.4 L(專業(yè)反饋使用量)“WD40”、100 mL“黑水”?；瘜W(xué)試劑從圖1中紅色箭頭位置注入到螺孔中。壓力容器螺孔直徑149.5 mm，長280 mm，螺栓擰出18扣后，高度約為72 mm。壓力容器螺孔容積約為1.263 L。殘留在這些空間中的化學(xué)試劑無法清理且難以封堵(如圖1，紅色區(qū)域為殘留位置)。

圖1 反應(yīng)堆壓力容器螺栓及化學(xué)試劑注入示意圖

2.5 化學(xué)試驗分析

使用“WD40”、“黑水”兩種螺栓潤滑劑進(jìn)行試驗。

?按1.4 L WD40進(jìn)入反應(yīng)堆水池上層硼水(反應(yīng)堆水池表面積×5 cm)比例配比WD40與硼水，攪混并靜置澄清后，目視有類似反應(yīng)堆水池水面(如圖2)的油膜狀薄層，如圖3；側(cè)視如圖4所示，與潔凈硼水樣品(圖5)對比可見明顯混濁。

圖2 反應(yīng)堆水池滿水后水面

圖3 模擬試驗硼水表面

圖4 模擬試驗硼水側(cè)面

圖5 潔凈硼水側(cè)面

?在150 mL硼水中加入1 g WD40和1 g“黑水”，攪混并靜置后，目視硼水顏色較深，呈墨水狀，如圖6。

圖6 試驗WD40、“黑水”、硼水混合液

圖7為卡涉螺栓取出后螺孔中的殘留物質(zhì)。通過對比可見，硼水與“WD40”、“黑水”的混合物，目視和反應(yīng)堆水池水面的漂浮物相近。

圖7 卡涉螺孔中殘留物

由此可證實螺孔中的“WD40”、“黑水”進(jìn)入反應(yīng)堆水池中造成反應(yīng)堆水池渾濁。

表1列出了核電站大修前卸料反應(yīng)堆水池渾濁可能原因的分析對比。

由表1可見，大修卸料前反應(yīng)堆水池渾濁的最大可能性為殘留在卡涉螺栓孔中的化學(xué)試劑進(jìn)入引起。

表1 核電站大修前卸料反應(yīng)堆水池渾濁原因

3 水質(zhì)污染過程分析

正常開蓋時，在反應(yīng)堆壓力容器螺栓全部擰出螺栓孔后，用螺孔密封塞對螺孔進(jìn)行密封封堵，可防止壓力容器螺孔里的化學(xué)試劑不進(jìn)入反應(yīng)堆水池，也可以防止反應(yīng)堆水池的硼水進(jìn)入螺孔。

由于卡涉螺栓留在壓力容器上，故在反應(yīng)堆水池充水前制作封堵工具進(jìn)行封堵。但螺栓和螺孔的縫隙無法經(jīng)簡單設(shè)計加工的封堵工具有效封堵，且有落入堆芯成為異物的風(fēng)險。為了不中止開蓋工作，盡快離開法蘭面水位確保堆芯安全，而未封堵卡涉螺栓和螺孔間隙，繼續(xù)開蓋工作。在充水后，由于水壓，硼水進(jìn)入螺孔中將化學(xué)試劑通過螺栓與螺孔的間隙擠壓進(jìn)入水池，由于密度小于硼水，在反應(yīng)堆水池上形成油膜狀漂浮物。

4 處理措施

在線投運反應(yīng)堆水池凈化泵凈化反應(yīng)堆水池、啟動兩臺RRA泵以增加下泄凈化流量，另外制作水面清理工具持續(xù)進(jìn)行反應(yīng)堆水池表面清理。經(jīng)過約14 h處理后水池水質(zhì)滿足控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)脫扣要求，機(jī)組繼續(xù)下行相關(guān)工作。

卸料結(jié)束后，在反應(yīng)堆水池去污期間對反應(yīng)堆水池池壁去污，排放水池上層硼水，持續(xù)對換料水箱進(jìn)行凈化，更換凈化系統(tǒng)的濾網(wǎng)，對所有螺栓孔進(jìn)行清理，避免上行引起水質(zhì)渾濁。

5 結(jié)語

反應(yīng)堆水池渾濁已是國內(nèi)外核電關(guān)注問題，該事件處理及分析過程為同類事件提供了經(jīng)驗支持，對壓力容器螺孔封堵工具提出新的要求，同時迫切需要開發(fā)反應(yīng)堆水池漂浮物打撈、油膜處理、水質(zhì)凈化的專用工具。

建議開發(fā)專用工具用于封堵螺栓與螺孔的間隙；另外開發(fā)專用工具提高堆池表面清理效率。