安全注射系統邊界閥清洗方法研究

2014-09-10 閔遠勝中國核動力研究設計院核反應堆系統設計技術重點實驗室

　　介紹了安全注射系統邊界閥的反向沖洗方法，解決了核動力裝置安全注射系統邊界閥清洗時廢水污染一回路系統反應堆冷卻劑的問題。

1、概述

　　安全注射系統作為核動力裝置重要的專設安全設施之一，其主要功能是當反應堆冷卻劑壓力邊界破損而發生失水事故時，迅速地向反應堆堆芯注入冷卻水以維持堆芯冷卻，是確保堆芯安全和防止反應堆放射性物質向周圍環境釋放的基本保障。安全注射系統邊界閥作為一回路系統的壓力邊界，正常時處于關閉狀態，一側介質為反應堆冷卻劑，另一側介質為廢物處理系統的廢水。反應堆冷卻劑的水質有著嚴格的要求，在安全注射系統試驗時為了防止廢水污染反應堆冷卻劑，需對邊界閥進行清洗。核動力裝置閥門在役檢查和試驗時，通常利用軟管連接邊界閥后的高點放氣閥和低點放水閥對邊界閥廢水側進行清洗，但廢物處理系統廢水中的雜質粘在閥瓣上容易污染反應堆冷卻劑。為解決此問題提出了在正常清洗安全注射系統邊界閥的基礎上，利用一回路系統反應堆冷卻劑反向沖洗邊界閥的方法。

2、安全注射系統邊界閥的結構及工作原理

　　安全注射系統邊界閥為全封閉閘閥( 圖1) 。當安全注射系統運行時，閥門開啟，安全注射泵從貯水箱吸水并升壓后經過邊界閥注入反應堆( 圖2) 。

邊界閥

圖1 邊界閥

安全注射系統流程

圖2 安全注射系統流程

3、安全注射系統邊界閥的清洗方法

　　3.1、普通清洗方法

　　普通清洗方法主要有兩種。①采用裝置自身貯水箱的去離子水清洗邊界閥及相關管路。②采用外部水源的去離子水清洗邊界閥及相關管路。

　　采用裝置自身貯水箱的去離子水清洗邊界閥的方式為通過啟動安全注射泵，利用裝置貯水箱的去離子水清洗邊界閥廢水側，廢水通過高點放氣閥和低點放水閥連接的軟管排至地坑( 圖3) 。主要流程為貯水箱→安全注射泵→邊界閥( 廢水側) →高點放氣閥和低點放水閥→地坑。采用外部水源的去離子水源清洗邊界閥的方式為通過外部水源及泵，從高點放氣閥( 或低點放水閥) 接管充水清洗邊界閥門，廢水通過低點放水閥( 或高點放氣閥) 連接軟管排至地坑。主要流程為外部水源→外部泵→高點放氣閥( 或低點放水閥) →邊界閥( 廢水側) →低點放水閥( 或高點放氣閥) →地坑。

　　兩種普通清洗方法都是在維持邊界閥關閉的狀態下進行，由于安全注射系統邊界閥作為一回路系統反應堆冷卻劑的邊界，長期處于關閉狀態，邊界閥未動作，普通清洗方法只能對邊界閥廢水側進行沖洗，在閥板上的污染物不能完全清洗干凈，在后續注水試驗中容易污染一回路系統冷卻劑。

邊界閥普通清洗流程

圖3 邊界閥普通清洗流程

　　3.2、反向沖洗方法

　　針對普通清洗方法不能完全清洗干凈邊界閥的問題，為保證一回路系統的清潔度，在安全注射系統試驗時維持一回路系統反應堆冷卻劑水質滿足要求，提出了利用一回路系統反應堆冷卻劑反向沖洗邊界閥的方法。反向沖洗主要方法為在一回路系統處于冷態保養狀態下，系統依靠穩壓器氣空間填充的氮氣維持在一定壓力，首先按照普通清洗方法對邊界閥廢水側進行清洗，然后依次開啟隔離閥門和邊界閥門，使一回路反應堆冷卻劑在內外壓差的作用下，反向沖洗邊界閥，廢水通過高點放氣閥和低點放水閥連接的軟管通向地坑。反應堆冷卻劑反向沖洗主要流程為隔離閥1( 隔離閥2) →換熱器→邊界閥1→高點放氣閥→地坑，或隔離閥1( 隔離閥2) →邊界閥2→低點放水閥→地坑( 圖4) 。

邊界閥反向沖洗流程

圖4 邊界閥反向沖洗流程

　　利用一回路系統冷卻劑反向沖洗邊界閥的方法在邊界閥動作的基礎上，徹底沖洗了邊界閥一次側、廢水側及閘板，并將污染物隨廢水排出系統外部，可保證后續試驗中邊界閥和管路的清潔度。

　　3.3、分析

　　(1) 安全注射系統邊界閥反向沖洗試驗在冷態下進行，反應堆已停堆，試驗不會導致反應堆重返臨界。

　　(2) 在邊界閥清洗試驗過程中，需開啟反應堆冷卻劑系統的壓力邊界，會導致系統壓力下降，可啟動補水系統向反應堆冷卻劑系統補水，維持系統壓力值在保養范圍之內。

　　(3) 如果邊界閥門開啟后，進行關閉動作失敗，形成反應堆冷卻劑系統的邊界破口，此時可通過關閉上游的隔離閥進行隔離，不會導致堆芯裸露事故，不會帶來安全問題。

　　(4) 反向沖洗試驗將產生一定量的放射性廢水，需通過廢水泵排至外部放射性廢水貯存罐。

4、試驗

　　在核動力裝置的安全注射系統試驗時，對邊界閥反向沖洗方法進行了驗證，安全注射系統邊界閥

　　經過一回路系統反應堆冷卻劑反復清洗后，分別從高點放氣閥和低點放水閥連接軟管處取水樣化驗，都滿足電導率( 25℃) 小于200μS /m、無可見油污且無大于0. 5mm 可見顆粒物的水質要求。試驗結果表明，一回路反應堆冷卻劑反向沖洗邊界閥的清洗方法是可行的，可以解決邊界閥廢水側存在污染物而不能完全清洗干凈的問題。