核取樣系統設計優化匯編及進一步優化探究

劉亞光 趙巍

中圖分類號：TM632 文獻標識：A 文章編號：1674- 1145（2020）02- 155- 02

摘 要 本文結合某核電機組核取樣系統的最新設計，綜合梳理自機組引進后核取樣系統的重要設計改進，對改進原因進行分析，對改進項的效果以及對后續工程的影響進行總結，同時對部分擬改進項進行可行性探索。旨在為核取樣系統合理的安全配置、便捷的取樣操作等方面提供建設性的思路和參考意見，并在滿足電廠水化學及放射性水化學樣品收集、檢測功能的基礎上，降低取樣操作的輻射水平提供可能的方案。

關鍵詞 核取樣 優化匯編 優化探究

一、系統設計說明

核取樣系統可通過手動或者自動集中抽取供化學分析和放射性化學分析用的液體樣品和氣體樣品。

樣品從下列各系統抽取：

——反應堆冷卻劑系統；

——廢液廢氣處理系統；

——蒸汽發生器二次側系統；

——其他輔助系統。

樣品被送往核取樣間和二次側取樣間。系統在功率運行或熱備用期間，通過與插入限值有關的控制棒束位置來檢測硼濃度的快速變化。

在熱停堆、正常冷停堆、換料或維修停堆期間，對反應堆冷卻劑硼濃度的連續監測，指示了有效停堆裕量并允許對反應堆冷卻劑誤稀釋進行檢測。

該系統對排放前廢物特性的監測，為環境保護提供了保證。

此外，該系統還具有很重要的事故后功能。它可以從反應堆冷卻劑系統和安全殼噴淋系統收集高放射性的液體樣品，也可從蒸汽發生器排污系統取樣，來檢查一次側向二次側可能的泄漏。因此，核取樣系統有助于事故的診斷和控制。

二、系統改進

核取樣系統因樣品的放射性特性，其不同于一般的工業及化學工程的取樣操作。在核電機組引進后，隨著運行經驗的積累和發現的問題，設計方在新項目的設計中以及在運機組的運行中，進行了較多適應性的修改，以下改進為節選了部分較為典型的案例進行敘述。

（一）增加作為穩壓器汽相空間掃氣的通道的改進

在停堆氧化的過程中，需要穩壓器汽相進行掃氫的操作，將穩壓器的汽相空間的氫氣排到硼回收系統的前貯槽。因此利用了已有的對穩壓器汽相空間的取樣通道，將氫氣通過取樣管線排向取樣終端。該改進方便了掃氣期間的操作，在許多同類型的百萬機組中也得到了應用。

在后續的工程中。可以在穩壓器取樣管上新增一條支管直接連接到通風柜。這樣減少了通過手套箱管線，同時也減少了手套箱的開孔。為優化穩壓器汽相空間的掃氣操作，通過在核取樣系統增設掃氣管線，將穩壓器汽相的蒸汽排放到硼回收系統的前貯槽。

（二）增加人員防護和減少取樣污染的改進

相分離器變更為移動式氫分析儀的改進。系統中的氣液相分離器的設置，是為了對已知體積的反應堆冷卻劑樣品進行脫氣，從而取得為實驗室分析用的溶解氣體和脫過氣的水，主要用于反應堆運行期間溶解氫的分析，為溶解氫在線表的校準提供依據。該裝置分析分析樣品的需要時間很長，操作繁瑣。分析人員長時間靠近裝置內樣品易造成較多的輻射劑量。為解決上述問題采用了更為便捷的移動式氫分析儀來進行測量。該儀表具有便于攜帶，操作方便等特點。對于以后的工程，還應繼續跟蹤溶解氫先進的測量手段和測量方法。一旦新技術成熟，還應繼續進行該類改進。

（三）氣體取樣管線閥門改造

核取樣系統主要的高壓取樣管線上都設置了閉環調節閥以自動調節取樣管線的壓力。但是項目引進時供貨的減壓閥調節能力性能差，而且附近的取樣管線也布置不合理，影響操作。

在前期工程建設中，對閥門和取樣管線都進行了改進。但是由于取樣間空間有限，而且儀表和閥門國產化帶來了設置體積的增加。該改進最終并未實施。在以后的工程中，隨著國產化設備的制造技術越來越高，對核取樣間的布置優化仍是核取樣系統改進的一個方向。

（四）流量計選型的改進

REN系統的流量計在前期工程中采用了煤氣表式的流量計。但是性能較差。隨后在改造中選型采用了電磁式流量計。電磁流量計對電導率有一定的最小值要求。在調試運行階段。由于電站啟動初期特殊的除鹽水沖洗原因，電磁流量計在調試初期出現了不能讀數的情況。但是經過最初的一段時間后，隨著電導率的提升，電磁流量計已能正常工作。該經驗對于以后工程的儀表選型有一定的經驗意義。

除去以上的一些改進，還有一些因為各種原因取消的改進。通過這些改進嘗試，對核取樣系統的設計進行了方方面面的優化。對于一些未達到理想效果的改進也對核取樣系統的持續優化提供了很好的指導意義，也為以后繼續類似的改進提供了寶貴的經驗。對于以后的工程除了上述的改進以外，還應根據工程技術和測量技術的發展，不斷優化核取樣的手段和測量方式。使系統的設計進一步優化。

三、系統優化探究

本文將結合先進的實驗室儀器，綜合考慮取樣系統方案配置，簡化一回路反應堆冷卻劑取樣方式。同時結合一回路水化學和放射性水化學的技術要求，統籌反應堆冷卻系統、余熱排出系統、化學與容積控制系統取樣獲取的時機和樣品檢測的內容，通過減少取樣管線、減少冷卻劑消耗、減少取樣產生的廢液、減小取樣間放射性水平等方面提高反應堆冷卻劑取樣的先進性和經濟性。

反應堆冷卻劑系統取樣配置

2號環路SG上游、3號環路SG上游取樣管線用于在線自動測量硼濃度，手動測量殘渣、可溶性氣體、總的γ譜。測量目標為監測負反應性余量、監測反應堆冷卻劑中的腐蝕產物、測量氣體中的總放射性、反應堆冷卻劑中的H2含量。另外還用于事故后取樣，以檢查放射性、硼含量等，系統配置見圖1。

（一）干渣取樣管線優化

目前實驗室使用γ頻譜儀，可以直接對液體樣品的固體懸浮物質進行成分測量，所有低溫冷卻器上游的干渣取樣管線全部取消。

（二）2號、3號環路冗余優化

在機組功率運行時，硼表連續運行連接在2號環路SG上游取樣管線上，3號環路SG上游取樣管線為備用管線。根據一回路化學規范，如果硼表不在線，需8小時手動測量一次。在此工況下，核取樣系統設計匯編及進一步優化探究凈化上游硼濃度與一回路內成分相同，可以在化容系統凈化上游取樣管線上連接硼表，對此刪除3號環路取樣點及取樣管線的設置，在化容系統連接氫表的取樣管線上增加三通，連接硼表進行硼濃度監測，改進方案見圖2：

（三）穩壓器液相取樣管線優化

穩壓器液相取樣用于從熱停堆轉換到熱備用時，驗證反應堆冷卻劑系統和穩壓器的硼濃度的一致性。余排系統熱交換器下游取樣點與該取樣管線共用，其功能為在冷停堆期間測量。為了防止反應堆冷卻劑回路的誤稀釋，在啟動余排系統系統之前比較余排系統和冷卻劑系統和硼濃度。該取樣管線在機組功率運行期間，均處于隔離或備用狀態。根據水化學技術規范要求，可以將該取樣管的取樣功能與2號環路SG上游取樣管線及穩壓器氣相取樣管線進行優化如下。即將余排系統換熱器下游取樣管線的取樣點放置在2號環路SG上游取樣管線上；將穩壓器液相取樣管線與穩壓器氣相管線共用，分別設置安全殼內部隔離閥對兩個取樣點進行隔離。優化后方案見圖3。

四、結語

（一）取樣系統設計方案以一回路水化學技術規范為設計依據，在充分考慮各取樣點投運時機和實施頻率的基礎上，進一步整合系統資源，提高系統取樣管線的利用率。

（二）統籌實驗室試驗能力與取樣方案進行綜合配置，結合先進的試驗設備，對取樣方式進行優化，加強了核取樣系統與核島實驗室的匹配程度，節約了不必要的取樣資源，對于優化系統的統籌配置具有良好的效應。

（三）在簡化配置的核取樣系統中，同時減化了機組運行的取樣操作規程，降低了人員操作失誤，對機組運動的安全性有顯著提高。