何李源

摘 要：介紹了APA1000蒸汽發(fā)生器傳熱管泄漏的運(yùn)行工況?；谡羝l(fā)生器傳熱管泄漏運(yùn)行工況下輻射影響的分析，提出了AP1000核電廠在蒸汽發(fā)生器傳熱管泄漏工況下的輻射防護(hù)措施。

關(guān)鍵詞：AP1000；蒸汽發(fā)生器；傳熱管；泄漏；輻射防護(hù)

中圖分類號(hào)：TL33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）23-0125-03

蒸汽發(fā)生器其主要功能是將一回路冷卻劑的熱量傳遞給二回路的水，并使之變?yōu)檎羝?。同時(shí)蒸汽發(fā)生器作為一回路與二回路的邊界，也承擔(dān)著隔離一回路放射性的功能。

在蒸汽發(fā)生器一/二回路之間沒有發(fā)生泄漏的情況下，二回路的系統(tǒng)或設(shè)備沒有放射性。在運(yùn)行過程中，蒸汽發(fā)生器傳熱管在運(yùn)行過程中不可避免地會(huì)出現(xiàn)如一回路應(yīng)力腐蝕、二回路應(yīng)力腐蝕、微振磨損、凹痕、高周疲勞、點(diǎn)蝕和耗蝕等傳熱管降質(zhì)，傳熱管的降質(zhì)將會(huì)導(dǎo)致一/二回路的放射性屏障受到破壞，進(jìn)而引起一回路冷卻劑向二回路泄漏，使得二回路的系統(tǒng)和設(shè)備帶有放射性。

本文針對(duì)三門核電可能存在的蒸汽發(fā)生器傳熱管泄漏的工況，分析在蒸汽發(fā)生器泄漏工況下二回路可能的放射性水平和汽輪機(jī)廠房受影響的區(qū)域，并提出了蒸汽發(fā)生器泄漏工況應(yīng)采取的輻射防護(hù)措施，為蒸汽發(fā)生器傳熱管泄漏的輻射防護(hù)響應(yīng)提供參考。

1 AP1000蒸汽發(fā)生器介紹

三門核電采用的是西屋公司的AP1000壓水堆核電技術(shù)，其蒸汽發(fā)生器為Δ125型立式殼體U型傳熱管自然循環(huán)式的蒸汽發(fā)生器，每臺(tái)機(jī)組兩臺(tái)。每臺(tái)蒸汽發(fā)生器傳熱管的數(shù)量為10025，總換熱面積為11477m2。正常運(yùn)行情況下，反應(yīng)堆冷卻劑由熱段管嘴進(jìn)入蒸汽發(fā)生器一次側(cè)水室，經(jīng)倒置的U型管返回一次側(cè)水室，最后返回堆芯。反應(yīng)堆冷卻劑在U型管內(nèi)將熱量傳遞給二次側(cè)，將二次側(cè)的水加熱為蒸汽，蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)做工后在凝汽器內(nèi)凝結(jié)成水，最后返回蒸汽發(fā)生器。

參與二回路的水汽循環(huán)的主要系統(tǒng)為蒸汽系統(tǒng)、給水系統(tǒng)（FWS）、蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)（BDS）、凝結(jié)水系統(tǒng)、凝結(jié)水精處理系統(tǒng)（CPS）等，水汽循環(huán)如圖1所示。在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)情況下，一回路冷卻劑向二回路發(fā)生泄漏，泄漏期間這些系統(tǒng)將帶放射性，而蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)和凝結(jié)水精處理系統(tǒng)中的樹脂則會(huì)有一定的放射性累積[1]。

2 SG傳熱管泄漏的輻射影響分析

2.1 泄漏運(yùn)行工況

在EPRI（美國(guó)電力研究院，下同）的導(dǎo)則-《PWR PRIMARY TO SECONDARY LEAK GUIDELINE》中規(guī)定[2]，單臺(tái)蒸汽發(fā)生器允許的最大泄漏為568升/天（150加侖/天：gpd），并規(guī)定了不同泄漏率情況下電廠需要采取的行動(dòng)。

AP1000電廠根據(jù)導(dǎo)則規(guī)定，設(shè)定單臺(tái)蒸汽發(fā)生器允許的最大泄漏率（以下如無特殊說明均為單臺(tái)）為150gpd，并通過主蒸汽管線N-16輻射監(jiān)測(cè)通道SGS-JS-26B/27B（通道布置如圖2所示，參數(shù)如表1所示）直接顯示判斷其泄漏率。一旦泄漏率大于150gpd，需要在6小時(shí)內(nèi)將電廠置于模式3（熱備用狀態(tài)）。泄漏率在75～150gpd且泄漏率增加率大于30gpd/h，電廠需要在1小時(shí)內(nèi)將功率降至50%以下，并在接下來的2小時(shí)內(nèi)將電廠置于模式3；如果泄漏率增加率小于30gpd/h，需要在24小時(shí)內(nèi)將電廠置于模式3。當(dāng)泄漏率在30～75gpd時(shí)，每15分鐘通過SGS-JS-26B/27B確定傳熱管泄漏率，每4小時(shí)取樣一次定量確定泄漏率。當(dāng)泄漏率在5～30gpd，需要每15分鐘通過SGS-JS-26B/27B確定傳熱管泄漏率，如果傳熱管的泄漏率在1小時(shí)內(nèi)維持穩(wěn)定，需要每2小時(shí)確定泄漏率并將SGS-JS-26B/27B報(bào)警值重置高于當(dāng)前讀數(shù)但不低于75gpd。當(dāng)泄漏率小于5gpd時(shí)，重置SGS-JS-26B/27B報(bào)警值，使其高于當(dāng)前讀數(shù)但不高于30gpd。

除了SGS-JS-26B/27B外，電廠在二次側(cè)布置了多個(gè)輻射監(jiān)測(cè)通道用以指示和探測(cè)一次側(cè)向二次側(cè)是否存在泄漏，一旦這些監(jiān)測(cè)通道探測(cè)出放射性異常，電廠進(jìn)入蒸發(fā)器傳熱管泄漏規(guī)程，使電廠保持在技術(shù)規(guī)格書的限值內(nèi)運(yùn)行。

在蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)（BDS）設(shè)置了EDI（電離除鹽單元）凈水出口輻射監(jiān)測(cè)器（BDS-JS-010）和EDI濃水排污輻射監(jiān)測(cè)器（BDS-JS-011），兩個(gè)監(jiān)測(cè)通道的報(bào)警值設(shè)置相同。當(dāng)BDS-JS-010輻射水平達(dá)到3.7×104Bq/m3時(shí)，控制排污導(dǎo)向閥將EDI的凈水出口將直接導(dǎo)向WLS的流出物排放監(jiān)測(cè)箱；達(dá)到7.4×104Bq/m3時(shí)，關(guān)閉排污隔離閥和排污流量控制閥，旁路EDI模塊，避免放射性在除鹽單元上持續(xù)累積達(dá)到不可接受的水平。

對(duì)于凝結(jié)水精處理系統(tǒng)，在上述設(shè)計(jì)基準(zhǔn)情況下，凝結(jié)水精處理系統(tǒng)僅有當(dāng)二回路水質(zhì)不滿足技術(shù)規(guī)格書的要求時(shí)才投入運(yùn)行，因此CPS除鹽床將不會(huì)累積太高的放射性。

2.2 泄漏后二次側(cè)源項(xiàng)

在進(jìn)行二回路的輻射屏蔽計(jì)算時(shí)，基于偏保守考慮，使用的是在泄漏率為AP1000允許的最大泄漏率300gpd、單臺(tái)蒸發(fā)器最大泄漏率為150gpd且燃料包殼破損率達(dá)到0.25%情況下的源項(xiàng)[3]。

在上述設(shè)計(jì)基準(zhǔn)條件下，二次側(cè)蒸汽源項(xiàng)如表2所示。

在對(duì)EDI模塊進(jìn)行屏蔽計(jì)算時(shí)，假定流入EDI單元的排污流中的放射性物質(zhì)都滯留在EDI的樹脂中，且不會(huì)釋放到EDI單元的凈水和濃水中。同時(shí)基于技術(shù)規(guī)格書中的規(guī)定，當(dāng)蒸汽發(fā)生器傳熱管發(fā)生泄漏時(shí)，電廠將會(huì)在24小時(shí)內(nèi)進(jìn)入模式3。因此本文選取的是電廠在泄漏工況下運(yùn)行24小時(shí)的源項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行討論。在此基礎(chǔ)上，分別得到EDI單元樹脂內(nèi)主要核素活度濃度，如表3所示。

蒸發(fā)器排污系統(tǒng)熱交換器源項(xiàng)使用的是二次側(cè)液相源項(xiàng)數(shù)據(jù)，其源項(xiàng)數(shù)據(jù)如表4所示。

2.3 可能受影響區(qū)域分析

蒸汽發(fā)生器發(fā)生一回路向二回路泄漏的情況時(shí)，二次側(cè)可能受到放射性影響的區(qū)域包括BDS排污熱交換器房間、EDI除鹽單元隔間、排污過濾器間、凝結(jié)水精處理單元隔間、凝結(jié)水泵房等區(qū)域[4]。endprint

2.3.1 第一跨的影響

在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)工況下，利用設(shè)計(jì)基準(zhǔn)源項(xiàng)計(jì)算得到EDI單元設(shè)備表面30cm處最大劑量率水平將達(dá)到8.96mSv/h，即其輻射水平將達(dá)到AP1000設(shè)計(jì)分區(qū)V區(qū)（1～10mSv/h）的輻射水平，對(duì)應(yīng)于《壓水堆核動(dòng)力廠廠內(nèi)輻射分區(qū)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》（NB/T 20185-2012）中規(guī)定的橙區(qū)的輻射水平，即屬于高輻射區(qū)[5]。AP1000在設(shè)計(jì)上基于10CFR20的要求[7]，對(duì)于輻射水平在1～10mSv/h的區(qū)域需要考慮通過設(shè)置路障等措施對(duì)其進(jìn)行管控，例如采取設(shè)置鏈條或者設(shè)置隔離柵欄等方式。

利用設(shè)計(jì)基準(zhǔn)源項(xiàng)計(jì)算得到BDS熱交換器表面30cm處的劑量率達(dá)到10μSv/h而BDS熱交換器間，其輻射水平已達(dá)到了設(shè)計(jì)分區(qū)II區(qū)的上限，對(duì)應(yīng)于《壓水堆核動(dòng)力廠廠內(nèi)輻射分區(qū)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的綠區(qū)。

2.3.2 常規(guī)島其它區(qū)域

凝結(jié)水精處理系統(tǒng)僅有當(dāng)二回路水質(zhì)不滿足技術(shù)規(guī)格書的要求時(shí)才投入運(yùn)行，因此凝結(jié)水精處理單元預(yù)計(jì)不會(huì)累積太高的放射性，這些區(qū)域的輻射水平仍維持在設(shè)計(jì)分區(qū)I區(qū)的水平內(nèi)。對(duì)于主蒸汽管線區(qū)域，利用Mercurad軟件使用二次側(cè)蒸汽源項(xiàng)計(jì)算得到主蒸汽管線區(qū)域附近的輻射水平將維持在設(shè)計(jì)分區(qū)的I區(qū)水平（0.5～2.5μSv/h）[6]。

由于傳熱管的泄漏，二回路水汽相關(guān)系統(tǒng)均含有放射性物質(zhì)，一旦系統(tǒng)存在泄漏，汽輪機(jī)廠房存在放射性空氣污染的可能性比較大，從2.2節(jié)分析的結(jié)果來看，這些區(qū)域主要污染的核素為惰性氣體和碘。

3 SG傳熱管泄漏輻射防護(hù)響應(yīng)分析

3.1 輻射調(diào)查

正常情況下，輔助廠房蒸汽管線區(qū)域（主蒸汽隔離閥間）及常規(guī)島區(qū)域的第一跨作為監(jiān)督區(qū)進(jìn)行控制，監(jiān)督區(qū)通常的調(diào)查頻度為每月一次。在監(jiān)測(cè)到蒸發(fā)器存在一次側(cè)向二次側(cè)泄漏的情況時(shí)，需要提高主蒸汽隔離閥間、第一跨區(qū)域和凝結(jié)水精處理間的輻射調(diào)查頻率，同時(shí)可以利用電廠已有的無線電話系統(tǒng)，將無線探頭布置到相應(yīng)區(qū)域的房間內(nèi)，對(duì)這些區(qū)域?qū)嵤┻B續(xù)的環(huán)境劑量率水平監(jiān)測(cè)，即利用三門核電開發(fā)的無線輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（RMT）對(duì)這些區(qū)域進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)?？紤]相關(guān)到區(qū)域存在可能的空氣污染風(fēng)險(xiǎn)，也需要對(duì)第一跨、汽輪機(jī)廠房等區(qū)域進(jìn)行空氣采樣測(cè)量，以評(píng)估這些區(qū)域的空氣污染風(fēng)險(xiǎn)[7]。

3.2 區(qū)域隔離控制

在一次側(cè)向二次側(cè)的泄漏情況下，預(yù)期BDS排污熱交換器房間、EDI除鹽單元隔間的輻射水平會(huì)超出原有的輻射分區(qū)-I區(qū)（0.5～2.5μSv/h），且有可能會(huì)使周邊房間的劑量率水平上升而超過原設(shè)計(jì)分區(qū)的輻射水平。因此，為了降低源項(xiàng)對(duì)區(qū)域外的影響，在設(shè)計(jì)上采取了對(duì)EDI除鹽單元所在房間的東南北三面墻體采用永久性混凝土形式，EDI西側(cè)則采用臨時(shí)混凝土塊進(jìn)行屏蔽；對(duì)于BDS熱交換器所在房間，則在原有設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上增加混凝土屏蔽墻體。

在上述已有屏蔽的基礎(chǔ)上，可以降低BDS設(shè)備對(duì)常規(guī)島其它區(qū)域的影響，但BDS設(shè)備本身所在房間的輻射水平并沒有因此而降低。從2.3節(jié)的分析可以看出，BDS設(shè)備所在的區(qū)域房間，在可能存在蒸汽發(fā)生器一次側(cè)向二次側(cè)泄漏的情況時(shí)，需要予以特別關(guān)注，提升輻射防護(hù)管理等級(jí)。針對(duì)EDI除鹽單元所在房間，在正常運(yùn)行工況下，機(jī)組存在少量的泄漏，而機(jī)組仍然維持長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，會(huì)使EDI單元樹脂長(zhǎng)期累積放射性，因此對(duì)第一跨區(qū)域的監(jiān)測(cè)頻率應(yīng)當(dāng)提高，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)EDI單元區(qū)域的輻射水平達(dá)到了輻射控制區(qū)的輻射水平并區(qū)別于其它監(jiān)督區(qū)的調(diào)查。一旦達(dá)到輻射控制區(qū)II區(qū)的水平，需要為這些房間的出入口加設(shè)污染監(jiān)測(cè)設(shè)備，將該房間按照輻射控制區(qū)進(jìn)行管理等。僅當(dāng)這些房間的輻射水平小于2.5μSv/h且連續(xù)三次的EDI及BDS排污的取樣結(jié)果顯示低于MDA時(shí)，才可以對(duì)這些區(qū)域進(jìn)行解除輻射防護(hù)控制。

3.3 廢物處理及去污

當(dāng)常規(guī)島的系統(tǒng)或設(shè)備，在此設(shè)計(jì)基準(zhǔn)工況下存在泄漏時(shí)。輻射防護(hù)人員需要對(duì)泄漏區(qū)域進(jìn)行表面污染取樣測(cè)量，確認(rèn)污染水平是否超過表面污染的控制值。一旦超過表面污染控制值，則需要對(duì)這些區(qū)域采取去污措施。

電廠在長(zhǎng)期運(yùn)行后，需要更換電離除鹽裝置。由于存在EDI潛在的放射性累積，對(duì)于更換下來的電離除鹽裝置，如果其放射性水平超出清潔解控水平，那么EDI單元的樹脂需要作為放射性廢物來進(jìn)行后續(xù)處理。若可以達(dá)到清潔解控的水平，那么應(yīng)當(dāng)遵照國(guó)內(nèi)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，申請(qǐng)清潔解控。在清潔解控之前需要將這些樹脂暫存到待解控廢物庫(kù)。如果電解裝置未受放射性污染，則不需要特殊包裝處理而可以作為潔凈固體廢物處理。其余更換部件可在進(jìn)行去污處理后，申請(qǐng)清潔解控。

4 結(jié)語(yǔ)

AP1000核電廠在設(shè)計(jì)上已經(jīng)充分考慮了蒸汽發(fā)生器傳熱管泄漏運(yùn)行工況下的輻射影響和傳熱管泄漏的運(yùn)行應(yīng)對(duì)措施，并對(duì)蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備和區(qū)域做出了屏蔽改進(jìn)設(shè)計(jì)。然而，這些也僅是從物理防御的角度去考慮蒸汽發(fā)生器一/二回路之間泄漏的輻射影響問題，并不能完全解決現(xiàn)實(shí)運(yùn)行過程中的輻射防護(hù)問題，如第一跨區(qū)域相關(guān)工作的輻射防護(hù)控制問題和BDS產(chǎn)生廢物處理問題。作者基于蒸汽發(fā)生器傳熱管泄漏工況下的輻射影響和現(xiàn)有的運(yùn)行應(yīng)對(duì)措施，提出了易于操作的輻射防護(hù)措施。后續(xù)隨著電廠的運(yùn)行，將逐步檢驗(yàn)并改進(jìn)針對(duì)蒸汽發(fā)生傳熱管泄漏的輻射防護(hù)措施，實(shí)現(xiàn)輻射防護(hù)最優(yōu)化和放射性廢物最小化。

參考文獻(xiàn)

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