核電站大修卸料前反應堆水池水質渾濁原因分析

蔣磊， 尹龍江， 胡紫龍

(遼寧紅沿河核電有限公司， 遼寧 大連， 116000)

某核電站機組第5次大修卸料前反應堆水池充滿水后出現水質渾濁現象，水池面存在大量油膜狀漂浮物，影響控制棒驅動機構脫扣和卸料工作，此次水池渾濁事件為該機組下行時首次出現。

已有的經驗表明，反應堆水池渾濁主要發生在上行裝料前，其主要原因為長周期試驗、一回路開口檢修引入以及壓力容器底部存在雜質[1]。

1 反應堆水池渾濁前操作

機組大修時從解列后正常下行至反應堆水池滿水，經過插棒降功率、硼化至熱停堆模式，此后經過一回路硼化和降溫降壓、連接余熱排出(RRA)系統、氧化凈化、停主泵等操作進入維修停堆模式，在此模式下進行反應堆壓力容器直接開大蓋工作，開大蓋工作結束后充水至反應堆滿水。

1.1 運行主要操作

機組從解列至反應堆開蓋前，機組按照正常程序進行一回路降溫降壓、注入硼酸進行硼化、運行相關試驗、氧化凈化等操作，先后進入蒸汽發生器冷卻正常停堆模式、RRA系統冷卻正常停堆模式、維修停堆模式，期間未引入水質混作的變量。

1.2 開蓋操作

機組處于維修停堆模式時進行反應堆壓力容器開大蓋操作，使用螺栓拉伸機進行自動擰出螺栓時，發生螺栓卡涉啟動手動擰螺栓預案后，仍有一個螺栓無法取出。后決策取走卡涉螺栓的螺母，保持螺栓現狀，起吊大蓋反應堆水池充水，卸料后再進行處理。

考慮殘留在螺栓和螺栓孔中的化學試劑，包括螺栓松動劑WD40和Lubricating Oil(簡稱“黑水”)無法清理，安排加工專用工具對可能溢流化學試劑的開口進行封堵。開口有兩處，一處為螺栓頂部開口(與松動劑出入口為同一開口)；一處為螺栓與螺孔上端面接口處(后文統稱“螺栓與螺孔縫隙“)。但螺栓與螺孔縫隙難以有效封堵，并且有充水過程中封堵工具落入堆芯的風險。后決定，為盡快離開法蘭面水位使堆芯處于更安全的狀態，不再對螺栓與螺孔縫隙進行封堵，繼續開蓋充水工作。

此后反應堆水池充水至19.5 m后出現水質渾濁現象，同時反應堆水池水面存在沫狀漂浮物，影響控制棒驅動機構脫扣等后續工作。

1.3 過程分析

在本次大修中，卡涉螺栓未擰出，留在壓力容器上，開蓋過程中向螺孔中注入了“WD40”和“黑水”，卡涉螺栓的螺孔中存在此兩種物質，在反應堆水池充水時存留在螺孔中，同時未完全封堵，該過程引入了變量。

2 引起水質渾濁的物質來源分析

2.1 反應堆水池充水水源分析

反應堆水池中的水即為主回路水，主要作用為在反應堆燃料進行鏈式反應時慢化中子、對反應性進行控制、對主回路進行壓力控制及對主系統具有放射性屏蔽作用等[2]。反應堆水池主要水源來自換料水箱，為保障大修期間反應堆水池水質良好，大修前對換料水箱進行48 h循環凈化，凈化后其濁度為0.098 NTU，符合凈化預期，水質良好。排除反應堆充水水源對卸料前反應堆水池渾濁的影響。

2.2 一回路水質分析

反應堆水池充水前一回路冷卻劑約310 m3。完成一回路氧化工作后，對一回路凈化17 h，主泵停運后對一回路取樣分析濁度為0.433 NTU，硼回收系統除鹽床出口濁度為0.095 NTU，符合歷次大修趨勢，排除水質的影響。

2.3 水池上方設備漏油分析

發現反應堆水池水質渾濁后，對可能泄漏油污進入反應堆水池的設備進行了全面的普查。重點對反應堆水池上方的螺栓拉伸機、換料機等設備進行了排查，未發現有漏油的痕跡。排除水池上方設備漏油的影響。

2.4 開蓋期間使用化學試劑與歷史對比分析

該核電此前大修均未出現過卸料前反應堆水池渾濁現象。其中，本機組過去5次大修自動擰螺栓和手動擰螺栓都實施過，每次充水前都會對大蓋表面、法蘭面和反應堆水池表面的殘留化學試劑進行清洗，殘留在螺栓孔中的則用螺孔密封塞進行封堵，因此正常開蓋操作殘留在螺栓孔中的化學試劑不會滲漏到反應堆水池中。

該機組本次大修中，一個卡涉螺栓擰出18扣后留在壓力容器上，開蓋過程中向螺孔中注入了約1.4 L(專業反饋使用量)“WD40”、100 mL“黑水”。化學試劑從圖1中紅色箭頭位置注入到螺孔中。壓力容器螺孔直徑149.5 mm，長280 mm，螺栓擰出18扣后，高度約為72 mm。壓力容器螺孔容積約為1.263 L。殘留在這些空間中的化學試劑無法清理且難以封堵(如圖1，紅色區域為殘留位置)。

圖1 反應堆壓力容器螺栓及化學試劑注入示意圖

2.5 化學試驗分析

使用“WD40”、“黑水”兩種螺栓潤滑劑進行試驗。

?按1.4 L WD40進入反應堆水池上層硼水(反應堆水池表面積×5 cm)比例配比WD40與硼水，攪混并靜置澄清后，目視有類似反應堆水池水面(如圖2)的油膜狀薄層，如圖3；側視如圖4所示，與潔凈硼水樣品(圖5)對比可見明顯混濁。

圖2 反應堆水池滿水后水面

圖3 模擬試驗硼水表面

圖4 模擬試驗硼水側面

圖5 潔凈硼水側面

?在150 mL硼水中加入1 g WD40和1 g“黑水”，攪混并靜置后，目視硼水顏色較深，呈墨水狀，如圖6。

圖6 試驗WD40、“黑水”、硼水混合液

圖7為卡涉螺栓取出后螺孔中的殘留物質。通過對比可見，硼水與“WD40”、“黑水”的混合物，目視和反應堆水池水面的漂浮物相近。

圖7 卡涉螺孔中殘留物

由此可證實螺孔中的“WD40”、“黑水”進入反應堆水池中造成反應堆水池渾濁。

表1列出了核電站大修前卸料反應堆水池渾濁可能原因的分析對比。

由表1可見，大修卸料前反應堆水池渾濁的最大可能性為殘留在卡涉螺栓孔中的化學試劑進入引起。

表1 核電站大修前卸料反應堆水池渾濁原因

3 水質污染過程分析

正常開蓋時，在反應堆壓力容器螺栓全部擰出螺栓孔后，用螺孔密封塞對螺孔進行密封封堵，可防止壓力容器螺孔里的化學試劑不進入反應堆水池，也可以防止反應堆水池的硼水進入螺孔。

由于卡涉螺栓留在壓力容器上，故在反應堆水池充水前制作封堵工具進行封堵。但螺栓和螺孔的縫隙無法經簡單設計加工的封堵工具有效封堵，且有落入堆芯成為異物的風險。為了不中止開蓋工作，盡快離開法蘭面水位確保堆芯安全，而未封堵卡涉螺栓和螺孔間隙，繼續開蓋工作。在充水后，由于水壓，硼水進入螺孔中將化學試劑通過螺栓與螺孔的間隙擠壓進入水池，由于密度小于硼水，在反應堆水池上形成油膜狀漂浮物。

4 處理措施

在線投運反應堆水池凈化泵凈化反應堆水池、啟動兩臺RRA泵以增加下泄凈化流量，另外制作水面清理工具持續進行反應堆水池表面清理。經過約14 h處理后水池水質滿足控制棒驅動機構脫扣要求，機組繼續下行相關工作。

卸料結束后，在反應堆水池去污期間對反應堆水池池壁去污，排放水池上層硼水，持續對換料水箱進行凈化，更換凈化系統的濾網，對所有螺栓孔進行清理，避免上行引起水質渾濁。

5 結語

反應堆水池渾濁已是國內外核電關注問題，該事件處理及分析過程為同類事件提供了經驗支持，對壓力容器螺孔封堵工具提出新的要求，同時迫切需要開發反應堆水池漂浮物打撈、油膜處理、水質凈化的專用工具。

建議開發專用工具用于封堵螺栓與螺孔的間隙；另外開發專用工具提高堆池表面清理效率。