核電廠核取樣系統取樣屏蔽橋不適用問題分析和處理

宋奎奎,曹 剛

(福建福清核電有限公司，福建 福清 350318)

1 屏蔽橋取樣裝置背景介紹

核電廠核取樣系統(REN)事故后取樣管線的作用在于保證能從主回路2、3號環路抽取事故后樣品，并從安全殼噴淋系統的A、B系列抽取事故后樣品，用于LOCA事故狀態下主系統放射性的檢測，為堆芯損傷評價提供放射性依據，可以直觀的反饋放射性核素的增長情況。因此，必須保證事故后取樣管線的可用性和操作簡易性。

屏蔽橋作為事故后取樣管線的取樣裝置，起到了在REN手套箱內連接管線并提供取樣針口的重要作用。連接的暢通性和取樣的便利性是它最關鍵的兩個屬性[1]。

圖1 福清核電在役屏蔽橋[2]Fig.1 Shielded bridge in service[2]1—離合手柄;2—鉛屏蔽罩;3—不銹鋼內橋身;4—螺栓;5—螺母;6—墊圈;7—針型接頭與屏蔽罩空隙

2 福清核電目前屏蔽橋的使用現狀

以單臺機組為例，共有4條事故后取樣管線需要使用屏蔽橋進行取樣，分別為：

1)1RCP二環事故后取樣管線；2)1RCP三環事故后取樣管線；3)EAS001RF下游事故后取樣管線；4)EAS002RF下游事故后取樣管線。

在進行定期試驗事故后取樣管線驗證時，正常情況下，完全可以在1 h之內完成。但現實情況中，事故后取樣管線驗證經常耗時良久。

當前福建福清核電廠屏蔽橋使用方式為：打開對應閥門→單手提起屏蔽橋對準針形母頭按下接通→離合手柄彈起→使用注射器取樣→雙手按下離合手柄→拔出屏蔽橋→關閉對應閥門。

表1 使用此裝置存在的問題與原因Table 1 Problems and causes of using this device

2.1 屏蔽橋鏈接困難現象及其原因

屏蔽橋處于手套箱中，人員操作需單手拿著屏蔽橋對準母頭按下，接通閥門。人員操作時經常存在屏蔽橋連接困難、連接不穩固得現象。

不合理因素主要有以下幾點：

(1)鉛屏蔽橋本身較沉重

該裝置為鉛材料，重量約為5 kg，人員操作時需穿戴手套箱，單手水平伸直手臂，保持平穩對準接頭按下。

(2)裝置固定不精準

如圖2所示，隨著使用年限增加，屏蔽橋鉛屏蔽罩使用過程中被磨損，出現錯位難以完全閉合。

圖2 屏蔽橋針形接頭Fig.2 Needle connector of the shield bridge

針形接頭無法固定在圓心位置。反而由于不規則鉛體的阻礙，接頭不能完全與母頭對接。

(3)操作輻射風險較大

手套箱內壁距離玻璃面板約0.7 m，人員單手通過手套箱接通閥門，存在面部貼在玻璃面板的風險，對人員輻射防護不利。

2.2 自動跳閥現象及其原因查找

在事故后管線驗證試驗中，經常會出現安全殼內隔離閥 REN102 VP壓力閥門跳閥，試驗被迫中斷。原因：驗證發現，隨著屏蔽橋內部流體流量增加，換熱器REN002RF出口壓力 REN012 LP數值≥報警值0.9 MPa，由于管道聯通，換熱器REN002RF出口壓力高REN002SP信號觸發，觸發保護邏輯導致REN102 VP跳閥。

化學人員將屏蔽橋解體之后，發現屏蔽橋針形接頭流通口直徑約1 mm(如圖3)。

圖3 針形接頭流通口Fig.3 The needle connector flow port

屏蔽橋內部流通管徑過小，導致在實操中調節流量時，流體經過屏蔽橋時流速會顯著增加，管徑壓力波動較大。

2.3 屏蔽橋堵塞現象及其原因

化學人員在實際使用過程中，經常發生屏蔽橋堵塞的現象(見圖4、圖5)。

圖4 橋身流體流通口Fig.4 Bridge fluid flow port

圖5 針型接頭流通口必須與橋身流通口完全對接Fig.5 Needle joint flow port must be fully connected with the bridge flow port

原因：在使用過程中，橋身流通口與針形接頭1 mm內孔會發生偏移，導致屏蔽橋堵塞。

3 問題處理措施

為徹底消除2.1節所述的屏蔽橋不適用現象，消除因屏蔽橋連接困難，屏蔽橋內部流通裝置不合理而造成的影響。考慮到屏蔽橋為進口裝置，造價昂貴。從降本增效的角度考慮，計劃將屏蔽橋進行如圖6所示改造。

圖6 俯視圖Fig.6 Vertical view

如圖6所示，取樣裝置為一個四通不銹鋼管，5個端口向下連有針形接頭，針形接頭與鋼管利用螺紋對接。此裝置可固定在取樣母頭上，由于內部互相聯通，在進行取樣時，只需要開關對應的閥門，用注射器在取樣點取樣即可，無需任何連接操作。取樣口如圖7所示。

圖7 西南視圖Fig.7 Southwest view

在四通不銹鋼管中，向上引出一根取樣管線，如圖7所示，在取樣點端頭，利用帶針孔的螺帽封閉，螺帽內襯硅膠墊片，保證旋緊時樣品不會流出。此管線需要穿過上方鉛板，留有一小部分端口即可。

如圖8所示，利用中部帶有小孔的鉛板，可以達到全封閉式的輻射防護效果，對于人員安全有足夠的保障。同時，改造后裝置具備以下優點：

圖8 三維視圖Fig.8 3D view

改造后優點1：

裝置可固定在閥門母頭上。化學人員在取樣時，只需拿著注射器對準取樣即可，操作方便快捷。既避免了屏蔽橋連接困難的問題，同時也保障了人員在操作時可以遠離手套箱玻璃面板，保證人員安全。

改造后優點2：

裝置流體流通順暢。避免了屏蔽橋取樣時由于流體壓力過大而導致的跳閥現象，同時也避免了屏蔽橋內部堵塞情況。

改造后優點3：

在特殊事故后工況下，人員穿戴鉛衣鉛手套，操作原有屏蔽橋會更加困難，導致人員長時間處于高放射性環境中。改造后裝置無需人員連接操作，可直接進行取樣。

改造后優點4：

原裝置造價幾十萬元，且使用數年后由于磕碰磨損難以使用。改造后裝置極大延長使用壽命，減少維修和更換的費用。且本身為不銹鋼管道加一塊鉛板，造價低廉。對于降本增效極為有益。

4 總結

REN事故后取樣屏蔽橋不適用問題，經一系列因素分析最終確定根源為屏蔽橋連接方式與內部流通裝置不適用導致，通過對取樣裝置進行改造，降低了成本，提高了使用成效。

其次，該問題的發現也為同類型機組屏蔽橋分析和處理提供了借鑒經驗。