CEFR一回路鈉凈化系統整改調試經驗反饋

摘要：一回路鈉凈化系統是中國實驗快堆（CEFR）重要的輔助系統之一，在CEFR大修期間對此系統進行了優化整改，取消或更換部分管道、閥門及電加熱，優化系統布置，改善系統的運行條件及現場操作條件。為驗證整改后的一回路鈉系統的運行狀況能否滿足設計要求，對系統進行了綜合調試。驗證系統性能正常，積累了CEFR運行人員在涉鈉系統調試方面的經驗。

關鍵詞：CEFR鈉凈化整改調試

中圖分類號：TL43文獻標識碼：A? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2022）07（a）-0000-00

一回路鈉凈化系統是鈉冷快堆特有的系統，中國實驗快堆（CEFR）僅在建造調試階段有過相關的調試經驗，CEFR大修過程中對此系統進行了整改，運行人員結合運行經驗及建造階段調試經驗，對整改系統進行了調試，積累了寶貴的經驗，對CEFR后續系統整改調試及類似涉鈉設施的調試有積極的意義。

1調試背景

1.1 系統概述

一回路鈉凈化系統是中國實驗快堆（CEFR）重要的輔助系統之一，其主要功能是凈化一回路冷卻劑鈉，清除其中的金屬、非金屬雜質、腐蝕產物和裂變產物等，保證鈉的品質，減少雜質對反應堆結構材料和重要設備的腐蝕[1]。

該系統設置有兩個凈化環路，每個凈化環路由冷阱、省熱器、電動閥和管線組成，兩臺冷阱之間設置了4臺中間聯絡閥，實現了設備的冗余性。系統電動閥、管道等主要布置于309/1管廊和006臟管道間，其中管道總長約275m，電動閥門20臺[2]。

1.2 存在的問題

1.2.1 管道布置密集

309/1管廊內除了有一回路鈉凈化系統的設備和管線外，還有一回路鈉分析監測、一回路鈉充排、反應堆超壓保護、通風等系統的設備及管線。各系統管線交錯重疊，布置密集，造成309/1管廊無法正常通行，給管廊內設備維保帶來極大的困難。

1.2.2 管廊溫度過高

正常運行時309/1管廊管道和閥門散熱很大，導致管廊溫度較高，現場實測溫度最高達到60℃，設備、電纜、電氣部件在高溫下易老化，容易觸發故障率且容易觸發火災探測器報警。整改前一年中，309/1管廊火災探測器出現過11次誤報。即使采取加厚保溫層、優化通風等措施亦未能解決溫度過高的問題。

1.2.3 穿墻孔過多，不利于系統運行

一回路鈉凈化系統管線復雜，在工藝間穿進穿出，尤其2#冷阱間管線反復穿越006管道間，形成18處穿墻孔，增大了系統加熱的難度，液態鈉容易在穿墻孔處降溫凝固，造成系統堵塞。

1.3 系統整改

基于1.2小節所述，在CEFR大修時對一回路鈉凈化系統進行了以下整改：（1）取消兩環路省熱器與冷阱之間管道的鈉閥，總共減少8個鈉閥及相關管道。（2）優化309/1內管道布置，將部分管線布置在冷阱間，留出人員和設備移動通道。

通過整改，309/1管廊建立了人員可以順利進出的通道;一定程度上減少系統的存鈉量，減少設備維保數量，節約了成本;同時通過優化管線布置，在一定程度上減小了設備在管廊內的散熱量，有利于降低管廊溫度，改善工作環境。現場整改前后對比如圖1。

2? 調試實施

一回路鈉凈化系統改造后，原有的冷阱、部分管道、閥門及電加熱被取消或更換，為驗證改造后系統的運行狀況能否滿足設計要求，中國實驗快堆運行室進行調試試驗。

2.1? 調試驗收準則

（1）一回路鈉凈化系統運行穩定，電磁泵的流量為0～8m3/h。（2）冷阱冷點鈉溫及凈化流量連續可調，處于設計參數范圍內。（3）309/1管廊溫度有所下降。

2.2? 調試注意事項

（1）鈉介質在升溫過程中體積膨脹會造成管道及設備應力發生變化，可能引起管道及設備損傷，因此在加熱過程中必須嚴格控制升溫速率（15℃/h）并從可自由膨脹端開始逐段投入電加熱[3]。（2）系統排氣時存在鈉蒸汽排放到環境中的可能，充鈉過程中禁止進行排氣操作，并需密切注意系統緩沖容器壓力。（3）根據聯鎖要求，閥體溫度達到200℃以上時，鈉閥方可動作。

2.3 調試方案

2.3.1 單體調試

對整改涉及的電加熱、儀控進行單體調試，檢查系統聯鎖、控制等，保證設備可用性。

2.3.2 系統預熱步驟及支架、保溫檢查

（1）系統預熱。備用冷阱內氬氣品質合格，具備進鈉條件后，開始對冷阱及系統預熱，預熱必須滿足從自由液位起加熱原則。預熱為電加熱絲加熱，為保證管道、設備受熱均勻，需在50、100、150、180、200、230、250℃溫度臺階上各保溫一段時間，在完成整體預熱后再保溫24h。在預熱過程中，調試人員關注系統是否存在冷點，如有冷點需暫停加熱并及時解決，之后再繼續加熱。

（2）支吊架檢查。系統預熱過程中，力學計算的人員對支吊架進行觀察，注意有無異常變化，特別是當預熱溫度升至150℃以上時，要注意連續支架的變化[4]。

（3）保溫層外表面檢查。系統預熱完成后檢測管道、設備保溫層外表面的溫度，當系統溫度升至250℃時，設備管道保溫層外表面溫度應低于50℃。

2.3.3 系統充鈉

連通一回路鈉凈化系統與一回路鈉充排系統，通過一回路鈉充排系統儲鈉罐向一回路鈉凈化系統充鈉。

一回路鈉凈化系統與一回路鈉充排系統連通之前，要先核實鈉充排系統的儲鈉量，保證系統儲鈉充足，能滿足冷阱及管道鈉循環的需要。整改造成的鈉損失量約為0.48m3，計算充鈉量時應予以考慮。充鈉過程中，由一回路鈉充排系統電磁泵提供鈉循環動力，調試人員可通過監控閥門及省熱器至堆芯管段溫度變化判斷系統充鈉量。

2.3.4 性能試驗

一回路鈉凈化系統充鈉結束后，繼續預熱堆芯至一回路鈉凈化系統電磁泵之間的管道，預熱完成后，進行一回路鈉凈化系統與反應堆連通運行操作，然后進行性能試驗。性能試驗主要驗證整改后一回路鈉凈化系統電磁泵的流動特性變化[5]。調試試驗時，冷阱本體溫度維持在250℃左右，不轉入凈化工況。

（1）啟動電磁泵，調節到電磁泵電壓至額定電壓（320V），維持較大鈉流（最大流量為10m3/h）沖刷排氣，沖刷時間不小于2h。

（2）將電磁泵電壓從額定電壓開始逐步降低至鈉流量接近于零時的電壓，以鈉流量每降低10%為一個臺階，記錄各臺階運行參數。

（3）將電磁泵電壓從鈉流量接近于零時的電壓開始逐步提升至額定電壓，以電壓每升高10V為一個臺階，記錄各臺階運行參數。

2.3.5 浸潤試驗

浸潤試驗針對冷阱進行，使冷阱依靠反應堆鈉流帶來的熱量保溫，以實現系統運行后的溫度調節。首先停冷阱底部臨時電加熱，然后調節電磁泵電壓，將流量維持在7～8m3/h，運行不小于48h，使冷阱溫度穩定，與反應堆達到熱平衡狀態[6]。

2.4? 調試后恢復

調試試驗完成后，按操作票將與一回路鈉凈化系統相關的一回路鈉分析監測系統、冷阱冷卻系統等投運，將一回路鈉凈化系統流量保持在1～2m3/h，進入堆芯凈化工況[7]，同時將一回路鈉充排系統恢復至自循環狀態。

2.5? 通風調試

針對309/1管廊溫度，保持原有通風量及通風溫度不變，測量管道實時溫度，并與整改前溫度進行對比。

3? 調試結論

（1）系統升溫階段，現場檢查支架和設備未見異常。

（2）系統設備性能保持正常。電磁泵電壓與流量特性試驗數據與系統整改前調試報告對比，結果基本一致，額定流量也達到運行要求。數據作圖可得到圖2的關系曲線，流量與電磁泵電壓成正相關變化，說明整改調試后的一回路鈉凈化系統可以達到原有的設計要求。

（3）309/1管廊溫度降低。309/1管廊改造后進排風溫差對比見圖3，系統恢復正常運行后，所有支路投運情況下，管廊進出口平均溫差14.27℃，比整改前進出口溫差下降3.73℃，證明管廊內設備總散熱量減少。考慮到正常運行時一回路鈉分析監測系統取樣支路等處于部分停運和冷凍狀態，現場溫度可以進一步改善。

（4）一回路鈉凈化系統功能正常。一回路鈉凈化系統投入凈化工況后對一回路鈉進行凈化，3個月后阻塞溫度降低至134℃，6個月后阻塞溫度已低于120℃凈化效果明顯，說明系統整改并沒有影響其正常凈化功能。

4結語

一回路鈉凈化系統優化整改是運行人員第一次對涉鈉系統進行整改，系統調試也由運行人員完成，整改調試結果證明一回路鈉系統優化整改是有效的，很好地降低了環境溫度，并且保證了系統性能的穩定。

整改調試涉及儀控、電加熱、工藝等多個環節，CEFR運行和維修人員從中得到了豐富的涉鈉系統調試和鈉處理經驗，尤其是在涉鈉管道冷點判斷與處理、冷阱投運等方面技能得到了較大提升，為其他鈉系統的整改調試提供了可參考的依據。

最后，在鈉冷快堆復雜鈉工藝間的管線設計時，應綜合考慮通風系統、火災探測系統、檢修可達性和穿墻孔處加熱等方面。

參考文獻

[1] 張東輝，楊洋，趙佳寧.中國實驗快堆的主要技術創新和工程經驗[J].原子能科學技術，2020，54（S1）：194-198.

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[3] 陳振佳，杜麗巖，侯斌.鈉冷快堆高溫系統設備保溫設計研究[J].科技視界，2021（7）：4-5.

[4] 劉明，胡鑫，陳銳.管道支吊架管夾變形原因[J].理化檢驗（物理分冊），2021，57（4）：77-79.

[5] 張慶軍，李麗丹，何釗.基于電磁泵驅動的液態金屬冷卻系統研究[J].電子機械工程，2019，35（2）：43-46.

[6] 洪順章.鈉凈化裝置和鈉化學回路運行經驗[J].原子能科學技術，1991（5）：90-96.

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作者簡介：仝勇昂（1989—），男，碩士，工程師，研究方向為鈉冷快堆運行。