田灣核電站3、4號機組設計改進

李 強，周哲俊

(江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222042)

田灣核電站3、4號機組設計改進

李 強，周哲俊

(江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222042)

在田灣核電站3、4號機組設計過程中，對于設計改進管理體系的建立、改進建議的收集和評價、設計改進項實施過程控制進行專題介紹。重點分析了破損燃料組件探測系統、主泵葉輪制造方式、冷卻劑凈化系統改進的原因和采取的優化方案。

核電站；設計改進；經驗反饋

田灣核電站位于江蘇省連云港市連云區，廠區按照建設8臺百萬千瓦級壓水堆核電機組規劃。一期工程建設2臺單機容量106萬kW的俄羅斯AES-91型壓水堆核電機組，設計壽命40年，年平均負荷因子不低于80%，年發電量140億kW?h。AES-91型壓水堆核電機組是俄羅斯在總結了近20臺百萬千瓦級WWER型機組的設計、建造和運行經驗的基礎上做出的改進型設計，其設計思想與歐洲先進壓水堆核電機型EPR相同，采用的工程措施也與EPR相似。為了提高機組安全性，2臺機組采取了一系列重要措施，主要包括安全系統采用完全獨立和實體隔離的4通道、堆芯熔融物捕集器、全數字化儀控系統、反應堆廠房雙層安全殼、非能動安全殼消氫系統、高壓應急濃硼注入系統、第七通道電源等安全設備和系統。其設計優于當前世界上正在運行的絕大部分壓水堆核電站，安全性已達到國際上第三代核電站水平。

田灣核電站一期工程于1999年10月20日開工建設，1、2號機組分別于2007年5月17日和8月16日先后投入商業運行。1、2號機組投入商業運行后，創造了第一個燃料循環均未發生停機或停堆事件的良好運行紀錄。2臺機組在運行和大修期間，輻射防護措施有效，個人和集體劑量得到有效控制，三廢排放遠低于國家控制標準，機組各項性能指標優良，創造了良好的運行業績、經濟效益和社會效益。

在成功建設和安全高效運營1、2號機組的基礎上，中俄兩國繼續合作建設田灣核電站3、4號機組，采用翻版加改進的原則進行設計建造。改進主要側重于吸取1、2號機組土建、安裝、調試和運行期間的經驗，采用先進的技術及設計理念，進一步提升機組的安全性和經濟性。

1 設計改進的工作組織

2007年，田灣核電站1、2號機組先后投入商業運行后，江蘇核電有限公司就開始開展對1、2號機組的經驗反饋工作。經驗反饋主要側重于一期工程建設過程中的重要設備不符合項，1、2號機組建造、運行實踐的經驗反饋，以及如何更好地滿足新法規和新技術的要求等。公司向內外所有參建單位發出了征集設計經驗反饋的建議，集思廣益，從不同的單位、不同的技術角度，最大程度地收集正反兩方面的經驗和教訓，在此基礎上對這些素材加以分析和整理。

1.1 策劃及制定工作程序

為了使整個工程設計改進工作能有章可循，工作之初公司就開展了詳細的策劃，并利用協調會的契機，與俄方總承包方（ASE）和中國核電工程有限公司（CNPE）等單位就策劃方案進行了充分的溝通，最終簽署并生效了《設計改進管理》程序，這是一份指導田灣核電站3、4號機組工程設計改進工作的制度性文件，對各單位的職責、分工和工作流程做了詳細的規定，并包含了具體的工作細則。同時在公司內部也簽署并生效了《設計改進項管理》程序，對公司內各部門的職責和分工給出了規定。

1.2 設計改進建議的收集和審議

設計改進建議收集工作從2007年開始，持續到2010年年底，總計從公司各部門、俄羅斯設計院、中方設計院以及其他相關單位收集到上千項反饋經驗。在此基礎上，公司本著“審慎審議”的原則組織公司技術力量對這些經驗進行了初步分析和整理。經公司技術委員會十幾次會議的審議，確定了500余項與俄羅斯設計院溝通的設計改進建議。

1.3 設計改進建議技術分析，形成設計改進項

為了保證設計改進建議能夠得到俄羅斯設計院的參與和執行，從對俄合同談判期間就開始與俄談判、協商落實設計改進建議。首先在合同中確定田灣核電站的建設原則必須考慮必要的改進，并制定了設計改進項的工作程序。其次在雙方技術交流過程中逐一落實每一條設計改進建議，俄羅斯設計院對每一條設計改進建議都進行技術分析，并按照程序規定給予正式答復。對與俄方分析和討論的結果與公司技術委員會的決定有沖突或不適用的項目，再次向公司技術委員會報告，以確定最終決定。

1.4 采用信息化的手段，對設計改進項實施過程控制

為了對整個設計改進項過程進行動態管理，公司構建了設計改進管理數據庫，對設計改進的工作過程進行控制，利用信息共享平臺，全面實現數據自動更新，并將設計改進按照專業、系統和重要級別分類，利用公司內部網站發布最新進展。

2 重大設計改進項

經中俄雙方達成一致由設計改進建議轉為將要實施的改進項總計有300余項，主要涵蓋了對一期工程質量進度產生較大影響的重要設備不符合項、工程建造、運行實踐反饋的設計缺陷和新版法規標準和技術進步的要求等方面。其中重要設計改進項有21項，詳細清單見表1。下面以主泵葉輪制造方式改進和增加破損燃料組件氣體探測系統為例對設計改進的緣由及決策過程進行說明。

表1 田灣核電站3、4機組重要設計改進項Table 1 The major design improvements of Tianwan nuclear power station unit 3 & 4

2.1 破損燃料組件探測系統改進

WWER機組原設計中破損燃料組件檢測采用的是基于瓶水法（bottle water method）的破損組件探測系統（DADS），通過取樣分析對乏燃料組件進行密封檢測，該系統檢測時耗時長，消耗硼酸量大。

從2001年起，在俄羅斯國內WWER-1000核電站中開始采用破損燃料組件氣體探測系統，使用燃料操作機豎桿中的燃料棒包殼泄漏檢測系統（FHM LCCS），并已取得了良好的運行經驗。如果需要在停堆時進行燃料棒包殼泄漏檢查，該燃料循環所有的FA都在運送到乏燃料水池格架或移動到堆芯中的其他柵格期間，使用FHM LCCS進行檢查。僅對采用FHM LCCS檢查后發現泄漏的燃料組件，采用破損組件探測系統（DADS）檢查其泄漏程度，并依據燃料組件失效準則確定其繼續入堆運行的可行性。

采用FHM LCCS的優點是：系統安裝在換料機套筒內，在抽取燃料組件時完成燃料組件密封性檢查，檢查時間不超過5 min，可以在換料燃料組件抽取轉運的過程中完成，不占用額外的工期；減少了在DADS中檢查的燃料組件數量，所以大大縮短了燃料組件檢查時間；大大減少了在DADS瓶內檢查燃料組件所產生的放射性廢液數量；大大減少了人員的輻照劑量。

因FHM LCCS的上述優勢故在3、4號機組設計中增設氣體在線檢測系統（見圖1），且繼續保留DADS系統，以保證精確測量。

圖1 破損燃料組件氣體探測系統Fig.1 The gas defective assembly detection system

2.2 主泵葉輪制造方式改進

一期主泵葉輪與蓋板連接處出現過未焊透缺陷，經對缺陷研究分析，認為葉輪上的未焊透缺陷屬于制造葉輪時存在的結構性未焊透。俄核電站主泵原由蘇梅主泵廠（烏克蘭）制造，田灣核電站1、2號機組主泵改由俄羅斯LMZ制造廠提供，而LMZ廠在焊接過程中缺少了一道對于表面未焊透缺陷焊接修補的工序，最終按照確定的工藝對葉輪表面未焊透缺陷進行了焊接修補處理。

由于一期主泵葉輪的制作工藝使其焊接和檢查均較困難，同時易產生結構性未焊透缺陷，因此在3、4號機組對工作葉輪的制造工藝進行優化改進，即將葉輪分為上下兩部分，整體鍛造加工然后上下部分對接焊，新的葉輪制造工藝排除了葉片與蓋板存在結構性未焊透缺陷的可能性。改進后的主泵葉輪如圖2所示。

2.3 冷卻劑凈化系統改進

圖2 改進后的主泵葉輪結構Fig.2 The improved structure of Reactor coolant pump

冷卻劑凈化系統（KBE）用于凈化一回路冷卻劑中的機械雜質和離子雜質，并把凈化后的水返回一回路。原設計系統由兩個離子交換序列組成，不設機械過濾器。由于離子交換器對各種離子的動態吸附，在凈化冷卻劑的同時，系統可能會造成一回路水化學工況的改變。

冷卻劑貯存系統（KBB）有一項輔助功能是用來去除一回路過剩的堿金屬離子，并把冷卻劑返回一回路。根據一回路水化學運行規程的規定，K+的允許濃度與硼酸濃度呈線性關系，因此在燃料循環末期，堿金屬離子濃度也應該下降，KBB陽床定期投入運行以去除堿金屬離子。

田灣核電站一回路除氣器設置在容積和硼控系統（KBA）內，KBB在除堿金屬離子時冷卻劑必須先經除氣器除氣，造成了一回路H2濃度降低，為此，需要補充氨水以恢復一回路H2濃度，但是冷卻劑中過量的NH3+又將KBE系統中的K+置換了出來，K+通過除氣器再進入KBB系統的陽床，現成了一個惡性循環。為了解決這個問題，一期將KBE的備用序列獨立出來，不經過冷卻劑飽和，用這個干凈的KBE序列代替KBB完成除堿金屬離子的功能，這樣雖然解決了K+循環，但KBE失去了備用序列。

為了徹底解決該問題，經中俄雙方專家多次協調會協商討論決定在3、4號機組設計中將在KBE系統中增加一個序列，3個并聯序列分別含有混床、混床和陽床。兩個混床用于凈化一回路冷卻劑，互為備用，陽床去除堿金屬離子。改進后的KBE系統流程如圖3所示。

3 總結

田灣核電站3、4號機組建設過程中，始終把吸收和借鑒一期的建設和運行經驗，優化機組的設計，提高機組的安全性、經濟性和降低項目建設風險作為一項重要任務。從項目啟動之初，建立了較為完善的制度并利用信息化的管理平臺對每一項設計改進建議進行跟蹤落實；在問題的收集、整理過程中充分調動公司的技術力量，按照“廣泛收集、審慎審議”的原則通過技術委員會專家進行討論確定，并且通過與俄方的面對面的交流，深入分析改進的必要性和制定可行的改進方案。通過這些設計改進項優化了設計，為提高機組的安全性、經濟性和降低項目建設風險奠定了基礎。

[1] The Report on Major Design Modifications and Improvements，JSC SPAEP.

Design Improvement on Tianwan Nuclear Power Station Unit 3&4

LI Qing，ZHOU Zhe-jun
（Jiangsu Nuclear Power Corporation，Lianyungang of Jiangsu Prov. 222042，China）

This article describes the establishment of the design improvement management, the collection and estimate of design improvement suggestion, the process control of design improvement execution in the design stage of Tianwan Nuclear Power Station Unit 3 & 4. It emphasizes the improvement reasons and improvement measure for damaged fuel assemblies detection system, manufacturing methods of the main pump impeller, coolant purification system.

nuclear power station；design improvement；experience feedback

TL35 Article character：A Article ID：1674-1617(2012)02-0110-08

圖3 改進后的KBE系統流程圖Fig.3 The improved flow diagram of KBE system

TL35

A

1674-1617(2012)02-0110-08

2012-04-08

李 強（1962—），男，山東齊河人，博士，從事核電項目管理工作。