壓水堆二回路蒸汽外供工業應用的輻射防護探討

摘 要：核電機組具備提供大規模、穩定的工業蒸汽的能力。實驗室測量表明，蒸汽發生器傳熱管無泄漏情況下，二回路蒸汽凝結水中除氚外的放射性核素的活度濃度與環境水樣沒有差異。本文參考飲用水標準，建議將二回路蒸汽工業應用的放射性核素管理目標值設定為3. 0 Bq/ kg;在蒸汽發生器排污管線上增設高靈敏度輻射監測儀，對主蒸汽管道N-16 輻射監測通道進行技術改造，從而對蒸汽發生器傳熱管泄漏進行及時、有效及可靠的監測，與外供蒸汽管道出廠區邊界的控制閥連鎖，避免在運行和事故工況下放射性核素通過供汽管道排出廠區。

關鍵詞：壓水堆;工業蒸汽;泄漏監測;氚

中圖分類號：TL75 文獻標識碼：A

蒸汽作為能量傳遞媒介在現代工業中被廣泛應用，主要由鍋爐提供。在當前“雙碳”目標下，各地逐漸限制燃煤機組的使用，亟需清潔低碳能源支撐工業蒸汽供應。核電站的熱電聯產的實踐表明，從核電機組內提取熱量和蒸汽沒有困難[1] 。盡管核反應堆具備提供工業蒸汽的巨大潛力，但是由于有廉價的化石燃料，核能供汽在經濟上沒有競爭力，因而未能大規模開展，迄今為止，只在加拿大、德國、印度和瑞士等國核電機組中有過供工業蒸汽的運行經驗。目前，瑞士的Goesgen 和印度的RAPS-2 核電廠繼續提供工業蒸汽，成功后又停運的原因主要是經濟和政治的因素[2] 。隨著低碳能源政策的推動和化石燃料價格的上漲，核能供汽在經濟上已具備了競爭力，在環境、經濟、安全等多種因素的推動下，人們對核電機組供工業蒸汽的需求和期望也越來越高[3] 。

核電機組供應工業蒸汽的嘗試開始于20 世紀七八十年代，限于當時技術和傳熱管材料的水平，均采用三回路熱量傳遞生產工業蒸汽。國際原子能機構報告描述了加拿大二回路蒸汽用于蒸汽輔助重力泄油（縮寫SAGD ）的方案[4] ，與三回路供汽方式相比，系統結構更為簡單，熱能利用效率更高。然而，國內外尚無應用案例，研究較少。壓水堆核電站二回路冷卻劑潛在的放射性是在討論二回路蒸汽直接供汽用于工業應用時必須解決的問題，國內外無相關標準和導則，只是給出了核能熱網水及向環境排放的氣液態流出物中放射性的限值[5] 。核電機組二回路蒸汽外供工業應用，必須采取嚴格的放射性監測和控制措施，以確保人員和環境的安全。本文以壓水堆機組為研究對象，探討了二回路蒸汽外供工業應用的可能性及相應的放射性監測與控制措施。

1 二回路放射性核素調查

國內運行的核電廠常規島液態流出物放射性活度一直低于探測限，這表明蒸汽發生器傳熱管泄漏的概率較低。徐春燕[6] 等人對田灣核電廠常規島液態流出物活度進行了5 次試驗分析，結果表明與環境水樣的放射性處于同一水平。蒸汽發生器排污流是二回路放射性活度濃度最高的位置，本文在某三代非能動安全核電機組的正常運行工況下，對二回路取樣系統（SSS）、蒸汽發生器排污系統（BDS）的濃縮流出口和清潔流出口三個位置開展了實驗室取樣放射性活度水平測量，為了對比，對周邊的熱電廠凝結水也取樣測量，測量結果列于表1，可以看出，核電廠二回路放射性與熱電廠處于相同水平。對機組一、二回路氚活度濃度進行了一年的調查，每周進行三次取樣測量，發現一、二回路氚濃度的差異十分顯著，氚濃度的變化趨勢基本相似，呈現出比例關系，表明傳熱管未發生明顯泄漏的情況下，二回路的氚濃度很低。同時，調查發現正常運行工況二回路氚峰值小于500 Bq/ kg，如圖1 所示。