VVER机组一回路放射性碘净化优化.pdf
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1、-105-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION May.2024中国科技信息 2024 年第 10 期四星推荐压水堆运行期间燃料包壳可能发生破损,大修停堆降温降压期间,燃料中裂变产物特别是放射性碘将通过包壳缺陷迅速进入一回路冷却剂,从而产生尖峰现象。根据美国核管会 NRC 的研究及统计,停堆过程尖峰效应可导致一回路冷却剂中放射性碘浓度升高 1 000 倍以上。检修期间一回路系统设备开口特别是反应堆顶盖打开后,放射性碘从一回路冷却剂释放到厂房空气导致相关场所空气污染,人员吸入放射性碘可导致内照射。若从厂房进一步释放到环境中,将增加核电厂放射性碘流出物排
2、放和公众内照射风险。为控制放射性碘污染,反应堆顶盖打开前需要将一回路冷却剂中放射性碘浓度净化至控制水平以下。VVER机组大修停堆后一回路放射性碘净化分析VVER 机组大修停堆后一回路放射性碘常规净化工艺过程俄罗斯 VVER 机组设计了一回路冷却剂净化系统(KBE),净化系统设置的树脂床对碘的净化效率为99.9%。大修停堆后一回路冷却剂降温降压期间进行一回路净化程序,一回路冷却剂从主泵出口下泄管线引入 KBE 系统经净化后返回主泵入口(如图 1 虚线所示),两列树脂床均投运最大净化流量为 60m3/h,净化期间主泵需保持运行以提供净化动力。按照大修进程,停堆后 30 35 小时左右停运主泵结束净
3、化程序(此时一回路压力为 2MPa),一回路继续降压至大气压,然后进行一回路氮气吹扫,接着实施主泵及蒸汽发生器解密封和反应堆开顶盖准备,从停运主泵(即结束净化)至反应堆顶盖打开大约 4 天时间,反应堆顶盖打开前一回路冷却剂放射性碘浓度要求低于控制水平。因I-133 等其他放射性碘同位素占比低、半衰期很短,总碘中主要为 I-131,故主要控制 I-131 低于 5.0E+4Bq/L。净化过程中一回路冷却剂放射性碘浓度变化遵循如下指数稀释公式:(1)式中:C 代表一回路冷却剂放射性碘浓度(Bq/m3);C0代表一回路冷却剂初始放射性碘浓度(Bq/m3);v 代表净化流量(m3/h);代表树脂床对放
4、射性碘的净化效率;V 代表一回路冷却剂体积(m3);t 代表净化时间(h);行业曲线开放度创新度生态度互交度持续度可替代度影响力可实现度行业关联度真实度VVER 机组一回路放射性碘净化优化李中华 潘同金李中华 潘同金江苏核电有限公司中国科技信息 2024 年第 10 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION May.2024-106-四星推荐一回路冷却剂放射性碘浓度净化至一半的周期(即半净化期)为:(2)净化阶段一回路冷却剂体积约 369m3,最大净化流量为60m3/h,树脂床对放射性碘的净化效率为 99.9%,碘峰平均出现时间约为零功率后 10 小时
5、。计算可知净化阶段一回路冷却剂放射性碘浓度降低一半的周期约 4.3 小时,自碘峰出现后正常净化 25 小时放射性碘浓度降低至约 1/64。常规净化工艺存在问题分析VVER 机组停堆后一回路净化是大修开始阶段的关键路径,此阶段一回路冷却剂装量大、净化流量较小,若停堆时碘峰过高、碘峰出现时间较晚或破损燃料出现多次碘释放等不利情况,到达主泵正常停运节点时,一回路冷却剂中 I-131浓度可能仍未达到净化目标值(5.0E+4 Bq/L)。即使顺利达到目标值后结束净化,在主泵停运后一回路温度压力进一步降低过程中,破损燃料也很可能因包壳内外压差变化再次发生放射性碘释放,此时需要一回路升压被迫重新启动主泵进行
6、净化。后续主泵、蒸汽发生器、反应堆等一回路设备解密封检修工作将被迫推迟,大修关键路径被延误增加大修工期。由于燃料破损和释放不确定性,据统计在压水堆机组发生燃料破损时这种不利情况时有发生。如某 VVER 机组第 10 次大修期间,由于燃料破损,停堆后一回路冷却剂放射性碘浓度升高,在零功率后 18.3 小时 I-131 才到达最高峰值(4.01E+06Bq/L),净化阶段出现破损燃料多次释放,到达主泵正常停运时间节点时,一回路冷却剂 I-131 浓度为 2.31E+06Bq/L 远高于净化目标值,且下降速度比较慢。为此,停运两台主泵并降压主动让破损燃料释放(一回路碘浓度升高到 2.74+06Bq/
7、L),然后再重启一台主泵进行净化,此时放射性碘浓度下降较快,13 小时后一回路冷却剂I-131降至7.13+05Bq/L,决定停运主泵。在停运主泵结束净化后一回路冷却剂降至大气压过程中,破损燃料又一次释放,第 56 小时一回路冷却剂 I-131 浓度再次上涨至 1.29E+6Bq/L 左右。停堆净化期间一回路冷却剂I-131 浓度变化趋势见图 2。一回路放射性碘净化优化方法延长常规净化程序存在净化速度慢、需要主泵持续运行占用大修关键路径,且无法有效应对一回路卸压后破损燃料再次释放的缺点。根据大修进程,从主泵停运到起吊反应堆顶盖有 4 天时间,最佳选择是完成常规净化程序后,利用此时间窗口进行一回
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