安全注射系统边界阀清洗方法研究

2014-09-10 闵远胜中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室

　　介绍了安全注射系统边界阀的反向冲洗方法，解决了核动力装置安全注射系统边界阀清洗时废水污染一回路系统反应堆冷却剂的问题。

1、概述

　　安全注射系统作为核动力装置重要的专设安全设施之一，其主要功能是当反应堆冷却剂压力边界破损而发生失水事故时，迅速地向反应堆堆芯注入冷却水以维持堆芯冷却，是确保堆芯安全和防止反应堆放射性物质向周围环境释放的基本保障。安全注射系统边界阀作为一回路系统的压力边界，正常时处于关闭状态，一侧介质为反应堆冷却剂，另一侧介质为废物处理系统的废水。反应堆冷却剂的水质有着严格的要求，在安全注射系统试验时为了防止废水污染反应堆冷却剂，需对边界阀进行清洗。核动力装置阀门在役检查和试验时，通常利用软管连接边界阀后的高点放气阀和低点放水阀对边界阀废水侧进行清洗，但废物处理系统废水中的杂质粘在阀瓣上容易污染反应堆冷却剂。为解决此问题提出了在正常清洗安全注射系统边界阀的基础上，利用一回路系统反应堆冷却剂反向冲洗边界阀的方法。

2、安全注射系统边界阀的结构及工作原理

　　安全注射系统边界阀为全封闭闸阀( 图1) 。当安全注射系统运行时，阀门开启，安全注射泵从贮水箱吸水并升压后经过边界阀注入反应堆( 图2) 。

边界阀

图1 边界阀

安全注射系统流程

图2 安全注射系统流程

3、安全注射系统边界阀的清洗方法

　　3.1、普通清洗方法

　　普通清洗方法主要有两种。①采用装置自身贮水箱的去离子水清洗边界阀及相关管路。②采用外部水源的去离子水清洗边界阀及相关管路。

　　采用装置自身贮水箱的去离子水清洗边界阀的方式为通过启动安全注射泵，利用装置贮水箱的去离子水清洗边界阀废水侧，废水通过高点放气阀和低点放水阀连接的软管排至地坑( 图3) 。主要流程为贮水箱→安全注射泵→边界阀( 废水侧) →高点放气阀和低点放水阀→地坑。采用外部水源的去离子水源清洗边界阀的方式为通过外部水源及泵，从高点放气阀( 或低点放水阀) 接管充水清洗边界阀门，废水通过低点放水阀( 或高点放气阀) 连接软管排至地坑。主要流程为外部水源→外部泵→高点放气阀( 或低点放水阀) →边界阀( 废水侧) →低点放水阀( 或高点放气阀) →地坑。

　　两种普通清洗方法都是在维持边界阀关闭的状态下进行，由于安全注射系统边界阀作为一回路系统反应堆冷却剂的边界，长期处于关闭状态，边界阀未动作，普通清洗方法只能对边界阀废水侧进行冲洗，在阀板上的污染物不能完全清洗干净，在后续注水试验中容易污染一回路系统冷却剂。

边界阀普通清洗流程

图3 边界阀普通清洗流程

　　3.2、反向冲洗方法

　　针对普通清洗方法不能完全清洗干净边界阀的问题，为保证一回路系统的清洁度，在安全注射系统试验时维持一回路系统反应堆冷却剂水质满足要求，提出了利用一回路系统反应堆冷却剂反向冲洗边界阀的方法。反向冲洗主要方法为在一回路系统处于冷态保养状态下，系统依靠稳压器气空间填充的氮气维持在一定压力，首先按照普通清洗方法对边界阀废水侧进行清洗，然后依次开启隔离阀门和边界阀门，使一回路反应堆冷却剂在内外压差的作用下，反向冲洗边界阀，废水通过高点放气阀和低点放水阀连接的软管通向地坑。反应堆冷却剂反向冲洗主要流程为隔离阀1( 隔离阀2) →换热器→边界阀1→高点放气阀→地坑，或隔离阀1( 隔离阀2) →边界阀2→低点放水阀→地坑( 图4) 。

边界阀反向冲洗流程

图4 边界阀反向冲洗流程

　　利用一回路系统冷却剂反向冲洗边界阀的方法在边界阀动作的基础上，彻底冲洗了边界阀一次侧、废水侧及闸板，并将污染物随废水排出系统外部，可保证后续试验中边界阀和管路的清洁度。

　　3.3、分析

　　(1) 安全注射系统边界阀反向冲洗试验在冷态下进行，反应堆已停堆，试验不会导致反应堆重返临界。

　　(2) 在边界阀清洗试验过程中，需开启反应堆冷却剂系统的压力边界，会导致系统压力下降，可启动补水系统向反应堆冷却剂系统补水，维持系统压力值在保养范围之内。

　　(3) 如果边界阀门开启后，进行关闭动作失败，形成反应堆冷却剂系统的边界破口，此时可通过关闭上游的隔离阀进行隔离，不会导致堆芯裸露事故，不会带来安全问题。

　　(4) 反向冲洗试验将产生一定量的放射性废水，需通过废水泵排至外部放射性废水贮存罐。

4、试验

　　在核动力装置的安全注射系统试验时，对边界阀反向冲洗方法进行了验证，安全注射系统边界阀

　　经过一回路系统反应堆冷却剂反复清洗后，分别从高点放气阀和低点放水阀连接软管处取水样化验，都满足电导率( 25℃) 小于200μS /m、无可见油污且无大于0. 5mm 可见颗粒物的水质要求。试验结果表明，一回路反应堆冷却剂反向冲洗边界阀的清洗方法是可行的，可以解决边界阀废水侧存在污染物而不能完全清洗干净的问题。