國(guó)產(chǎn)在線啜吸裝置檢測(cè)破損核燃料組件

國(guó)產(chǎn)在線啜吸裝置

檢測(cè)破損核燃料組件寧德核電詹小聰2016年7月2023/2/6第七屆電力行業(yè)化學(xué)專業(yè)技術(shù)交流會(huì)1核電站核燃料破損事件不可避免，時(shí)有發(fā)生，發(fā)生核燃料組件包殼破損事件，對(duì)放射性控制十分不利。本課題中，小組成員將設(shè)備優(yōu)化，減少設(shè)備故障點(diǎn)數(shù)量為了及時(shí)鑒別破損核燃料組件并將其隔離，需在大修換料期間進(jìn)行在線啜漏檢測(cè)寧德核電所用國(guó)產(chǎn)在線啜漏設(shè)備性能較差、參數(shù)設(shè)置存在問題，故障點(diǎn)數(shù)量較多。一、工作簡(jiǎn)介在線啜漏試驗(yàn)中，成功挑選出破損核燃料組件。2023/2/6第七屆電力行業(yè)化學(xué)專業(yè)技術(shù)交流會(huì)2Sea破損核燃料組件中的放射性氣體泄漏，進(jìn)入一回路水中，放射性控制難度加大※相關(guān)知識(shí)簡(jiǎn)介：1.核燃料組件的破損3圖1破損核燃料中放射性氣體（主要為Xe133）進(jìn)入一回路水中2023/2/6第七屆電力行業(yè)化學(xué)專業(yè)技術(shù)交流會(huì)32023/2/6第七屆電力行業(yè)化學(xué)專業(yè)技術(shù)交流會(huì)4※相關(guān)知識(shí)簡(jiǎn)介：2.破損核燃料組件的檢測(cè)圖2破損燃料檢測(cè)示意圖制圖：劉寧校核：詹小聰2014年4月放射性惰性氣體：Xe133在線啜漏裝置破損核燃料組件換料大修時(shí)進(jìn)行2023/2/6第七屆電力行業(yè)化學(xué)專業(yè)技術(shù)交流會(huì)5※相關(guān)知識(shí)簡(jiǎn)介：3．在線啜漏裝置的標(biāo)定

圖3Ba133源與Xe133的81kev能量峰關(guān)系示意圖制圖：劉寧校核：詹小聰2014年4月Ba133放射源能量峰Ba133放射源的81kev能量峰同Xe133的81kev能量峰一致，可用于標(biāo)定Ba133放射源能量峰2023/2/6第七屆電力行業(yè)化學(xué)專業(yè)技術(shù)交流會(huì)6二、現(xiàn)狀2023/2/6第七屆電力行業(yè)化學(xué)專業(yè)技術(shù)交流會(huì)77表1在線啜漏裝置的結(jié)構(gòu)分類圖4在線啜漏裝置的結(jié)構(gòu)分類設(shè)備結(jié)構(gòu)用途1探測(cè)器系統(tǒng)探測(cè)Xe133氣體計(jì)數(shù)率2電路系統(tǒng)將探測(cè)器信號(hào)傳輸至記錄儀3記錄儀系統(tǒng)記錄數(shù)據(jù)，打印數(shù)據(jù)，設(shè)置報(bào)警功能4機(jī)械系統(tǒng)連接氣路、探測(cè)器系統(tǒng)5氣路系統(tǒng)收集Xe133氣體，并提供吹掃氣、工作氣2023/2/6第七屆電力行業(yè)化學(xué)專業(yè)技術(shù)交流會(huì)88對(duì)在線啜漏裝置五個(gè)系統(tǒng)的故障情況做了全面的統(tǒng)計(jì)，可看出，在線啜漏設(shè)備的故障主要集中在探測(cè)器系統(tǒng)和電路系統(tǒng)，這是我們進(jìn)行設(shè)備優(yōu)化的關(guān)鍵控制點(diǎn)!

圖5各結(jié)構(gòu)部位故障次數(shù)比例圖82023/2/6第七屆電力行業(yè)化學(xué)專業(yè)技術(shù)交流會(huì)9

設(shè)備缺陷點(diǎn)影響影響級(jí)別1通過Ba133源找到的三個(gè)峰，其“閾值——對(duì)應(yīng)能量峰”的擬合結(jié)果不為直線說明NaI探測(cè)系統(tǒng)存在問題。無法定位81keV峰，會(huì)導(dǎo)致無法準(zhǔn)確探測(cè)到Xe133設(shè)備完全不可用2所得到Ba133三個(gè)峰的峰形很差，均不對(duì)稱3峰分辨率較差，峰與峰之間無明顯界限，互相影響情況嚴(yán)重4設(shè)備數(shù)據(jù)測(cè)量響應(yīng)速率較慢，為45s/次在線啜吸試驗(yàn)每根組件的測(cè)量時(shí)長(zhǎng)為5分鐘，而此時(shí)如果出現(xiàn)一個(gè)較高的數(shù)據(jù)（氣泡或氣流的擾動(dòng)而造成），由于此數(shù)據(jù)無法快速回落到正常水平，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)試驗(yàn)過程中的平均值上升，根據(jù)疑似組件的判據(jù)（在1.3—3倍本底之間判定為疑似組件），可能會(huì)將此組件歸為疑似組件影響設(shè)備正常使用5A，B兩通道在同一參數(shù)設(shè)置條件下，峰值與計(jì)數(shù)率均相差較大A，B兩通道硬件基本一致，在正常情況下為一備一用，當(dāng)A通道出現(xiàn)故障時(shí)，B通道應(yīng)能夠替代使用，此情況導(dǎo)致兩通道無法互相備用。且兩插件為同一型號(hào)產(chǎn)品，不應(yīng)出現(xiàn)此類情況，可能說明儀器電子學(xué)方面有故障有影響設(shè)備正常使用的可能6設(shè)備無氣體清洗回路，當(dāng)破損燃料組件中的Xe133氣體釋放到氣回路中時(shí)，需較長(zhǎng)時(shí)間才能恢復(fù)到本底水平吹掃Xe133氣時(shí)間延長(zhǎng)，會(huì)占用大修關(guān)鍵路徑有影響設(shè)備正常使用的可能表2

國(guó)產(chǎn)在線啜吸設(shè)備缺陷點(diǎn)2023/2/6第七屆電力行業(yè)化學(xué)專業(yè)技術(shù)交流會(huì)101.設(shè)置此NaI探頭的合適工作電壓

在測(cè)量過程中，發(fā)現(xiàn)設(shè)備的計(jì)數(shù)率波動(dòng)較大，穩(wěn)定性不好。

對(duì)NaI探頭的工作電壓進(jìn)行測(cè)試，調(diào)整電壓，然后用固定的源、固定的位置來測(cè)計(jì)數(shù)率，做一個(gè)“電壓——計(jì)數(shù)率”的關(guān)系圖。找出最平穩(wěn)的那一段曲線，就是坪電壓曲線，我們測(cè)得此NaI探頭的高壓坪區(qū)為620—780V。圖6NaI探測(cè)器坪曲線三、缺陷處理及優(yōu)化2023/2/6第七屆電力行業(yè)化學(xué)專業(yè)技術(shù)交流會(huì)11計(jì)數(shù)率（CPS）128422295732812428365292162868727268284692820102711相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（%）2.53表3

設(shè)定工作電壓為660V后，測(cè)得的Ba133計(jì)數(shù)率將工作電壓設(shè)定為660V（中間值），NaI探頭能穩(wěn)定地測(cè)量計(jì)數(shù)率，偏差在±5%以內(nèi)。2023/2/6第七屆電力行業(yè)化學(xué)專業(yè)技術(shù)交流會(huì)12圖7

Ba133“閾值——計(jì)數(shù)率”數(shù)據(jù)制圖(左圖)與多道分析器測(cè)量結(jié)果（右圖）比較2.以直觀的圖表形式來呈現(xiàn)數(shù)據(jù)

此設(shè)備為單道分析器，測(cè)量結(jié)果為單個(gè)點(diǎn)，結(jié)果極不直觀。使用NaI單道分析器測(cè)量Ba133放射源，固定道寬后調(diào)節(jié)閾值，將“閾值——計(jì)數(shù)率”的數(shù)據(jù)錄入excel、繪圖，使其呈現(xiàn)出Ba133的全譜圖:多道分析器結(jié)果EXCEL繪圖結(jié)果2023/2/6第七屆電力行業(yè)化學(xué)專業(yè)技術(shù)交流會(huì)133.使用Am241的放射源來輔助標(biāo)定

Ba133源的測(cè)量譜圖上共有四個(gè)較為明顯的峰，閾值分別為0.48、0.85、1.60、1.90。但僅根據(jù)這四個(gè)峰的相對(duì)位置，僅能判斷最后一個(gè)峰是356kev峰，而81kev峰是哪一個(gè)則無法準(zhǔn)確判斷。由于Am241源有59.5kev的單峰，與81kev峰較為接近，可用于輔助判斷81kev峰。Am241：59.5kevBa133：81kev圖8

將Am241“閾值——計(jì)數(shù)率”數(shù)據(jù)制圖,（左圖）與Ba133的圖（右圖）進(jìn)行比對(duì)，尋找81kev峰2023/2/6第七屆電力行業(yè)化學(xué)專業(yè)技術(shù)交流會(huì)144.設(shè)置正確的試驗(yàn)參數(shù)1）放大器的輸出極性設(shè)置問題。出峰結(jié)果的基線不穩(wěn)、峰形不對(duì)稱、分辨率差等現(xiàn)象，與放大器的輸出極性有關(guān)。將放大器輸出極性由“—”設(shè)為“﹢”后，試驗(yàn)結(jié)果見下圖。圖9將放大器輸出極性由“—”（左圖）設(shè)為“﹢”（右圖）后，試驗(yàn)譜圖將放大器極性重新設(shè)置后，峰形、基線、分辨率均為正常水平。2023/2/6第七屆電力行業(yè)化學(xué)專業(yè)技術(shù)交流會(huì)154.設(shè)置正確的試驗(yàn)參數(shù)2）線性率表“時(shí)間常數(shù)”設(shè)置過長(zhǎng)的問題。圖10線性率表邏輯圖（“時(shí)間常數(shù)”控制“電路開關(guān)”）通過對(duì)電子線路圖（示于圖7）進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)線性率表是通過“時(shí)間常數(shù)”來控制電流開關(guān)，進(jìn)而限制了數(shù)據(jù)采集速率，最后影響到了測(cè)量響應(yīng)速率。2023/2/6第七屆電力行業(yè)化學(xué)專業(yè)技術(shù)交流會(huì)164.設(shè)置正確的試驗(yàn)參數(shù)2）線性率表“時(shí)間常數(shù)”設(shè)置過長(zhǎng)的問題。將線性率表的“時(shí)間常數(shù)”由10秒設(shè)置為1秒，然后測(cè)量其響應(yīng)速率。時(shí)間常數(shù)（秒）測(cè)量響應(yīng)速率（秒/次）更改前1045更改后15表4更改“時(shí)間常數(shù)”之后，測(cè)量響應(yīng)速率的變化情況測(cè)量響應(yīng)速率由45秒/次提高至5秒/次，測(cè)量響應(yīng)速率大大提高。2023/2/6第七屆電力行業(yè)化學(xué)專業(yè)技術(shù)交流會(huì)17進(jìn)行破損燃料組件試驗(yàn)后，氣體回路中存在較高活度的Xe133，需將其吹掃至本底水平才能進(jìn)行下一組件的試驗(yàn)。在此設(shè)備的法國(guó)原型機(jī)上，設(shè)計(jì)有氣體清洗回路：在排氣口處，有截止閥；在吸氣口處，有逆止閥。但設(shè)備國(guó)產(chǎn)化后，氣體清洗回路被取消。吹掃時(shí)間大大增加。經(jīng)過調(diào)研，我們確定了如下操作方法，來實(shí)現(xiàn)大流量的吹掃：提高“吹氣口流量”和“吸氣口流量”，可增大整體吹掃流量，“啜吸筒”水相中的Xe133氣體部分被吹入大氣，部分進(jìn)入“測(cè)量室”，與“測(cè)量室”中的Xe133氣體一起通過排氣口排出。由于整體吹掃流量增大，因此可大幅度縮短吹掃時(shí)間。清洗時(shí)間與法國(guó)原型機(jī)設(shè)備所需時(shí)間相當(dāng)（約15分鐘）。5.優(yōu)化破損燃料組件試驗(yàn)后吹掃方式2023/2/6第七屆電力行業(yè)化學(xué)專業(yè)技術(shù)交流會(huì)18

在寧德核電一號(hào)機(jī)首次大修過程中，我們使用國(guó)產(chǎn)在線啜吸設(shè)備，完成了全部157根燃料組件的在線啜吸試驗(yàn)。試驗(yàn)過程如下：四、在線啜漏試驗(yàn)在線啜吸設(shè)備在無燃料組件的情況下測(cè)量反應(yīng)堆水池中的Xe133氣體比活度，作為本底N0裝卸料機(jī)使用抓具抓住組件，緩慢提升組件至啜吸筒中，達(dá)到高位時(shí)，信號(hào)傳遞給在線啜吸裝置，儀器開始測(cè)量啜吸至測(cè)量室中的Xe133氣體比活度測(cè)量過程中，若此燃料組件有破損，則NaI探測(cè)器計(jì)數(shù)率會(huì)大幅上漲至本底計(jì)數(shù)率N0的3倍以上，此時(shí)設(shè)備會(huì)有報(bào)警提示；若未破損，則計(jì)數(shù)率無大幅上升測(cè)量時(shí)間5min后，儀器自動(dòng)提示測(cè)量完畢。然后到下一根待卸燃料組件上方，準(zhǔn)備下一組試驗(yàn)2023/2/6第七屆電力行業(yè)化學(xué)專業(yè)技術(shù)交流會(huì)19四、在線啜漏試驗(yàn)在線啜漏設(shè)備破損組件！燃料組件啜漏筒Xe1332023/2/6第七屆電力行業(yè)化學(xué)專業(yè)技術(shù)交流會(huì)20

通過不懈努力，消除了