核取样系统设计优化汇编及进一步优化探究

    刘亚光 赵巍

    中图分类号：TM632 文献标识：A 文章编号：1674- 1145（2020）02- 155- 02

    摘 要 本文结合某核电机组核取样系统的最新设计，综合梳理自机组引进后核取样系统的重要设计改进，对改进原因进行分析，对改进项的效果以及对后续工程的影响进行总结，同时对部分拟改进项进行可行性探索。旨在为核取样系统合理的安全配置、便捷的取样操作等方面提供建设性的思路和参考意见，并在满足电厂水化学及放射性水化学样品收集、检测功能的基础上，降低取样操作的辐射水平提供可能的方案。

    关键词 核取样 优化汇编 优化探究

    一、系统设计说明

    核取样系统可通过手动或者自动集中抽取供化学分析和放射性化学分析用的液体样品和气体样品。

    样品从下列各系统抽取：

    ——反应堆冷却剂系统；

    ——废液废气处理系统；

    ——蒸汽发生器二次侧系统；

    ——其他辅助系统。

    样品被送往核取样间和二次侧取样间。系统在功率运行或热备用期间，通过与插入限值有关的控制棒束位置来检测硼浓度的快速变化。

    在热停堆、正常冷停堆、换料或维修停堆期间，对反应堆冷却剂硼浓度的连续监测，指示了有效停堆裕量并允许对反应堆冷却剂误稀释进行检测。

    该系统对排放前废物特性的监测，为环境保护提供了保证。

    此外，该系统还具有很重要的事故后功能。它可以从反应堆冷却剂系统和安全壳喷淋系统收集高放射性的液体样品，也可从蒸汽发生器排污系统取样，来检查一次侧向二次侧可能的泄漏。因此，核取样系统有助于事故的诊断和控制。

    二、系统改进

    核取样系统因样品的放射性特性，其不同于一般的工业及化学工程的取样操作。在核电机组引进后，随着运行经验的积累和发现的问题，设计方在新项目的设计中以及在运机组的运行中，进行了较多适应性的修改，以下改进为节选了部分较为典型的案例进行叙述。

    （一）增加作为稳压器汽相空间扫气的通道的改进

    在停堆氧化的过程中，需要稳压器汽相进行扫氢的操作，将稳压器的汽相空间的氢气排到硼回收系统的前贮槽。因此利用了已有的对稳压器汽相空间的取样通道，将氢气通过取样管线排向取样终端。该改进方便了扫气期间的操作，在许多同类型的百万机组中也得到了应用。

    在后续的工程中。可以在稳压器取样管上新增一条支管直接连接到通风柜。这样减少了通过手套箱管线，同时也减少了手套箱的开孔。为优化稳压器汽相空间的扫气操作，通过在核取样系统增设扫气管线，将稳压器汽相的蒸汽排放到硼回收系统的前贮槽。

    （二）增加人员防护和减少取样污染的改进

    相分离器变更为移动式氢分析仪的改进。系统中的气液相分离器的设置，是为了对已知体积的反应堆冷却剂样品进行脱气，从而取得为实验室分析用的溶解气体和脱过气的水，主要用于反应堆运行期间溶解氢的分析，为溶解氢在线表的校准提供依据。该装置分析分析样品的需要时间很长，操作繁琐。分析人员长时间靠近装置内样品易造成较多的辐射剂量。为解决上述问题采用了更为便捷的移动式氢分析仪来进行测量。该仪表具有便于携带，操作方便等特点。对于以后的工程，还应继续跟踪溶解氢先进的测量手段和测量方法。一旦新技术成熟，还应继续进行该类改进。

    （三）气体取样管线阀门改造

    核取样系统主要的高压取样管线上都设置了闭环调节阀以自动调节取样管线的压力。但是项目引进时供货的减压阀调节能力性能差，而且附近的取样管线也布置不合理，影响操作。

    在前期工程建设中，对阀门和取样管线都进行了改进。但是由于取样间空间有限，而且仪表和阀门国产化带来了设置体积的增加。该改进最终并未实施。在以后的工程中，随着国产化设备的制造技术越来越高，对核取样间的布置优化仍是核取样系统改进的一个方向。

    （四）流量计选型的改进

    REN系统的流量计在前期工程中采用了煤气表式的流量计。但是性能较差。随后在改造中选型采用了电磁式流量计。电磁流量计对电导率有一定的最小值要求。在调试运行阶段。由于电站启动初期特殊的除盐水冲洗原因，电磁流量计在调试初期出现了不能读数的情况。但是经过最初的一段时间后，随着电导率的提升，电磁流量计已能正常工作。该经验对于以后工程的仪表选型有一定的经验意义。

    除去以上的一些改进，还有一些因为各种原因取消的改进。通过这些改进尝试，对核取样系统的设计进行了方方面面的优化。对于一些未达到理想效果的改进也对核取样系统的持续优化提供了很好的指导意义，也为以后继续类似的改进提供了宝贵的经验。对于以后的工程除了上述的改进以外，还应根据工程技术和测量技术的发展，不断优化核取样的手段和测量方式。使系统的设计进一步优化。

    三、系统优化探究

    本文将结合先进的实验室仪器，综合考虑取样系统方案配置，简化一回路反应堆冷却剂取样方式。同时结合一回路水化学和放射性水化学的技术要求，统筹反应堆冷却系统、余热排出系统、化学与容积控制系统取样获取的时机和样品检测的内容，通过减少取样管线、减少冷却剂消耗、减少取样产生的废液、减小取样间放射性水平等方面提高反应堆冷却剂取样的先进性和经济性。

    反应堆冷却剂系统取样配置

    2号环路SG上游、3号环路SG上游取样管线用于在线自动测量硼浓度，手动测量殘渣、可溶性气体、总的γ谱。测量目标为监测负反应性余量、监测反应堆冷却剂中的腐蚀产物、测量气体中的总放射性、反应堆冷却剂中的H2含量。另外还用于事故后取样，以检查放射性、硼含量等，系统配置见图1。

    （一）干渣取样管线优化

    目前实验室使用γ频谱仪，可以直接对液体样品的固体悬浮物质进行成分测量，所有低温冷却器上游的干渣取样管线全部取消。

    （二）2号、3号环路冗余优化

    在机组功率运行时，硼表连续运行连接在2号环路SG上游取样管线上，3号环路SG上游取样管线为备用管线。根据一回路化学规范，如果硼表不在线，需8小时手动测量一次。在此工况下，核取样系统设计汇编及进一步优化探究净化上游硼浓度与一回路内成分相同，可以在化容系统净化上游取样管线上连接硼表，对此删除3号环路取样点及取样管线的设置，在化容系统连接氢表的取样管线上增加三通，连接硼表进行硼浓度监测，改进方案见图2：

    （三）稳压器液相取样管线优化

    稳压器液相取样用于从热停堆转换到热备用时，验证反应堆冷却剂系统和稳压器的硼浓度的一致性。余排系统热交换器下游取样点与该取样管线共用，其功能为在冷停堆期间测量。为了防止反应堆冷却剂回路的误稀释，在启动余排系统系统之前比较余排系统和冷却剂系统和硼浓度。该取样管线在机组功率运行期间，均处于隔离或备用状态。根据水化学技术规范要求，可以将该取样管的取样功能与2号环路SG上游取样管线及稳压器气相取样管线进行优化如下。即将余排系统换热器下游取样管线的取样点放置在2号环路SG上游取样管线上；将稳压器液相取样管线与稳压器气相管线共用，分别设置安全壳内部隔离阀对两个取样点进行隔离。优化后方案见图3。

    四、结语

    （一）取样系统设计方案以一回路水化学技术规范为设计依据，在充分考虑各取样点投运时机和实施频率的基础上，进一步整合系统资源，提高系统取样管线的利用率。

    （二）统筹实验室试验能力与取样方案进行综合配置，结合先进的试验设备，对取样方式进行优化，加强了核取样系统与核岛实验室的匹配程度，节约了不必要的取样资源，对于优化系统的统筹配置具有良好的效應。

    （三）在简化配置的核取样系统中，同时减化了机组运行的取样操作规程，降低了人员操作失误，对机组运动的安全性有显著提高。