移动式放射性水回路热点处理装置的设计与应用

陈健菠 陈坚 杨岩

（福建宁德核电有限公司 福建福鼎 355200）

移动式放射性水回路热点处理装置的设计与应用

陈健菠 陈坚 杨岩

（福建宁德核电有限公司 福建福鼎 355200）

在压水堆核电站，因活化腐蚀产物的沉积，在系统中形成了热点，其辐照水平往往很高，影响生产维修工作，增加电站工作人员集体剂量。本文在总结借鉴其它处理方法的基础上，介绍一种移动式热点处理装置，其特点是，可移动接近热点区域并实施热点清除；为捕获热粒子，装置配备了过滤和除盐单元；为保护装置操作人员，装置对动力、过滤和除盐单元增加了辐射屏蔽保护。本装置在某厂大修实践应用中，表现了明显的热点清除效果，同时针对装置应用过程中的不足，提出了改进建议。

热点；过滤；除盐；处理

1 背景

在压水堆核电站，沉积在一回路的活化腐蚀产物是电站集体剂量的主要贡献者，高达80%～90%[1]。它们产生于电站结构基材内表面，被冷却剂带入堆芯活化后再被释放沉积在系统内壁；在大修期间的氧化还原工艺作用下，又被剥离[2]。

被剥离的活化腐蚀产物虽能被系统逐步滤除，但仍有一部分会沉积在回路死角；它们不仅单体辐照水平高，富集叠加起来的水平更高，于是在系统中就出现了热点，接触剂量率高达Sv级；按照电站辐射安全管理制度，禁止人员在热点周边工作，它们给电站的安全管理带来了风险和障碍。因此，必须去除这些热点。本文阐述一种移动式放射性水回路热点处理装置，并在大修现场实践应用。

2 常见处理方式及评价

2.1 系统冲洗

持续局部循环，将热粒子向下游冲洗，再利用下游的过滤器或除盐床净化。

2.1.1 优点。（1）利用系统自身的循环净化功能，无需新增设备、无需制定新的运行方案。（2）也能实现自动化、远程操作，减少就地操作，降低集体剂量。

2.1.2 不足。（1）净化不能全面、彻底。正因为是冷却剂没有将热粒子带走而形成的热点，继续使用系统自身的循环未必能将热点全部去除。即便是通过流量的调整进行扰动，但仍会残留；接触剂量率会有所降低，但降低程度有限。（2）对系统的占用时间长，延误电站生产计划，影响经济效益。（3）增加电站资源消耗，增加运营成本。

2.2 压缩空气吹扫

隔离、排空存在热点的设备，两端开口，利用压缩气体正、反向多次吹扫；在下游安装过滤器，吸附、拦截冲出的热粒子。

2.2.1 优点

利用电站现有资源，工艺简单、易实施；可正反向吹扫。

2.2.2 不足

（1）开工先决条件苛刻。要求两端能隔离、能开口，能安装吹扫和收集设施；还要求被吹扫设备弯头少、长度短。

（2）存在设备内不明状态的放射性物质被释放、且未被下游过滤器拦截的可能，存在人员内污染的隐患。

（3）设备自身结构复杂，影响吹扫效果。

2.3 割管处理

隔离、排空、拆卸存在热点的设备；重新安装新设备，或离线去污后再回装。

2.3.1 优点。能彻底清除热点。

2.3.2 缺点。（1）对系统的占用时间长，延误电站的生产计划，影响电站经济效益。（2）外照射风险高，集体剂量高。（3）核岛空间狭小，施工难度大。

使用上述传统处理方式处理热点，代价大、风险高、效果差。可见，需要寻找一种新型的处理工艺和装置，既能安全、快捷、高效的去除热点，还能控制风险、降低集体剂量、提升电站经济效益。

3 移动式放射性水回路热点处理装置的设计原理和功能

移动式放射性水回路热点处理装置（下简称“装置”）的原理是通过动力单元将带有热粒子的流体提升到装置中，由过滤和除盐单元将流体中的颗粒滤除、将Co、Cs、Ag等典型核素净化[3]；利用回流单元将沉积的热粒子扰动起来后，再通过进水单元引入装置，形成闭路循环、持续处理，达到转移热粒子、消除热点进而控制外照射风险、降低环境剂量的目的；并通过压差、剂量和流量的监测控制运行参数。

该装置通过对热点的处理，不仅能有效降低环境剂量率、减少外照射风险、为检修工作创造良好条件；还在工作过程中采取有效措施实践“合理可能尽量低”的辐射防护最优化原则，确保照射风险和集体剂量能得到有效控制：不仅该装置主要单元安装了铅板，并预留了挂点，必要时可附加铅皮以增强自屏蔽效果；吸附了热粒子的滤芯也可安全、快捷的更换，再利用电站现有工艺处理；可实现远程控制，体积小、重量轻、具有良好的可移动性，便于现场灵活布置。

该装置具有上述优点，较常见处理方式在工艺流程、风险控制、经济效益等方面都具有明显优势。

4 装置结构

该装置由进水单元、动力单元、过滤单元、除盐单元、回水单元、压差监测单元、剂量监测单元、流量监测单元八个模块组成。

4.1 进水单元。其功能是在泵的作用下，将系统中含有热粒子的流体引入装置。有两种不同的接入方式：一种是直接接在系统上；还可以将换向吸头插入系统内部的热点区域，进行抽吸。

4.2 动力单元。其功能是为净化流体提供动力。该单元主要由气动隔膜泵、压力调节阀等组成。整个单元外设支架，安装铅板，设不锈钢敷面；设制动滑轮、吊耳、接液措施等。该单元尺寸（长×宽×高）不大于：450mm×450mm×900mm。

4.3 过滤单元。其功能是将流体中粒径＞5μm的杂物滤除，保护下游除盐单元。该单元主体是一个过滤器；其法兰面使用快开活节螺栓固定，使用插拔式标准口径优质滤芯，可快速更换。该单元支架同动力单元，但铅板加厚。

4.4 除盐单元。其功能是将流体中的典型核素通过除盐柱净化，进一步降低放射性水平。该单元主体是一个除盐器；其法兰面使用

快开活节螺栓固定，使用插拔式标准口径优质除盐柱，可快速更换。该除盐柱具有较强的选择性，对典型核素选择性去除率高。该单元支架同过滤单元。

4.5 压差监测单元。用于监测过滤和除盐单元的压差，作为更换过滤器和除盐器的指示参数。

4.6 剂量监测单元。用于监测过滤和除盐单元的外表接触剂量率，作为更换滤芯和除盐柱的指示参数。该单元主要由探头、远程剂量读取仪表组成。

4.7 流量监测单元。用于计量已处理的流体体积，结合化学指标和除盐柱的最大交换容量评估除盐单元工作状态。由一个浮子流量计组成。

4.8 回流单元。通过回流将沉积的热粒子扰动起来，以便通过进水管将这些扰动起来的热粒子引入装置；形成闭路循环、持续处理。

5 工艺流程

5.1 系统工作流程

图1 装置工艺流程图

5.2 装置的安装

按图1连接设备。首先将进水管接入或将换向接头插入设备中，并将出水管接回或插回设备内热点区域。再连接将气动泵的动力管线；此时，压力调节阀开度应为0。将剂量监测单元的探头安装在过滤和除盐单元的预定位置，开启仪表，示数稳定后记录初始值；记录这两个单元的初始压差。

5.3 装置的运行

检查确认装置已按工艺连接好，全开水路阀门（气路阀门仍关闭）。在低本底区域开启压力调节阀，控制流量。带有热粒子的流体经泵提升进入过滤单元，大粒径杂质被拦截；再流经除盐单元，放射性核素得到净化。这些经过处理的流体再回流到系统中，将沉积的热粒子扰动起来；扰动起来的热粒子再被抽入装置，循环净化。

运行过程中应及时监测压差和接触剂量率，根据数据判断装置的工作状态和对热点的处理效果。

（1）当压差或接触剂量率达到预定值时，停运设备，更换过滤单元滤芯。（2）当压差、接触剂量率或累计净化容量达到预定值时，停运设备，更换除盐单元除盐柱。

通过装置对含有热粒子的流体进行持续的循环过滤和除盐处理，达到去除热点的目的。当过滤和除盐单元的接触剂量率升高趋稳后，再次测量系统曾经的热点区域；当其接触剂量率和环境剂量率下降到可接受的范围，停运、拆除装置，向后续工作移交场地。

6 安全控制

6.1 辐射安全

6.1.1 外照射风险。该装置在转移了系统中的热粒子后，其放射性水平升高。但其本体已安装一定厚度的铅板；同时可根据需要附加铅皮，能有效控制外照射风险。在工作结束前使用SED水冲洗管路并空转1mim，将装置内的残水排尽，降低本体剂量。同时，该套装置可远程操作和监测，设有快开螺栓、使用插拔式标准接口可快速更换滤芯，能有效降低受照风险和集体剂量。

6.1.2 污染扩散风险。采取如下措施防止残液洒落：设有接液盘；设备停运后，关闭阀门，再用塑料袋扎口。

6.2 工业安全

选用优质不锈钢加工，本体强度充裕；对容器开展了水压和密闭性试验。均采用制动滑轮，防止装置工作期间的滑动。

7 应用实践

在某滨海核电站的十年大修中，某阀门故障；但该处的接触剂量率高达3.7Sv/h、1m远处环境剂量率达400mSv/h，判断该处有热粒子聚集。该缺陷必须处理，否则制约后续“一回路水压试验”关键路径；按照电站辐射安全管理制度，禁止人员在热点周边工作。此期间设备满水且开口；使用本装置对这个热点持续循环处理，成功将其接触剂量率下降到30mSv/h、1m远处环境剂量率下降到800μSv/h，为检修工作创造了安全条件。

但该装置的放射性水平明显增加：过滤单元废滤芯的接触剂量率达2.1Sv/h、除盐单元废交换柱的接触剂量率达0.8Sv/h、动力单元的接触剂量率达5.3mSv/h。过滤单元铅屏蔽外接触剂量率为480mSv/h（过滤单元直接使用行车吊入屏蔽桶内转移），本体具有一定自屏蔽能力。且在使用、转移过程中，防跑水措施严密，未发生污染扩散事件。整个处理过程，集体剂量为3.2man.mSv。装置性能得到了进一步验证。相关数据见表1、表2：

表1 热点处理前后阀门辐射水平对比

表2 热点处理前后装置接触剂量率对比

8 结语

实践表明，该装置对处理系统热点效果良好（见表1、表2），明显的降低了热点区域的接触剂量率和环境剂量率，为检修工作创造了良好条件，为电站集体剂量控制做出了贡献；该装置能实施远程控制和监控，特别是过滤和除盐单元采用标准接口、采用插拔式作业可快速更换失效的滤芯，加上自身的屏蔽措施，保证整个热点处理过程风险可控，集体剂量低。同时，该装置在热点处理过程中，对系统的占用时间短、对大修关键路径的影响小、投入少，是电站降本增效的良好措施之一。

但该装置对复杂管路内的热点处理难度大，主要原因是进出水单元不能“随意”的进入设备内部任一区域，尚需在实践中不断优化，以满足不同工况下的热点处理需要。

[1]付亚茹,梅其良,潘楠,李怀斌.CORA程序介绍和在腐蚀产物控制措施上的应用[J].辐射防护,2014,34(1)∶337-342.

[2]熊军,蒋振宇,唐邵华.CPR1000停堆开盖一回路冷却剂中58Co放射性浓度分析[J].辐射防护,2013,33(4)∶21-25.

[3]黄雅文.几种高选择性无机离子交换剂在放射性废水处理中的应用[J].辐射防护通讯,2009,29(6)∶16-20.

陈健菠（1981-），男，2005年7月毕业于东北电力大学应用化学专业，获学士学位，工程师。