中国先进研究堆二次冷却水辐射监测系统回路优化改造

摘 要：中国先进研究堆（CARR）二次冷却水辐射监测系统是二次水自主换热器出口总管和重水换热器出口管取样，水样在经过监测分析后再流至重水换热器出口，以监测换热器是否发生破损。在调试中发现此系统主换热器出口取样流量几乎为零，无法实现连续在线监测二次水中的放射性的功能，经分析验证是由于主换热器二次水出口总管压力小于重水换热器出口管压力所致。2012年对二次水辐射监测系统回路进行了改造，增加两台循环泵和排水回路，经过一系列的调试和试运行之后，验证该系统可在线连续监测换热器是否发生破损，很好的解决了此问题。

关键词：二次水辐射监测系统 调试 流量取样 压力 改造

中图分类号：TP79 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）08（a）-0157-02

1 绪论

1.1 系统概述

中国先进性研究堆（CARR）是一座反中子阱型池式研究堆。其中的二次水系统是用来将反应堆正常运行工况或预计运行事件过程中各系统产生的热量通过冷却水塔传输到二次水，二次水通过冷却水塔将热量扩散至最终热阱-大气。

二次水辐射监测系统在反应堆运行期间在线连续监测二次冷却水中的放射性，用以判断换热器是否发生了破损，以方便工作人员及时获取信息并采取措施，防止污染扩散，保证公众和工作人员的安全，是CARR辐射监测系统的一个重要组成部分。

1.2 改造前二次水辐射监测系统

1.2.1 回路监测流程

在CARR的辐射监测系统中，二次冷却水辐射监测系统是在反应堆运行期间自二次水主换热器出口总管和重水换热器出口管取得水样，水样在经过二次水辐射监测回路放射性监测分析后再流至离重水换热器出口较远的管道上，通过水样的放射性监测来确定换热器是否发生破损（见图1）以监测保护反应堆安全。

1.2.2 排水流程

在反应堆运行停止之后原设计为打开V604将二次水监测回路及探测部件中的残水通过排水回路排向低放废液存储罐中。

2 回路的改造及优化方案

2.1 取样回路存在的问题

在CARR的回路和辐射防护系统调试中发现，由于二次冷却水辐射监测回路取样点的位置差异原因，致使主换热器出口总管取样点压力小于重水换热器出口管取样点压力较多，同时在不同的工况下，根据回路系统调试中的数据显示，二次冷却水辐射监测回路取样水口压力：0.058MPa～0.073MPa（二台二次水泵运行）或0.155MPa～0.177MPa（四台二次水运行泵），取样回路回水处压力：0.191MPa～0.196MPa（双二次水泵）或0.294MPa～0.3MPa（四台二次水泵运行）。

根据上述的情况和数据显示，在原设计中二次水辐射监测系统本应在主换热器出口总管取样点和重水换热器出口总管取样点这两处分别取得二次水水样，而在重水换热器出口总管取样点的压力大于主换热器出口取样点压力的状态下，取得的二次水水样可能会由的重水换热器出口总管取样点处开始分流，一部分逆流至主换热出口总管取样点而另一部分水样流至二次水辐射监测回路出口。（见图1）

这样就可能导致取样回路自主换热器出口总管的取样流量几乎为零，无法监测主换热器是否破损。

2.1.1 验证方案

为验证这一推论，而做出以下的验证方案。

操作：在二次水冷却系统运行的状态下，同时打开主换热器二次水取样阀门和重水换热器二次水取样阀门，待二次水辐射监测系统回路流量稳定后，这时缓慢的关闭重水换热器二次水取样阀门。

现象：在主换热器二次水取样阀门和重水换热器二次水取样阀门时回路流量显示为2.7m3/h-2.8 m3/h，而在缓慢的关闭主换热器二次水取样阀门时回路流量显示在2.8m3/h-3m3/h之间，回路流量反而有所增加。

结论：根据上述的情况和数据分析，在这种状态下的水样由重水换热器出口总管取样回路逆流至主换热器出口总管取样管一部分，故而在缓慢的关闭主换热器二次水取样阀门时二次水辐射监测回路的总流量反而有所增加，另一部分水样流至二次水辐射监测回路出口。

根据以上情况说明二次水辐射监测取样回路自主换热器出口总管的取样流量几乎为零，无法监测主换热器是否破损。

2.1.2 取样回路的改造方案

为解决二次水辐射监测回路的逆流问题，在经过商讨以后做出了两套改造方案

方案一：在主换热器取样管和重水换热器取样管的出口汇总处加装管道泵两台（一用一备）以增加取样回路的压力，再通过取样管阀门控制流量大小，在主换热器取样管上加装流量计监测各个取样管的流量大小。

方案二：在主换热器取样管之后加装管道泵两台（一用一备），以增加主换热器取样管道压力，通过管道泵后的阀门控制主换热器取样管流量并加装流量计监测取样管道的流量。

由于主换热器出口总管取样点和重水换热器出口总管取样点的位置差异（分别在01子项三层和地下室一层），在第二套方案中如管道泵安装在三层不便于日常的检查以及操作，如安装在一层则管道的改造的工作量较第一套方案多很多，且预留空间并不充裕，最终选择第一套方案。

2.1.3 取样回路的设备选取

在性能上不锈钢管道泵的扬程要满足二次冷却水辐射监测回路取样水口和取样回路出水口的压力差才能阻止水样的回流。

在阀门和管道泵材质上应选用和二次水辐射监测回路相同的材质和口径；

流量计的量程应选用适合二次水辐射监测回路流量。

在归纳了上述条件之后，最终选取ISG不锈钢管道泵，水泵扬程：32M；转速：2900r/min；流量：2.53m/h；功率0.75KW；额定电流：1.64A；额定电压：380V；频率：50Hz；管道直径：Φ25mm，阀门通径：Φ25mm材质为不锈钢，流量计量程为03m/h～33m/h，其各项性能可以满足使用要求。

流量分配：在满足二次水监测回路压力之后，为分配和监测主换热器出口总管取样口和重水换热器出口总管取样口的流量，需要加装管道泵进出口不锈钢阀门和流量计，流量计加装在主换热器出口总管取样管道上，通过主换热器取样出口阀和重水换热器取样出口阀门开度的大小来分别调节各个取样管的流量和压力，以达到主换热器出口总管压力和重水换热器出口管压力平衡。

不锈钢管道泵供电：加装配电箱一台接入低压供电回路中，在地下室的低压回路电缆桥架中引出电缆，接入配电箱由配电箱中的电源开关控制不锈钢管道泵的开关。

总加装ISG不锈钢管道泵两台（一用一备），不锈钢球阀四个，流量计一台，配电箱一台，变更后取样回路。（见图2）

2.1.4 取样回路的改造后的实验检验

（1）在二次水冷却系统运行的状态下，打开管道泵的进出口阀门后开启一台管道泵确认管道泵运行稳定且没有反转的情况出现。

（2）打开并调整主换热器二次水总管和重水换热器二次水总管的取样阀门开度，二次水辐射监测回路流量显示为33m/h，主换热器二次水取样管上的流量计显示1.53m/h，满足回路流量要求。

（3）缓慢的关闭重水换热器二次水取样阀门，期间主换热器二次水取样管上的流量计保持为1.43m/h～1.53m/h且波动很小，二次水辐射监测系统流量显示为1.53m/h。

（4）打开重水换热器二次水取样阀门，并关闭主换热器二次水取样阀门。这时主换热器二次水总管取样流量显示为03m/h，二次水辐射监测系统流量显示为1.53m/h。

（5）关闭二次水辐射监测系统，对其整个取样回路进行回路保压试验。回路加压到0.37MPa，经过10min之后回路压力能很好的维持不变。

3 结论

这样通过加装的不锈钢管道泵使二次冷却水辐射监测回路压力增加，再通过主换热器取样出口阀和重水换热器取样出口阀门开关量的大小来分别调节各个取样管的流量和压力，以达到主换热器出口总管压力小于重水换热器出口管压力平衡。同时二次水辐射监测系统没有逆流的情况出现，且回路的密封性检验合格，达到了预期的改造目标。

3.1 排水回路的优化

在CARR停堆期间，为了二次冷却水辐射监测系统仪器的维护及保养需将回路中的残水排出，在停堆之后原设计为打开V604将回路及探测部件中的残水通过排水回路排向低放废液存储罐中。

在后续的使用中发现：第一出于低放废液罐容量的考虑，低放废液储存罐的容量为12m3在反应堆运行及停堆期间接收各个系统大量的废液，系统储存量有所紧张。第二出于经济性考虑，排放到低放系统的废液后处理需要大量的资金。

为解决此问题，首先要对二次冷却水辐射监测回路中的水样进行分析，看是否只能排向低放废液储存罐中、

在通过高纯锗多道γ谱仪进行取样回路水样与正常水样的核素和活度的分析对比。得到的数据表明，在正常的反应堆运行状态下二次水辐射监测系统中的水样放射性活度低于低放废液储存系统要求的活度限值4×106Bq/L，在反应堆运行正常的状态下回路中的残水并不是只能排向低放废液储存系统，也可以和正常的本底水样一起排向工业下水。

在这种情况下就可以增设一段新的排水回路，在反应堆正常运行到停堆之后可以通过新的排水回路把残水排向工业下水。当反应堆异常或者发生事故停堆之后则可以通过原有的排水回路将残水排向低放废液储存系统中。

排水回路管道选取的位置为两个不锈钢管道泵出口的汇总处，在整个二次冷却水辐射监测系统的最低点可以更好的排掉回路的残留水。

优化之后的排水回路（见图3）。在通过一系列的回路改造和优化并在排水回路安装完毕之后，对其整个取样回路进行回路保压试验。回路加压到0.37MPa，经过10分钟之后回路压力能很好的维持不变。

在改造后打开V608、V609阀门和一台不锈钢管道泵，通过阀门开关量的大小调节两个取样回路的流量。通过流量表显示双取样回路的流量可以达到几乎一致，完成了预期改造的目标。

参考文献

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[2]中国先进研究堆辐射监测系统操作规程ZYY・HAQ・CARR・YGC・04・04[S].

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[5]核电厂辐射防护设计HAD102/12[S].

[6]中国先进研究堆二次水冷却系统补充调试报告CARR・TBG・LOP・22[S].