CN101477844A - 核电站机组大修后启动过程一回路硫酸根污染的控制方法 - Google Patents

核电站机组大修后启动过程一回路硫酸根污染的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种核电站机组大修后启动过程一回路硫酸根污染的控制方法，在压水堆机组大修再启动阶段，一回路静态排气后、动态排气前，将净化用除盐床与净化回路隔离，在一回路水中氧浓度降低至小于1000ppb，重新投运除盐床。本发明针对现有技术无法控制硫酸根浓度的缺陷，提供一种工艺简单、有效控制硫酸根污染的核电站机组大修后启动过程一回路硫酸根污染的控制方法。

Description

核电站机组大修后启动过程一回路硫酸根污染的控制方法
技术领域
本发明涉及一种硫酸根污染的分析方法，尤其涉及一种核电站机组大修后启动过程一回路硫酸根污染的分析方法。
背景技术
目前，核电站运行过程中，定期需要对机组进行大修，其中，大修后启动过程主要包括对一回路进行静态排气、动态排气步骤，然后RCP主泵启动运行，再对一回路加N2H4除氧，然后检查化学平台的各项指标，在指标合格下，对RCP系统继续升温。2004年，在大亚湾/岭澳核电的四次机组大修后启动过程中都发生了一回路硫酸根污染的问题，在大亚湾/岭澳核电站的L201/L102/D210/D110(该代码为机组大修编号，其中，L201代表岭澳核电站二号机组第一次大修，D110大亚湾核电站一号机组第10次大修等)的4次机组大修启动阶段，因为一回路的硫酸根污染共导致大修关键路径延误121小时。
经美国科学家实验研究，
Figure A200910104857D0004160500QIETU
引起不锈钢应力腐蚀破裂(SCC)的危险性不亚于Cl-。历史上有2个PWR电厂的蒸汽发生器的ALLOY6OO传热管一次侧的失效破裂与硫化物的存在有关。其中一个发生在大修期间，一个发生在功率运行期间。功率运行期间，少量树脂进入一回路系统即足以在系统内生成引发晶间腐蚀破裂(IGA)的
Figure A200910104857D0004160500QIETU
浓度。1994年，“西班牙JOSE CABRERA核电厂发生了控制棒驱动机构晶间腐蚀断裂事故(IGA)，断裂材料是ALLOY600含金。原因是该电厂1980年和1981年二次发生树脂泄漏事件(40L和200L)，使得一回路
Figure A200910104857D0004160500QIETU
浓度升高和pH降低”。
为了避免产生一回路硫酸根腐蚀风险，在大修的主回路
Figure A200910104857D0005190258QIETU
异常时均必须在正常冷停堆的阶段将
Figure A200910104857D0004160500QIETU
处理合格然后再向单相中间停堆过渡。处理过程极大地延误了大修关键路径。给电站带来了巨大的经济损失，但控制硫酸根污染的产生是业界一直未能解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种工艺简单、有效控制硫酸根污染的核电站机组大修后启动过程一回路硫酸根污染的控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种核电站机组大修后启动过程一回路硫酸根污染的控制方法，主要是在压水堆机组大修再启动阶段，一回路静态排气后、动态排气前，将净化用除盐床与净化回路隔离，在一回路水中氧浓度降低至小于1000ppb，重新投运除盐床。
核电站机组大修后启动过程一回路硫酸根污染的控制方法，具体包括以下步骤：
(1)、在压水堆机组大修再启动阶段，一回路静态排气后、动态排气前，将净化用除盐床与净化回路的水隔离开，避免除盐床的树脂与净化回路水中的高浓度双氧水接触；
(2)、采用化学容积控制系统的过滤器持续对一回路进行净化；
(3)、按照机组的正常控制方式进行除盐床的冲洗，当一回路水中氧浓度降低至不高于1000ppb时，重新投运除盐床以控制放射性活度，对一回路水进行净化。
所述步骤(1)中，具体采用旁路管道将净化回路的水通过旁路管线从除盐床上游引到除盐床下游的方式隔离除盐床。
所述步骤(2)中，保持化学容积控制系统的过滤器都持续可用和最大的净化流量，通过过滤器的净化作用保持对一回路水的持续净化。
所述步骤(2)中，净化过程中监测一回路中硫酸根浓度、双氧水浓度、氧的浓度和放射性活度。
本发明根据有关阳离子交换树脂的氧化机理、实验室及系统试验数据分析可知，“机组大修启动阶段一回路硫酸根污染”的影响机理为：在富氧和高能量的γ射线作用下，水和氧作用产生H2O2，净化用除盐床所采用的阳离子交换树脂在一定H2O2浓度的作用下发生部分断链，产生可溶性的聚苯乙烯磺酸盐，聚苯乙烯磺酸盐在一定的能量作用下水解生成硫酸根，从而导致一回路冷却剂的硫酸根污染。高强度的放射性、水中存在富氧和含有苯磺酸基团的阳离子交换树脂组成了造成硫酸根异常的“三要素“。因此，本发明在原来大修工艺中增加了硫酸根控制步骤，在水中存在富氧，且存在放射性辐照场的时候，隔离含有苯磺酸基团的阳离子交换树脂所在的净化用除盐床，有效地避免水中富氧与水反应产生H2O2后，H2O2与有苯磺酸基团的阳离子交换树脂接触，从而避免了机组大修启动阶段一回路硫酸根污染。
本发明停运除盐床的时机选择：从装料开始到主泵启动后，陆续会有一些高放射性物质从燃料表面或一回路表面进入到一回路冷却剂中，为了保证在化学平台阶段的放射性控制要求满足，所以从装料开始就必须保持净化和除盐床投运以尽量控制放射性物质的活度水平。其后的静态排气阶段双氧水浓度不高，增加不多，可以利用这一阶段尽可能地对一回路进行净化。后续工艺动态排气由于一回路压力上升，氧气的溶解度增加，双氧水浓度增加较快，这时必须停运除盐床避免树脂与高浓度的双氧水接触，防止硫酸根的产生。所以静、动态排气之间是隔离旁路除盐床最好的时机。
在隔离除盐床后，失去除盐床的净化功能，采用化学和容积控制系统中过滤器净化是除盐床停运阶段重要的唯一可行的净化手段。为了防止隔离除盐床失去部分净化功能，导致后续阶段的控制规范受影响，因此要保持过滤器较大的净化流量和过滤器可用是非常重要，同时在净化过程中，需要监测净化回路中过滤器能够发挥较大的降低冷却剂中放射性的作用。在未来工作中可以考虑采用滤径更小的过滤器，来提高此时净化的效率。
除盐床再次投运的时机选择：一回路冷却剂中氧浓度接近或低于1000ppb是除盐床运行的标准。一方面代表在这个阶段除盐床的继续安全运行不会产生导致后果的硫酸根污染，另外在一回路放射性需要受控的特殊的时间段，除盐床可以重新开始对一回路冷却剂中的放射性物质进行去除。投运的时机就是平衡和解决硫酸根控制和放射性控制两大问题，所以除盐床再次投运的时机的确定非常重要。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是机组大修后启动过程的工艺流程图；
图2L202机组大修后启动过程硫酸根和H2O2浓度趋势跟踪图；
图3L103机组大修后启动过程硫酸根和H2O2浓度趋势跟踪图。
具体实施方式
以下通过L202和L103(岭澳核电站二号机组第二次大修和一号机组第三次大修)机组大修后启动过程中，对硫酸根的控制情况来详细说明本发明的技术方案。
如图1所示，为L202和L103机组大修后启动过程的工艺流程图。根据图中所示，在机组完成装料后对一回路实施静态排气操作完成后，采用旁路管道将净化回路的水引到除盐床下游的方式隔离除盐床，无论此时的硫酸根浓度如何，均退出除盐床的运行，其它机组操作按照原工艺方式继续进行，如进行动态排气，动态排气后RCP主泵连续运行、扫气、加N2H4，监测氧气含量，当机组在进行到一回路除氧阶段时，当回路中的氧浓度降低到1000ppb以下后，就可以重新投运RCV除盐床。并继续除氧，在氧气含量在100ppb以下时，检查化学平台的化学参数，例如：放射性指标、硫酸根浓度、氧气浓度等，检测指标不合格，在化学平台继续净化，更重要的是即使一回路中硫酸根由于在隔离前可能就已经存在污染的可能，那么在化学平台阶段可以将其很快净化合格。达到合格后才允许离开120度一回路温度平台继续升温。
在除盐床被隔离期间，保持净化回路的过滤器即化学容积控制系统的过滤器都可用和最大的净化流量，通过过滤器的净化作用保持对一回路水的持续净化。净化过程中一直监测一回路中硫酸根浓度、双氧水浓度、氧的浓度和放射性活度，根据实验证明在机组再启动阶段，一回路放射性物质大部分以颗粒状形式存在。过滤器能够部分承担净化用除盐床退出运行的后的净化作用。当监测一回路冷却剂的总放射性大于14000MBQ/M3，而一回路氧浓度大于1000ppb时，不能因为总放射性高而提前投运RCV除盐床。
硫酸根控制结果分析：
在L202/103大修中，实施硫酸根污染控制工艺后，从一回路开始充水一直到化学平台结束期间，一回路冷却剂硫酸根浓度变化趋势详见图2、图3。
从图2、图3可以看出，在L202/103机组大修启动阶段机组如预想的出现了高浓度的H2O2但由于实施硫酸根污染控制工艺，使H2O2与阳离子交换树脂隔离。一回路冷却剂硫酸根浓度一直处于20～35ppb的水平，没有上升。而当化学平台结束前投运RCV混床后，RCP中硫酸根会出现一个小的峰值，小峰值现象和PTR.F.P中除盐床被隔离后投运现象一致。但峰值小得多，因为隔离除盐床时H2O2浓度低。L202/103大修启动阶段峰值硫酸根在30ppb-50ppb之间。这标志着机组大修启动阶段硫酸根污染问题得以控制和解决。
在L202/103机组大修启动阶段实施硫酸根污染控制工艺后，由于隔离了净化用除盐床，RCP系统中净化能力受到影响，新的控制方法不能因为控制硫酸根而导致一回路其他化学参数、放射化学参数等出现异常。为了验证新的控制方法是否存在其他影响，在L202/103机组大修启动阶段实施硫酸根污染控制工艺的同时对因除盐床被隔离可能受到影响的参数进行了跟踪。跟踪分为化学参数、放射性参数和可活化产物的影响三部分。
1、对化学参数的影响
化学平台结束时一回路冷却剂的主要化学参数结果见表1：
表1  L202/103化学平台结束时一回路冷却剂的主要化学参数
 
大修次序 SO4 2-(ppb) F-(ppb) CL-(ppb) Na+(ppb)
L202 33.5 2.6 <2 <20
L103 25 3 <2 <20
控制规范 <150 <150 <150 <200
从表1可以看出，在L202/103机组大修启动阶段实施硫酸根污染控制工艺后，L202/103化学平台结束时一回路冷却剂的主要化学参数远小于控制规范的限值，而且增长量较少。因此可以判断机组大修启动阶段硫酸根污染控制工艺的实施不会对化学平台一回路冷却剂的化学参数产生大的影响，而且影响程度很低。
2、对放射化学参数的影响
在L202/103机组大修启动阶段实施硫酸根污染控制工艺后，化学平台结束时一回路冷却剂的主要放射化学参数结果见表2：
表2  L202/103大修中化学平台结束时一回路冷却剂的主要放射化学参数
 
大修次序 Co58(MBq/m3) Co58的净化效率 γT(MBq/m3)
L202 4498 50～96％ 8521
L103 985 60～98％ 2954
控制规范 <7000 / <14000
注：实施硫酸根污染控制工艺期间Co58仅靠净化管线上孔经为0.45um过滤器净化。
从表2可以看出，机组大修启动阶段实施硫酸根污染控制工艺后，尽管隔离了除盐床，但RCV系统中使用的过滤器能够对放射性物质起到净化作用，对Co58的净化效率为50～98％，不仅说明该阶段过滤器对放射性物质有净化作用，而且一回路放射性核素Co58主要以颗粒状为主，过滤器和除盐床的净化作用相当；最终的Co58、γT得以控制结果说明，机组大修启动阶段硫酸根污染控制工艺的实施不会对一回路冷却剂的放射化学参数的控制产生较大影响。
3、对可活化的物质的影响
可活化的物质在净化用除盐床停运阶段不能出现大的变化，否则将增加下个大修时源项。因此在L103机组大修启动阶段对一回路冷却剂中Fe、Ni含量进行的监测，以此为代表判断硫酸根控制工艺对可活化产物的影响，结果见表3。
表3  L103机组大修启动阶段一回路冷却剂铁、镍净化效率及含量
 
源项 Fe Ni
净化效率 100％ 54～79％
一回路主泵启动 30ppb 35ppb
一回路化学平台 18ppb 8ppb
一回路热停堆 <4ppb <4ppb
机组临界前 10ppb <4ppb
机组临界前参考值 <25ppb <10ppb
注：实施硫酸根污染控制工艺期间铁、镍仅靠净化管线上孔经为6um过滤器净化。机组临界前源项Fe、Ni控制参考值是参考有关国外有关文献。
从表3可以看出，机组大修启动阶段实施硫酸根污染控制工艺后，过滤器对Fe、Ni的净化效率分别为100％、54～79％，说明该阶段一回路冷却剂中非放射性Fe、Ni主要以颗粒状为主；
机组临界前的Fe、Ni最终控制结果说明，机组大修启动阶段硫酸根污染控制工艺的实施不会对以后一回路源项控制及反应堆的中子通量畸变(AOA)产生负面的影响。

Claims (5)

1、一种核电站机组大修后启动过程一回路硫酸根污染的控制方法，其特征在于，在压水堆机组大修再启动阶段，一回路静态排气后、动态排气前，将净化用除盐床与净化回路隔离，在一回路水中氧浓度降低至小于1000ppb，重新投运除盐床。
2、根据权利要求1所述的核电站机组大修后启动过程一回路硫酸根污染的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、在压水堆机组大修再启动阶段，一回路静态排气后、动态排气前，将净化用除盐床与净化回路的水隔离开，避免除盐床的树脂与净化回路水中的高浓度双氧水接触；
(2)、采用化学容积控制系统的过滤器持续对一回路进行净化；
(3)、按照机组的正常控制方式进行除盐床的冲洗，当一回路水中氧浓度降低至小于1000ppb时，重新投运除盐床以控制放射性活度，对一回路水进行净化。
3、根据权利要求2所述的核电站机组大修后启动过程一回路硫酸根污染的控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中，采用旁路管道将净化回路的水从除盐床上游引到除盐床下游的方式隔离除盐床。
4、根据权利要求2所述的核电站机组大修后启动过程一回路硫酸根污染的控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中，保持化学容积控制系统的过滤器持续可用和最大的净化流量，通过过滤器的净化作用保持对一回路水的持续净化。
5、根据权利要求2或4所述的核电站机组大修后启动过程一回路硫酸根污染的控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中，净化过程中监测一回路中硫酸根浓度、双氧水浓度、氧的浓度和放射性活度。
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C14 Grant of patent or utility model
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Owner name: GUANGDONG NUCLEAR POWER JOINT CO., LTD.

Free format text: FORMER OWNER: CHINA GENERAL NUCLEAR GROUP CO., LTD.

Effective date: 20141211

Owner name: CHINA GENERAL NUCLEAR GROUP CO., LTD.

Free format text: FORMER OWNER: DAYAWAN NUCLEAR POWER RUNNING MANAGEMENT CO., LTD.

Effective date: 20141211

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
C56 Change in the name or address of the patentee

Owner name: CHINA GENERAL NUCLEAR GROUP CO., LTD.

Free format text: FORMER NAME: CHINA GUANGDONG NUCLEAR POWER GROUP CO., LTD.

CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: Shenzhen science and technology building, No. 1001 Futian District Road, Shenzhen city in Guangdong province 518031 17-19 floor

Patentee after: CHINA GENERAL NUCLEAR POWER Corp.

Patentee after: DAYABAY NUCLEAR POWER OPERATIONS AND MANAGEMENT Co.,Ltd.

Address before: Shenzhen science and technology building, No. 1001 Futian District Road, Shenzhen city in Guangdong province 518031 17-19 floor

Patentee before: CHINA GUANGDONG NUCLEAR POWER GROUP Co.,Ltd.

Patentee before: DAYABAY NUCLEAR POWER OPERATIONS AND MANAGEMENT Co.,Ltd.

TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20141211

Address after: 518031 Guangdong city of Shenzhen province Futian District science and technology building, Shangbu Road 15

Patentee after: GUANGDONG NUCLEAR POWER JOINT VENTURE Co.,Ltd.

Patentee after: CHINA GENERAL NUCLEAR POWER Corp.

Address before: Shenzhen science and technology building, No. 1001 Futian District Road, Shenzhen city in Guangdong province 518031 17-19 floor

Patentee before: CHINA GENERAL NUCLEAR POWER Corp.

Patentee before: DAYABAY NUCLEAR POWER OPERATIONS AND MANAGEMENT Co.,Ltd.

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Granted publication date: 20121031