方家山核电厂放射性热点浅析

2021-04-13周辰昊

科技视界 2021年7期

王超周辰昊黄昊

（中核核电运行管理有限公司，浙江海盐 314300）

0 前言

压水堆型核电站的放射性几乎全部来自反应堆装载燃料组件的活性区域。随着核电站的运行，腐蚀活化产物不断沉积在主系统及其辅助系统的设备、阀门、管道内壁，形成一些放射性较强（接触剂量率大于房间环境剂量率3 倍，且绝对值超过500 μSv/h）的点或局部位置，常称之为放射性热点。这些热点放射性水平较高、不易消除，是核电厂部分厂房或区域辐射水平升高的主要原因，也是造成放射性热点区域检修人员辐射剂量较高的重要因素，且因热点辐射影响区域范围较大，受照人群相对较大，虽个人剂量不大，但这种大区域、大人群、小剂量的累积，也是核电厂集体剂量的主要贡献来源，同时通过周期性热点的来源分析，能对机组的运行或维修提出改进，避免或减少热点的产生。

1 方家山机组放射性热点现状

1.1 方家山机组日常运行期间放射性热点整体情况

方家山机组截至2020 年5 月，共计放射性热点为24 个，对应的系统占比情况如表1 所示。

表1 方家山机组日常运行期间放射性热点系统占比

1.2 方家山机组大修期间RX 厂房内放射性热点整体情况

方家山机组OT104/204 大修，两机组R 厂房共计放射性热点为55 个，对应的系统占比情况如表2 所示。

1.3 方家山机组放射性热点管理现状

（1）目前没有针对核电厂典型放射性热点的优化和管控，没有进行系统的、成体系的研究。

（2）核电厂对于放射性热点管理更多关注放射性热点产生后如何进行及时有效的处理，缺少减少放射性热点沉积的前期工作，特别是缺少从设计和设备安装开始的成体系的参与或控制。

（3）放射性热点产生后的处理流程在公司管理程序中有明确的规定，但缺少细化的可操作的完整流程。

（4）放射性热点的数量相对较多，对集体剂量的贡献较大，影响机组整体区域辐射指数。

2 方家机组放射性热点沉积原理分析

2.1 设计不够合理，导致系统放射性热点沉积

对部分系统中可能流经放射性较高介质的系统，在设计上存在不足，导致现场出现放射性沉积热点，常见情况是在标高较低的区域设备呈向下的U 形结构、盲道、接合部、弯头处或一些试验盲管设置在标高较低或管道底部导致放射性热点沉积。例如：安全壳喷淋系统热点、系统疏排水管道等。

2.2 设备内部结构复杂或不合理，导致放射性热点沉积

部分设备由于其本身设备内部结构较为复杂，导致放射性热点容易沉积，常见情况是系统热交换器。例如：RCV 再生热交换器、RCV 非再生和轴封水热交换器、REN002RF 热交换器等。

2.3 系统内部本身放射介质辐射水平高，产生放射性热点

部分化学容积控制系统的管道在过滤器和净化床的前端，系统中介质辐射水平较高的情况，但是由于管道屏蔽设计不充分，现场放射性热点产生。例如：NB223 房间RCV 下泄管道。

2.4 操作不规范或异常，导致放射性热点沉积

部分涉及放射性水平较高的疏水隔离或其他操作，在操作过程中未进行有效的疏排水，或者运行控制方式不恰当，导致现场放射性热点沉积。常见情况是RCV 过滤器更换后隔离疏水导致热点沉积，TES废树脂或浓缩液罐高放射介质储存导致下游阀门热点沉积。例如：2RPE491VP 核岛输水排气管道、2RPE926VD 核岛输水排气管道等。

2.5 屏蔽设计不合理引起放射性热点产生

对系统中介质放射性比活度相对较高的管道，在其结构复杂或阀门较多的区域，应该在设计过程中予以考虑，设备永久的屏蔽或者单独作为房间仅在检修的时间窗口才考虑人员的防护。例如：M310 机组典型的区域是NA214，NB224 房间的化学容积控制系统阀门间，NA213、NB223 房间的REA011 过滤器屏蔽薄弱，以及K216、K256 房间的乏池冷却净化系统相关管道和阀门间，不应该设计在人员经常性经过的区域。

3 管理措施

放射性热点产生的原因分为热粒子沉积和系统中放射性介质的辐射水平高，其中绝大部分情况是放射性热粒子沉积，其沉积原因主要是系统结构设计不合理、设备结构复杂、运行或操作不当等因素。放射性热点因其形成原因、运行工况、所属系统、辐射水平、影响范围、危害程度等不一样，处理的方式也并不能一概而论，针对机组放射性热点的现状和放射性热点的沉积原理，可以从以下几个方面入手加强管控:

（1）长周期跟踪，大数据分析，建立典型放射性热点的系列清单；

（2）建立典型放射性热点的专项分析、处理制度；

（3）结合现场实践，采取放射性热点优化控制措施；

（4）建立可能产生放射性热点区域的管控或冲洗方案；

（5）放射性热点难题通过技术变更方式进行优化；

（6）对标同类型机组放射性热点情况，吸收和借鉴外部良好实践。

4 周期性热点成因分析及对策

方家山机组辐射热点绝大多数是都为永久性热点，经统计周期性热点为PTR601/602VB(换料水池排水阀) 和RCP121/221/321VP （1/2/3 环路冷段中压安注逆止阀）两处，现对其成因进行分析。

4.1 PTR601/602VB 处热点

4.1.1 成因分析

PTR601VB 和PTR602VB 为换料水池和堆内构件池排水阀，该阀为球形阀，用于排掉池底最后剩余残水，正常时为关闭状态，仅在装卸料后水池用PTR005PO 排水后，需要排掉池底残水时使用。

在装卸料过程中，由于换料水池中的水与冷却剂系统的水相互交互，且燃料元件上也有热粒子脱落，导致水池底部残水中含有大量热粒子，当残水通过池底滤网时大多数体积较大的热粒子被拦截，体积较小的热粒子通过滤网空隙随着残水一同流经PTR601/602VB 排往核岛疏水排气系统。流程如图1 所示。

图1 PTR601/602VB 流程图

由于现场PTR601/602VB 下方管线是开放管线，残水经过PTR601/602VB 进入一个小漏斗收集后，才排入核岛疏水排气系统（见图2）。由于漏斗下方管线管径仅有21mm，导致疏水较慢，如果漏斗上方PTR601/602VB 阀门全开会导致漏斗处满水溢流，造成地面污染，因此排水时PTR601/602VB 一般仅有三分之一开度。较小开度导致热粒子在阀门处沉积形成热点。

图2 现场图片

4.1.2 对策

通过变更，将盲板后小头不经过PTR601/602VB及原有核岛疏排管线，直接连接在新排水管线上，新排水管线包括过滤器、排水泵及排水管，通过新排水管线直接通往核岛疏水排气系统地坑。这样可有效避免热粒子在PTR601/602VB阀门处沉积，产生放射性热点。

4.2 RCP121/221/321VP 处热点

4.2.1 成因分析

RCP121/221/321VP 分别为1/2/3 环路冷段中压安注逆止阀，三个阀门均与一回路冷段相连接，作为中压安注系统注入压力容器的最后一道阀门，流程如图3 所示。正常运行时一回路中的腐蚀活化产物随着一回路冷却剂循环至阀门后端沉积，形成放射性热点。大修时由于余热排出系统返回管线在RCP121/321VP 上游，在余热排出系统投入后，对RCP121/321VP 处沉积的腐蚀活化产物有一定的冲刷作用，促使RCP121/321VP 处的热点剂量率有一定的降低。

4.2.2 对策

中压安注系统在一回路压力1.5MPa 时，进行隔离，防止中压安注箱中的氮气进入一回路，影响一回路自然循环。可以考虑，在一回路压力降至1.5MPa后，适当短暂开启中压管线电动隔离阀（RIS001/002/003VP）。用部分中压安注箱中的干净硼酸溶液对RCP121/221/321VP 阀门沉积热点进行冲洗，这样既可以有效降低大修时RCP121/221/321VP 处热点剂量率水平，也不会造成氮气进入一回路影响自然循环。