摘要：每个核电厂的系统运行和流体参数，都需要进行系统的监测和严格的把控，应用第三代核电技术AP1000的电厂也不例外，它的一回路取样系统一改传统电厂手套箱的设计，使用多种取样瓶进行多种样品分类取样分析，目的性更强，操作更加安全简单，对放射性屏蔽保护更加有效。本文就一回路取样系统的整体设计，调试和优化进行一一分析。
关键词：AP1000；一回路取样；放射性；调试；优化
1.概述
一回路取样系统是用于收集来自反应堆冷却剂系统及相关支持系统的液体样品，或来自安全壳大气的气体样品，并将其送到化学实验室进行分析的一个重要辅助系统。通过特有的方式，一回路取样系统提供了一种监测反应堆冷却系统及相关支持系统状态的方法，系统的安全壳隔离阀可以为贯穿安全壳的取样管线执行事故后安全壳隔离功能，以保持安全壳的完整性。正常运行期间，取样系统可以收集来自反应堆冷却剂系统及相关支持系统的液体样品，并将其输送到手动取样盘或放射性化学实验室进行分析，该期间也会对安全壳大气进行放射性监测，也可以对安全壳大气进行手动取样，以便监测整个安全壳内的气体质量。
通过对取样进行的测量参数分析，取样系统可执行以下功能：监测堆芯反应性；监测燃料棒完整性；评估离子交换器和过滤器的性能；确认对各系统的化学添加；维持反应堆冷却剂系统中的氢浓度在允许范围内；监测放射性泄漏；维持安全壳大气中的氢浓度在允许的范围内。
功能上可将整个系统分为液体取样子系统和气体取样子系统，气体取样子系统和液体取样子系统相似，也是被送到位于辅助厂房的取样间，通过取样面板外面的手动操作杆进行手动操作。正常和事故工况下，因为安全壳内气体压力与环境压力相当，压力相对较低，故气体取样子系统通过一个氮气喷射器提供取样气体的驱动力，气体取样从位于安全壳内操作平台高度的一个取样点被吸入，入口处有放射性探测器，用于测量气体样品的活度，总放射性活度高时就会关闭安全壳隔离阀，终止取样，发出报警，必要时，用氮气对放射性气体样品进行稀释。
2.调试
整个系统在执行正常功能之前，需要保证整个系统的设备可以正常运行，主要包括以下试验：
单体检查：确保系统内阀门安装方向正确，设备外观检查无问题；
泵的空载和对中：断开泵本体和电机的挠性轴连接，检查电机电缆的绝缘性和连续性，合格后合上断路器并进行点动，检查电机转动方向是否正确，期间对泵的振动，电机驱动端温度参数，本体温度和非驱动端的温度参数进行监测，如有异常立刻停泵进行消缺，直到符合要求为止；
系统冲洗：液体取样子系统用于收集来自反应堆冷却剂系统及相关支持系统的液体样品，液体取样管道采用0.25 in（6.35mm）的不锈钢管，小管道流通面积使得系统对于清洁度的要求非常高。因此在执行系统功能试验前要保证系统的清洁度达到要求，冲洗过程使用除盐水进行冲洗，压力为0.70MPa，通过系统上的排水口将水引至地漏，使用滤网对冲洗过程中所有的疏水阀进行取样，确保清洁度满足要求，滤网要达到20目的要求，即滤网的表面只有小斑点，没有大于0.8mm X 1.6mm的颗粒，在流出的水中或网面上，没有肉眼可见的污物证据；
预运行试验：系统清洁度满足要求之后需对系统进行预运行试验，确保系统的阀门可以正常实现开关，尤其是气动阀和电动阀，在满足可正常开关的同时，需要保证阀门响应时间在要求的范围内，保证阀门之间可以实现联锁，保证流道正常，保证下游可正常收集样品等；
热态功能试验：系统进入该阶段后，系统需要完成取样功能以支持整个电厂的温度压力平台试验，确保取样源系统内的参数要求一直被监测，以便试验对一回路水化学的控制。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆液体取样管线上有一端延迟管线，位于安全壳内，可以提供最少60s的延迟，目的在于使得取样液体中的N-16在离开安全壳之前进行充分的放射性衰变。正常运行时，一回路系统压力驱动取样流体流向手动取样盘，通过取样面板外的手动操作杆进行操作，可以减少人员操作时的放射性计量，该阶段需要对事故后的取样功能进行验证。事故后一回路压力不足或在换料运行状态下时，通过喷射器为取样提供动力，当喷射器补水泵从储存箱里向外输送除盐水时喷射器投运，为取样流体提供驱动力。该阶段需要注意，所有取样源的取样路线是公用的，所以在每次取样前需要用被取样的流体冲洗管线，以去除上次取样留下的残液。
3.调试期间出现的问题及优化措施
3.1取样时放射性屏蔽改进
按照放射性屏蔽保护的要求，人员在取样时要和系统流道保持一定的距离，目的在于减小电厂正常运行时人员接触的剂量。因此取样系统的取样操作阀门均采用延长杆的型式设计以便人员得到足够的放射性剂量保护，但实际上这种设计型式只能保证人员操作阀门时的剂量在可接受的范围内，对于接收样品的取样瓶却难以收到效果，取样瓶在取样过程中需和整个系统流道进行数次的连接和中断，过程中放射性液体微量溢出必不可免。针对这个缺陷，在调试过程中增加了一个临时的放射性屏蔽小窗，将取样瓶进行隔离，取得了很好的效果，建议后续的取样系统增设正式的屏蔽小窗，同时将取样瓶同样使用延长杆进行连接，增大可接受的屏蔽距离，将人员接收剂量降至最低。
3.2管道出现多次堵塞问题优化
一回路取样系统整个取样管线为0.25in的外径设计，去除管道壁厚，整个系统只有接近1.5mm的内径。这就要求在运行过程中，管道内的流体非常干净，但实际上一回路取样系统上游管道大多为外径8in和12in的管道，在系统冲洗期间存在一些细小颗粒状的异物必不可免。取样系统运行之初，下游压力逐渐下降，最后终至堵塞，导致整个系统瘫痪，被迫退出运行进行查漏处理。整个调试期间多次出现这种问题，最后通过多次的逐段检查，高压冲洗，切割管道更换等措施将出现的堵塞问题逐一解决，但正常运行期间是不存在窗口进行查漏处理的，更不能接受一回路取样系统退出运行。因此后续建议在取样系统的上游系统增设过滤器，对进入系统的流体先进行过滤，过滤器需增设在源样品的大外径管道中，要选择更换方便，结构简单的过滤器，保证随着异物的增加，滤网逐渐堵塞后，更换方便快捷，对人员影响降至最低。
3.3增设取样手段作为备用
取样系统的模块化设计具备占据空间小，设计精巧的优点，但同时也造成模块内管道密集，仪表校验，维修检查，阀门更换等操作相当不便，进行维修操作时，可能会造成取样系统停运半天到一天的时间，这对进行整个一回路参数监测和控制是极为不利的。因此后续建议优化模块化设计，将内部管道仪表布局重新整理，将仪表统一到一处，阀门处处可达，同时增设传统电厂手套箱以作为备用，既可以在维修时保证系统功能，也方便在模块拆装时进行统一作业，将检修工期降至最低。
4.总结
AP1000核电厂的一回路取样系统在大家的共同努力下，完成调试期间的所有试验，满足规范书中所有的设计技术要求，最终达到稳定持续的对一回路进行参数监测，保证人员对整个电厂流体参数和安全壳大气气体参数的控制，达到了预期的可行性，同时过程中也暴露了许多问题，通过改进和试验等措施证实新方法和改进措施的可行性。因现场各种原因所致有一些更加优选的方案没有实施，有待后续机组验证，本文通过总结和分析电厂从调试到运行期间的试验和改进措施等，提出一系列的改进方案，为后续AP1000一回路取样系统的调试和运行提供一定的借鉴和参考意义，积累了宝贵的经验。
参考文献:
[1]顾军等. AP1000核电厂系统与设备, 北京: 原子能出版社, 2010: 209-223.
[2]AP1000一回路取样系统规范书
[3]AP1000化学手册
论文作者:李峻宇
论文发表刊物:《电力设备》2018年第28期
论文发表时间:2019/3/27
标签：系统论文; 回路论文; 放射性论文; 气体论文; 样品论文; 液体论文; 管道论文; 《电力设备》2018年第28期论文;