超聲波燃料清洗在核電廠降低集體劑量中的應(yīng)用

關(guān)鍵詞：超聲波燃料清洗;輻射防護(hù);集體劑量;應(yīng)用實(shí)踐;收益;風(fēng)險(xiǎn);代價(jià);建議

中圖分類號(hào)：TL944 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

核電廠燃料棒包殼外表面會(huì)不可避免地沉積腐蝕產(chǎn)物，當(dāng)沉積量達(dá)到一定程度后，可能引致燃料組件的軸向功率偏移異常（AOA）;腐蝕產(chǎn)物經(jīng)堆芯活化、脫落、遷移，又將影響一回路系統(tǒng)設(shè)備的輻射水平，是輻射源項(xiàng)的來(lái)源之一。在行業(yè)內(nèi)，有的核電廠對(duì)再入堆的燃料組件實(shí)施超聲波燃料清洗（UFC），去除沉積在燃料棒包殼外表面的腐蝕產(chǎn)物，可緩解或消除燃料組件AOA，以及降低一回路系統(tǒng)設(shè)備的輻射水平，具有成熟、無(wú)損、收益顯著等優(yōu)點(diǎn)。1999年， 美國(guó)壓水堆核電廠Callaway 出于消除AOA的目的，在全球?qū)υ偃攵训亩鄠€(gè)燃料組件實(shí)施了UFC，在后續(xù)的運(yùn)行循環(huán)中，逐步消除了AOA 現(xiàn)象，同時(shí)觀察到一回路系統(tǒng)設(shè)備的輻射水平也有下降，與之相應(yīng)的工作人員集體劑量也得到顯著的降低。

在Callaway核電廠實(shí)施UFC 并取得良好收益后，出于消除AOA 和/ 或降低集體劑量的目的，UFC 先在美國(guó)多家核電廠廣泛應(yīng)用，后來(lái)在西班牙、瑞典、韓國(guó)、法國(guó)4 個(gè)國(guó)家的核電廠也得到了推廣。本文介紹了UFC 的工作原理，整理了在行業(yè)的應(yīng)用實(shí)踐和降低集體劑量的收益，提示了實(shí)施UFC 需考量的風(fēng)險(xiǎn)和代價(jià)，提出了應(yīng)用建議。

1UFC 的工作原理

UFC 系統(tǒng)包括一套布置在乏燃料水池上方的控制臺(tái)、安裝在乏燃料水池水下的一個(gè)清洗腔室和一套收集過(guò)濾裝置：包括潛水泵和水下過(guò)濾器。清洗腔室由匹配燃料組件尺寸的矩形通道、環(huán)繞在周?chē)某晸Q能器矩陣、外部反射通道組成。燃料抓具抓取燃料組件插入清洗腔室的過(guò)程中，超聲波能量反射和聚焦到燃料組件，使得燃料包殼外表面的腐蝕產(chǎn)物脫落。與此同時(shí)，潛水泵提供動(dòng)力，形成從清洗腔室上方進(jìn)水、流經(jīng)燃料組件、腔室底部的單向水流，將脫落的腐蝕產(chǎn)物從腔室中帶走，最后由潛水泵下游的水下過(guò)濾器捕獲，防止腐蝕產(chǎn)物轉(zhuǎn)移并污染乏燃料水池。UFC 系統(tǒng)如圖1 所示。清洗結(jié)束后，燃料抓具將燃料組件吊回儲(chǔ)存格架或重新裝入反應(yīng)堆。

控制臺(tái)、清洗腔室和潛水泵可移動(dòng)，可在多個(gè)廠房或核電廠之間運(yùn)輸、安裝和使用。水下過(guò)濾器一般固定安裝在乏燃料水池內(nèi)，可多次使用，使用后當(dāng)濾芯衰變到一定程度后，在水下更換、舊濾芯裝入鉛容器，最后吊出水池作為放射性廢物處理。

2行業(yè)應(yīng)用與收益分析

2. 1行業(yè)應(yīng)用

UFC 自1999 年在美國(guó)Callaway 核電廠應(yīng)用，在2011 年進(jìn)行了升級(jí)，清洗去污效能由原來(lái)的45%提升到85%。至2020 年，全球核電廠共有55臺(tái)機(jī)組、實(shí)施了253 次UFC，絕大多數(shù)是在壓水堆核電廠實(shí)施。在全球的壓水堆核電廠，共有美國(guó)、西班牙、瑞典、韓國(guó)、法國(guó)五個(gè)國(guó)家的45 臺(tái)機(jī)組實(shí)施了238 次UFC;以機(jī)組數(shù)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)約占67%;以實(shí)施次數(shù)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)約占74%。全球壓水堆核電廠的應(yīng)用統(tǒng)計(jì)如圖2 所示（數(shù)據(jù)來(lái)自DominionEngineering，Inc. 內(nèi)部資料）。

2. 2收益分析

選取實(shí)施了UFC、有大量樣本的壓水堆核電廠，從降低輻射水平或集體劑量角度來(lái)分析實(shí)施UFC 的收益，不包含緩解或消除AOA 對(duì)核電廠安全運(yùn)行的收益。

2. 2. 1Callaway電廠的具體收益

美國(guó)Callaway 核電廠在第9 個(gè)運(yùn)行循環(huán)發(fā)生的軸向功率偏移異常（AOA）接近17%，被美國(guó)核管理委員會(huì)（NRC）強(qiáng)制降低運(yùn)行功率至50%。在第10 個(gè)運(yùn)行循環(huán)AOA 幾乎達(dá)到技術(shù)規(guī)范限值。為了消除AOA，在1999 年的第10 輪換料大修對(duì)再入堆的16 組燃料組件試點(diǎn)實(shí)施UFC;在第11個(gè)運(yùn)行循環(huán)，清洗過(guò)的16 組燃料組件沒(méi)有發(fā)現(xiàn)AOA 現(xiàn)象;在第11、12 輪換料大修分別對(duì)再入堆的96、97 組燃料組件實(shí)施UFC，對(duì)應(yīng)的第12、13個(gè)運(yùn)行循環(huán)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)AOA 現(xiàn)象，輻射水平和集體劑量出現(xiàn)了顯著的下降[1] 。

蒸發(fā)器一次側(cè)水室的劑量率是核電廠評(píng)價(jià)一回路輻射水平的重要指標(biāo)之一。圖3 是Callaway核電廠蒸發(fā)器一次側(cè)水室在第9 至12 輪換料大修的平均劑量率[1] ，由蒸發(fā)器一次側(cè)水室U 型管管板中點(diǎn)、熱端中點(diǎn)、冷端中點(diǎn)、熱端和冷端隔板、熱端底部、冷端底部的多個(gè)測(cè)點(diǎn)的劑量率取平均值得到。AOA 在第10 個(gè)運(yùn)行循環(huán)惡化，運(yùn)行循環(huán)結(jié)束開(kāi)始第10 輪換料大修，大量增加的腐蝕產(chǎn)物大幅提高了蒸發(fā)器一次側(cè)的平均劑量率;在第10、11 輪換料大修實(shí)施UFC 后，第12 輪大修蒸發(fā)器的平均劑量率比第10 輪換料大修下降約43%。

選取每輪大修工作內(nèi)容相同、人工時(shí)相當(dāng)、具有可比性的兩項(xiàng)維修專項(xiàng)工作的集體劑量作對(duì)比。專項(xiàng)工作一是蒸發(fā)器一次側(cè)裝、拆堵板，集體劑量在第12 輪大修較第10 輪大修下降了約49%，如圖4 所示[1] ;專項(xiàng)工作二是反應(yīng)堆開(kāi)、關(guān)大蓋，集體劑量在第12 輪大修較第10 輪大修下降了約51%，如圖5所示[1] 。

選取實(shí)施UFC 前后的4 輪次換料大修的集體劑量，實(shí)施UFC后大修的集體劑量有明顯下降。第10～12 輪大修相繼實(shí)施UFC，清洗再入堆的燃料組件分別為16 組、96 組、97 組，在第11、12輪大修人工時(shí)高于第9 輪大修的情況下，集體劑量與第9 輪大修相比，第11 輪大修下降約46%，第12輪大修下降約51%，如圖6 所示[1] 。

在第10、13輪大修和運(yùn)行循環(huán)期間，陸續(xù)實(shí)施UFC、調(diào)高一回路pH 值、注鋅三項(xiàng)重大源項(xiàng)措施（ 信息來(lái)自Dominion Engineering， Inc. 內(nèi)部資料），集體劑量/ 人工時(shí)的歸一值如圖7 所示[2] ，可以看出：

（1） 第9 輪大修歸一值為22.9 μSv/ （人·小時(shí)）;第10輪大修上升至30. 9 μSv/ （人·小時(shí)），并首次實(shí)施UFC。

（2）第10 輪大修后的第11 運(yùn)行循環(huán)，開(kāi)始調(diào)高一回路pH 值，有利于減少腐蝕產(chǎn)物的產(chǎn)生量，但不能減少已有活化腐蝕產(chǎn)物的存量，需要多個(gè)循環(huán)才能呈現(xiàn)效果。

（3） 第11、12輪大修輻射水平下降使得集體劑量明顯降低，第11、12 輪大修歸一值較第9 輪大修下降約53%，較第10 輪大修下降約65%，Callaway 核電廠認(rèn)為輻射水平的下降更多歸因于UFC，估計(jì)UFC 帶來(lái)的劑量率下降達(dá)50%[3] 。

（4）第12輪大修后的第13運(yùn)行循環(huán)，開(kāi)始注鋅并在往后的運(yùn)行循環(huán)持續(xù)。

（5） 第13輪大修， 歸一值繼續(xù)下降至8. 9μSv/ （人·小時(shí)），應(yīng)該是UFC、調(diào)高一回路pH 值、注鋅的共同作用所致，基于技術(shù)上的限制，未能具體量化這些措施的各自收益[4] 。

由于UFC對(duì)消除AOA和降低集體劑量有明顯的效果，Callawa"核電廠在后續(xù)的換料大修中多次實(shí)施，結(jié)合調(diào)高一回路pH 值、注鋅等有利于降低源項(xiàng)的措施（ 信息來(lái)自Dominion Engineering，Inc. 內(nèi)部資料），總體上使得大修集體劑量在顯著下降后保持在較低區(qū)間，如圖8所示[2] 。

（1）第13輪大修為更換蒸汽發(fā)生器開(kāi)展了大量的準(zhǔn)備工作，第14輪大修更換了4臺(tái)蒸汽發(fā)生器，兩輪大修的集體劑量有明顯上升[4] 。

（2）經(jīng)過(guò)10 輪次大修實(shí)施UFC，結(jié)合9 個(gè)運(yùn)行循環(huán)注鋅和11 個(gè)運(yùn)行循環(huán)調(diào)高一回路pH 值，污垢減少使腐蝕產(chǎn)物穩(wěn)定在一定程度，Callaway 核電廠認(rèn)為集體劑量、AOA 風(fēng)險(xiǎn)的降幅可以接受，決定從第21 輪大修開(kāi)始暫停實(shí)施UFC;如果未來(lái)AOA 風(fēng)險(xiǎn)增加，或堆芯功率升高、切換到24個(gè)月?lián)Q料周期會(huì)導(dǎo)致燃料組件的污垢增加，需要再次實(shí)施UFC。

2. 2. 2行業(yè)代表性核電廠的大體收益

雖然各個(gè)核電廠實(shí)施UFC 的動(dòng)機(jī)各有不同（消除AOA 和/ 或降低集體劑量），但UFC 在行業(yè)內(nèi)仍得到了廣泛的應(yīng)用。為了從大體上判斷UFC對(duì)于降低集體劑量的收益，通過(guò)選取有代表性機(jī)組的年度集體劑量數(shù)據(jù)做進(jìn)一步分析。結(jié)合注鋅情況（注或不注，先注或后注），將全球?qū)嵤︰FC的45 臺(tái)壓水堆機(jī)組分為4 類：（1）先實(shí)施UFC、后注鋅;（2） 僅實(shí)施UFC、不注鋅;（3） 先注鋅、后實(shí)施UFC;（4）同一年實(shí)施UFC 和注鋅。這4 類統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖9 所示（ 數(shù)據(jù)來(lái)自DominionEngineering，Inc. 內(nèi)部資料），第（1）類最多，第（2）類次之。

由于第（4）類的樣本較少，分析降低集體劑量收益的價(jià)值較低，故在第（1） ～ （3） 類中選擇樣本較多的機(jī)組來(lái)做大體的收益分析。每一類機(jī)組樣本的選取規(guī)則：UFC 實(shí)施3 次或以上的機(jī)組，以覆蓋所有再入堆的燃料組件;在這些機(jī)組中，取實(shí)施UFC 次數(shù)的前4 名。計(jì)算集體劑量收益的規(guī)則：以首次實(shí)施UFC年份為分界線，取1995年至實(shí)施UFC 前一年的集體劑量單機(jī)年均值，與實(shí)施UFC當(dāng)年至2020 年的集體劑量單機(jī)年均值，兩者對(duì)比。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)列于表1 ～ 表3[1，5] ，第（1） ～ （3） 類樣本在UFC 前后的集體劑量單機(jī)年均值降幅結(jié)果較接近，在44% ～ 51%之間。值得注意的是，僅實(shí)施UFC、不注鋅的樣本降幅也有44%，可以從側(cè)面證明UFC的貢獻(xiàn)。

3風(fēng)險(xiǎn)與代價(jià)

集體劑量是世界核電運(yùn)營(yíng)者協(xié)會(huì)（WANO）的核電廠性能指標(biāo)之一，持續(xù)降低集體劑量也是核電廠運(yùn)營(yíng)方遵循輻射防護(hù)最優(yōu)化原則的重要體現(xiàn)。從實(shí)踐和數(shù)據(jù)上看，實(shí)施UFC 可顯著地降低集體劑量，但也需要運(yùn)營(yíng)方考量實(shí)施UFC 的風(fēng)險(xiǎn)和代價(jià)。風(fēng)險(xiǎn)主要是燃料組件相關(guān)的安全風(fēng)險(xiǎn)和操作人員相關(guān)的輻射防護(hù)風(fēng)險(xiǎn)，代價(jià)主要包括對(duì)換料大修工期（ 關(guān)鍵路徑） 的影響和直接經(jīng)濟(jì)成本。

3. 1風(fēng)險(xiǎn)

與燃料組件相關(guān)的安全風(fēng)險(xiǎn)。應(yīng)用超聲波能量去除燃料包殼外表面腐蝕產(chǎn)物的同時(shí)，也會(huì)在燃料棒包殼內(nèi)引起低頻振動(dòng)，可能會(huì)帶來(lái)潛在的燃料和包殼完整性的負(fù)面影響，包括：包殼疲勞失效;燃料芯塊開(kāi)裂和粉碎;燃料芯塊的不規(guī)則移動(dòng)增加了芯塊- 包殼相互作用失效的可能性。在Callaway 核電廠的試點(diǎn)實(shí)施前，基于完整的17×17陣列模擬燃料組件的試驗(yàn)觀察和工程分析，認(rèn)為UFC 帶來(lái)的負(fù)面影響預(yù)計(jì)在燃料供應(yīng)商的設(shè)計(jì)限制范圍內(nèi)[5] ;試點(diǎn)清洗的16 組再入堆燃料組件經(jīng)過(guò)一個(gè)運(yùn)行循環(huán)后，未發(fā)現(xiàn)任何燃料和包殼完整性的負(fù)面影響[5] 。后續(xù)UFC 在全球推廣應(yīng)用后（55 臺(tái)機(jī)組、253 次、超過(guò)400萬(wàn)根燃料棒），未有燃料和包殼完整性的負(fù)面案例報(bào)告，安全風(fēng)險(xiǎn)可接受。

與操作人員相關(guān)的輻射防護(hù)風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)施UFC的工作場(chǎng)所是在燃料廠房，操作人員在乏燃料水池上方操作控制臺(tái)，由于水層的生物屏蔽，水池上方的場(chǎng)所劑量率一般不會(huì)超過(guò)20 μSv/ h，相對(duì)于正常的換料操作（換料操作工作時(shí)間比UFC 要長(zhǎng)得多），UFC 操作人員受照劑量遠(yuǎn)低于換料操作人員。安裝在乏燃料水池水下的收集過(guò)濾裝置捕獲從燃料組件脫落的活化腐蝕產(chǎn)物， 據(jù)美國(guó)Callaway、South Texas Project、Vogtle 核電廠的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，水下過(guò)濾器的最大接觸劑量率分別為1 330mSv/ h、1500 mSv/ h、400 mSv/ h[6] ，這是主要的外照射風(fēng)險(xiǎn)來(lái)源。由于收集過(guò)濾裝置的整個(gè)運(yùn)行過(guò)程一直在水下，水層的生物屏蔽可消除對(duì)池上操作人員的影響;水下過(guò)濾器為金屬材質(zhì)，可連續(xù)使用10個(gè)運(yùn)行循環(huán)，當(dāng)需要更換時(shí)，利用衰變特性（主要核素是半衰期70.9d 的Co-58 和5. 3a的Co-60），在水池內(nèi)暫存直至劑量率降到可接受水平，再吊入鉛容器在水下裝載該濾芯，最后連同鉛容器一并吊出作為放射性廢物處理。無(wú)論是操作UFC還是更換水下過(guò)濾器，操作人員的外照射風(fēng)險(xiǎn)可控。

3. 2代價(jià)

3. 2.1對(duì)換料大修工期（關(guān)鍵路徑）的影響

停堆后的氧化凈化是大多數(shù)核電廠的通用做法，其基本原理相同，目的一致：降低主系統(tǒng)總的放射性、減少再入堆燃料組件的腐蝕產(chǎn)物存量避免影響后續(xù)的運(yùn)行循環(huán)。氧化凈化需要反應(yīng)堆冷卻劑泵（ 主泵） 的運(yùn)行，占用換料大修關(guān)鍵路徑10～30 小時(shí)不等，盡可能短的關(guān)鍵路徑和盡可能長(zhǎng)的凈化時(shí)間成為一對(duì)矛盾決策。

（1）當(dāng)前停堆策略下可能增加數(shù)小時(shí)關(guān)鍵路徑

核電廠在每個(gè)運(yùn)行循環(huán)后的換料大修，通常是更換三分之一的新燃料，三分之二的燃料再入堆。以壓水堆M310 和CPR1000 機(jī)組為例，共有157組燃料，實(shí)施UFC 的對(duì)象是再入堆的105 組，UFC 的單組凈清洗時(shí)間約2分鐘，合計(jì)約210 分鐘（約3.5小時(shí)）。在實(shí)施時(shí)，當(dāng)前常用的流程有兩種：（1）停堆→氧化凈化→燃料從堆芯卸出→進(jìn)入乏燃料池→在乏燃料池暫存→再入堆前實(shí)施UFC→裝入堆芯，或者（2）停堆→氧化凈化→燃料從堆芯卸出→進(jìn)入乏燃料池→在乏燃料池實(shí)施UFC→不暫存裝入堆芯。無(wú)論是哪一種流程，凈清洗時(shí)間約3.5小時(shí)，如在十年大修或標(biāo)準(zhǔn)年度大修，有較充分的時(shí)間窗口可以利用，不會(huì)占用大修關(guān)鍵路徑;如在短大修，可能會(huì)用大修關(guān)鍵路徑數(shù)小時(shí)。即如采用“氧化-凈化-停主泵-UFC”停堆策略，在短大修可能會(huì)增加數(shù)小時(shí)關(guān)鍵路徑。

（2）改進(jìn)停堆策略可節(jié)省關(guān)鍵路徑且可減少腐蝕產(chǎn)物沉積

近些年來(lái)，美國(guó)的部分核電廠將實(shí)施UFC與常規(guī)的停堆氧化有機(jī)結(jié)合，停堆策略改進(jìn)為“停主泵-氧化不凈化-UFC”。兩種停堆策略的對(duì)比如圖10 所示。

在“氧化-凈化-停主泵-UFC”策略中，氧化凈化的通用操作沒(méi)有變化，但存在兩個(gè)不利因素：（1）凈化本身占用關(guān)鍵路徑;（2）由于化容系統(tǒng)的凈化流量遠(yuǎn)低于主泵流量，凈化時(shí)間受限于關(guān)鍵路徑，使得從燃料組件脫落并遷移到堆芯外的腐蝕產(chǎn)物只能部分被凈化，部分在系統(tǒng)設(shè)備中沉積，后續(xù)在乏燃料池實(shí)施的UFC并不能去除這些已沉積的腐蝕產(chǎn)物，導(dǎo)致本次大修一回路輻射水平上升（人員受照劑量增加）和顆粒污染物增加（污染風(fēng)險(xiǎn)增加，特別是高活度離散粒子粘污體表后將導(dǎo)致較高的皮膚劑量）。

改進(jìn)為“停主泵-氧化不凈化-UFC” 策略后，主泵更早地停運(yùn)，帶來(lái)兩個(gè)好處：（1）不凈化可減少關(guān)鍵路徑;（2）腐蝕產(chǎn)物絕大部分保留在堆芯內(nèi)可減少釋放以及向堆芯外遷移、沉積，避免本次大修一回路輻射水平上升和顆粒污染物增加。在卸料后，對(duì)再入堆的燃料組件在乏燃料水池實(shí)施UFC，去除燃料組件的腐蝕產(chǎn)物，以避免入堆后轉(zhuǎn)移到后續(xù)的運(yùn)行循環(huán)。該策略實(shí)現(xiàn)了既節(jié)省換料大修關(guān)鍵路徑又降低集體劑量的雙贏目標(biāo)。

以國(guó)內(nèi)成熟的6 臺(tái)M310 和CPR1000機(jī)組換料大修為例，如實(shí)施UFC 并且將“氧化-凈化-停主泵-UFC” 策略改進(jìn)為“停主泵-氧化不凈化-UFC”策略，保守估算可節(jié)省11. 25 小時(shí)，兩種策略下的大修關(guān)鍵路徑對(duì)比如圖11 所示。估算方法：在過(guò)去的18 輪大修的凈化時(shí)間平均為26. 75 小時(shí)，這是主關(guān)鍵路徑，包含了低壓貫穿件試驗(yàn)的次關(guān)鍵路徑12 小時(shí);改為“ 停主泵-氧化不凈化-UFC”后，低壓貫穿件試驗(yàn)成為關(guān)鍵路徑，此時(shí)節(jié)省凈化時(shí)間26.75-12= 14. 75 小時(shí);在乏燃料水池對(duì)再入堆的燃料組件實(shí)施UFC，保守估計(jì)會(huì)額外增加關(guān)鍵路徑3. 5小時(shí)（只在少數(shù)的短大修增加），那么總的關(guān)鍵路徑可節(jié)省14.75-3.5 =11.25小時(shí)。如在10年大修或年度大修，UFC 基本不占用關(guān)鍵路徑，可節(jié)省的時(shí)間還能再增加3. 5小時(shí)。

美國(guó)杜克公司旗下的McGuire、Catawba 和Oconee核電廠使用了“ 停主泵- 氧化不凈化-UFC”策略，有效地減少了停堆釋放和向堆芯外遷移、沉積，并節(jié)省了大修工期。以McGuire 核電廠1、2號(hào)機(jī)為例，一回路冷卻劑中Co-58峰值的降幅列于表4[7] 。

由此可見(jiàn)，如采用“氧化-凈化-停主泵-UFC”策略，在少數(shù)的短大修需增加數(shù)小時(shí)關(guān)鍵路徑來(lái)實(shí)施UFC，以降低集體劑量;如采用“停主泵-氧化不凈化-UFC”策略，既能節(jié)省換料大修關(guān)鍵路徑又可降低集體劑量。

3. 2. 2直接經(jīng)濟(jì)成本

實(shí)施UFC的直接經(jīng)濟(jì)成本包括：設(shè)備費(fèi)用（約2000～3000萬(wàn)元人民幣，一次性投資，如群廠共用其成本可攤分）、耗材費(fèi)用（主要是水下過(guò)濾器，約200 萬(wàn)元人民幣，可用10個(gè)循環(huán)）、操作人員的人工費(fèi)用、放射性廢物處置費(fèi)用（ 主要是更換下來(lái)的水下過(guò)濾器）。具體經(jīng)濟(jì)成本需根據(jù)不同國(guó)家和不同核電運(yùn)營(yíng)單位的實(shí)際情況來(lái)測(cè)算。

還需要考慮對(duì)發(fā)電量的影響。同樣以國(guó)內(nèi)成熟的M310 和CPR1000機(jī)組為例（大亞灣1、2 號(hào)機(jī)，嶺澳1、2 號(hào)機(jī)，嶺東1、2號(hào)機(jī)，共6臺(tái)），按2022年單機(jī)平均每小時(shí)上網(wǎng)電量97. 13 萬(wàn)千瓦時(shí)[11] 、平均計(jì)劃電價(jià)0. 411 7 元/ 千瓦時(shí)（含稅）[8]計(jì)算，則每小時(shí)的售電收入約為40 萬(wàn)元。如采用“氧化-凈化-停主泵-UFC”策略，假設(shè)少數(shù)的短大修需增加3. 5小時(shí)關(guān)鍵路徑，則需要減少售電收入40萬(wàn)元/ 小時(shí)× 3. 5小時(shí)= 140萬(wàn)元來(lái)實(shí)施UFC;如采用“停主泵-氧化不凈化-UFC”策略，因節(jié)省大修關(guān)鍵路徑從而可額外增加售電收入40萬(wàn)元/ 小時(shí)×1125小時(shí)= 450萬(wàn)元。

4建議

4. 1美國(guó)電力研究協(xié)會(huì)的建議

UFC在美國(guó)的核電廠多次應(yīng)用后，美國(guó)電力研究協(xié)會(huì)（EPRI）對(duì)此技術(shù)提出了以下建議[1] ：

（1）經(jīng)歷AOA 的核電廠應(yīng)考慮對(duì)再入堆的燃料組件實(shí)施UFC，以緩解或消除AOA。

（2）注鋅也是降低一回路輻射水平的措施，但注鋅會(huì)增加第1 個(gè)或第2 個(gè)運(yùn)行循環(huán)的腐蝕產(chǎn)物，疊加再入堆燃料組件的腐蝕產(chǎn)物存量，將共同增加AOA 的風(fēng)險(xiǎn)。因此，注鋅的核電廠應(yīng)考慮在開(kāi)始注鋅的運(yùn)行循環(huán)之前實(shí)施UFC，一是降低AOA 風(fēng)險(xiǎn)，二是與UFC 協(xié)同、使降低輻射水平的效果更加顯著。

（3）一回路輻射水平較高的核電廠應(yīng)考慮將UFC 作為減少人員受照劑量解決方案的一部分。行業(yè)經(jīng)驗(yàn)表明，UFC 能有效地從源頭處去除堆芯腐蝕產(chǎn)物，從而顯著降低集體劑量。

4. 2對(duì)國(guó)內(nèi)核電行業(yè)的建議

國(guó)內(nèi)核電自1994 年第一臺(tái)機(jī)組商運(yùn)開(kāi)始，至2022年共有51臺(tái)機(jī)組投入商運(yùn)（含49臺(tái)壓水堆、2臺(tái)重水堆）。1995—2022年51臺(tái)商運(yùn)機(jī)組集體劑量單機(jī)平均值為403人·mSv（數(shù)據(jù)來(lái)自WANO;按照WANO規(guī)則，商運(yùn)未滿一年機(jī)組的集體劑量不統(tǒng)計(jì)），統(tǒng)計(jì)如圖12所示。對(duì)于早期商運(yùn)或運(yùn)行過(guò)程中源項(xiàng)水平異常的機(jī)組，集體劑量的絕對(duì)值會(huì)明顯高于所有機(jī)組平均值，如嶺澳1 號(hào)機(jī)、大亞灣1、2號(hào)機(jī)等。

對(duì)于集體劑量較高的機(jī)組，建議實(shí)施UFC。以處在最高位的嶺澳1號(hào)機(jī)為例，它屬于M310堆型改進(jìn)的CPR1000堆型，于2002年商運(yùn)，如應(yīng)用UFC，假設(shè)在第N 輪次大修開(kāi)始實(shí)施、連續(xù)實(shí)施N+3輪次大修（每次清洗三分之一再入堆組件，3次可覆蓋所有再入堆組件）、第N+4 運(yùn)行循環(huán)和大修的集體劑量下降約304. 4人·mSv（按40%收益估算，該機(jī)組單機(jī)年平均值761×40% = 304. 4 人·mSv）。如實(shí)施UFC，清洗腔室和收集過(guò)濾裝置安裝在乏燃料水池的側(cè)邊及底部（沿池壁至池底），控制臺(tái)安裝在池邊地面，使用時(shí)這些設(shè)備不需要移動(dòng)，平面布置如圖13 所示。

大致的實(shí)施方案可分為兩個(gè)階段。第一階段采取“氧化-凈化-停主泵-UFC”策略，積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，驗(yàn)證清洗效果，其操作流程可參考圖14;第一階段實(shí)施3 輪次或更多輪次的大修，如清洗效果符合預(yù)期，策略改為“停主泵-氧化不凈化-UFC”，即取消圖14中的凈化操作、其他操作不變。

總的來(lái)說(shuō)，UFC從1999年應(yīng)用至今已超過(guò)20年，技術(shù)是成熟的;在全球的55臺(tái)核電機(jī)組實(shí)施了253次，未有燃料和包殼完整性的負(fù)面案例報(bào)告，燃料組件的安全風(fēng)險(xiǎn)可接受、可控;從國(guó)外具體實(shí)施的核電廠或行業(yè)代表性核電廠的實(shí)踐數(shù)據(jù)看，集體劑量的降幅約40%。對(duì)于我國(guó)的核電廠運(yùn)營(yíng)方，經(jīng)考量后如認(rèn)為利益大于代價(jià)，建議實(shí)施UFC 來(lái)降低集體劑量，以改善核電廠的WANO性能指標(biāo)。