李 瑋，閆國華，俞照輝，文 忠

（國核電站運(yùn)行服務(wù)技術(shù)有限公司，上海 200233）

0 引言

AP1000核電技術(shù)是美國西屋公司在AP600核電技術(shù)的基礎(chǔ)上于1999年開始研發(fā)的第三代先進(jìn)壓水堆核電技術(shù)，該技術(shù)在傳統(tǒng)成熟的壓水堆核電技術(shù)的基礎(chǔ)上，引入了安全系統(tǒng)的非能動(dòng)理念，使核電廠安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)發(fā)生了革新的變化，在設(shè)計(jì)中采用了非能動(dòng)的嚴(yán)重事故預(yù)防和緩解措施，大大降低了人因失誤的可能性[1]。

自動(dòng)卸壓系統(tǒng)（Automatic Depressurization System，ADS）是AP1000核電廠非能動(dòng)系統(tǒng)的典型代表，該系統(tǒng)旨在嚴(yán)重事故下提供快速卸壓防止高溫熔堆。ADS4為第4級(jí)自動(dòng)卸壓系統(tǒng)，直接與一回路熱管段頂部相連，ADS4開啟后，一回路冷卻劑直接向SG（Steam Generator，核電蒸汽發(fā)生器）所在隔間噴放。

圖1 單列ADS4管線布置

ADS4每個(gè)機(jī)組共設(shè)置有4列，該系統(tǒng)單列管線布置圖如圖1所示。在ADS4單列管線上串聯(lián)有爆破閥和電動(dòng)隔離閥各1臺(tái)，爆破閥安裝在ADS4管線末端且為常閉閥門。ADS4管線的“Z”字形設(shè)計(jì)使爆破閥前端管道內(nèi)的冷卻劑溫度比一回路冷卻劑溫度低，進(jìn)而形成水封以保證爆破閥的正常工作。ADS4管線采用爆破閥的設(shè)計(jì)可保證事故條件下能夠可靠地開啟，且不會(huì)出現(xiàn)誤關(guān)閉。

AP1000上選用的爆破閥結(jié)構(gòu)型式在其他工業(yè)工程中有成功的運(yùn)用，并且在簡化沸水堆（Simplified Boiling Water Reac原tor，SBWR）ADS系統(tǒng)和安注系統(tǒng)上有使用業(yè)績。根據(jù)AP1000核電廠爆破閥的維修大綱，以及爆破閥技術(shù)規(guī)格書的要求，每10年需要對(duì)爆破閥進(jìn)行預(yù)防性解體維修并對(duì)零部件進(jìn)行一次檢測(cè)，解體前需將爆破閥從ADS4管線上拆除。由于該段管線特殊的“Z”字型設(shè)計(jì)，機(jī)組停堆后處于該管段上方水位較低，管線及爆破閥內(nèi)部的冷卻劑無法自行排出。

由圖2可知，如果爆破閥拆除前冷卻劑未能排出，會(huì)造成一回路冷卻劑外泄，增加維修人員沾污及輻射風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)多方調(diào)研與研究，目前ADS4管線有以下4種排水方案：①拆卸爆破閥法蘭螺栓自動(dòng)排水法；②爆破閥剪切蓋鉆孔疏流法；③拆卸上游電動(dòng)隔離閥排水法；④冰塞法。

圖2 爆破閥及殘余冷卻劑示意

在實(shí)施上述方案前，需先做以下準(zhǔn)備工作：①保健物理處需測(cè)量該處的環(huán)境劑量率，維修人員預(yù)估工作時(shí)長，工作人數(shù)，以計(jì)算該工作的集體劑量；②確保將爆破閥爆破組件已被取出；③爆破閥處于隔離狀態(tài)；④必要時(shí)需要用起重工具將爆破閥安全起吊。下面就上述4種方法進(jìn)行闡述并說明其優(yōu)劣。

1 拆卸爆破閥法蘭螺栓自動(dòng)排水法

1.1 實(shí)施過程

由圖2可知，爆破閥與管道的連接采用法蘭連接的方式，拆卸爆破閥時(shí)需將法蘭螺栓拆除。在拆除螺栓時(shí)，管道法蘭與閥門法蘭之間的密封性失效，冷卻劑在重力作用下流出。作業(yè)時(shí)需要先將該處最下方的螺母緩慢松開，在法蘭處形成微小縫隙進(jìn)而使冷卻劑形成小股水流流到下方預(yù)先放置的容器內(nèi)，隨著螺母松動(dòng)量以及松動(dòng)的螺母數(shù)量的增加，法蘭之間的縫隙逐漸增大，冷卻劑流量也會(huì)慢慢增加，直至管道及爆破閥內(nèi)的放射性冷卻劑完全排干。需要注意的是在此過程中需要用塑料袋時(shí)刻遮擋住水流以防止放射性冷卻劑沾污設(shè)備及人員。

待冷卻劑完全排凈后，用干凈的紗布或百潔布將周圍殘余的冷卻劑擦拭干凈，將剩余法蘭螺栓及螺母按照規(guī)程拆卸后將爆破閥運(yùn)至檢測(cè)區(qū)域。

1.2 優(yōu)點(diǎn)與不足

優(yōu)點(diǎn)：①工具簡單，無需開發(fā)復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備：②成本較低，只需要容積較大的容器及塑料袋即可。

不足：①拆卸法蘭螺栓的同時(shí)要兼顧冷卻劑的排放，施工難度較大；②對(duì)維修人員的熟練程度要求較高；③在松開法蘭螺母時(shí)，難以預(yù)測(cè)冷卻劑流出位置，容易對(duì)維修人員形成及設(shè)備造成沾污；④該方法維修人員操作時(shí)間較長，所處的SG隔間處放射性劑量較大，會(huì)造成較大的集體劑量。

2 爆破閥剪切蓋鉆孔疏流法

根據(jù)圖2爆破閥的結(jié)構(gòu)及殘余冷卻劑所處位置，可采用一種ADS4爆破閥鉆孔疏流裝置用以排除ADS4管線及閥門內(nèi)部的殘余冷卻劑。

2.1 實(shí)施過程

首先將該爆破閥內(nèi)部的剪切蓋夾持器取出，使剪切蓋端面完全暴露出來，然后將爆破閥鉆孔疏流裝置安裝在相應(yīng)位置。用圖3中的底座頂緊螺絲將該裝置可靠地安裝在爆破閥內(nèi)。

圖3 爆破閥鉆孔疏流裝置

安裝到位后，用密封罐頂緊螺絲將密封罐頂緊螺絲可靠的壓在剪切蓋端面上，調(diào)節(jié)力矩使密封罐與爆破閥剪切蓋緊密貼合，避免冷卻劑泄漏。此時(shí)，鉆頭以及密封套安裝在密封罐內(nèi)。需要注意的是，鉆頭的中心位置應(yīng)控制在剪切蓋下部邊沿上方幾毫米處，以盡可能使殘余冷卻劑排凈。

工作時(shí)，通過遠(yuǎn)程操作使鉆孔電機(jī)開始工作，并利用進(jìn)給電機(jī)使鉆孔電機(jī)以及鉆頭等緩慢向剪切蓋方向進(jìn)給，直至完全鉆穿剪切蓋，在此過程中使用廠內(nèi)壓縮空氣通過進(jìn)氣管向密封罐內(nèi)通氣以冷卻鉆頭。剪切蓋被鉆透后進(jìn)給電機(jī)反向工作，使鉆頭快速脫離剪切蓋端面，同時(shí)利用密封套將密封罐的鉆頭通孔堵住避免冷卻劑泄漏。在重力以及進(jìn)氣管內(nèi)的壓縮空氣的作用下，冷卻劑通過排液管流到預(yù)先準(zhǔn)備好的廢液罐內(nèi)。

2.2 優(yōu)點(diǎn)與不足

優(yōu)點(diǎn)：①該裝置安裝簡單快捷，同時(shí)設(shè)備具備遠(yuǎn)程操控功能，可避免維修人員長時(shí)間在放射性劑量率較高的SG隔間暴露，可有效降低集體劑量率；②整套裝置設(shè)置了密封元件，避免了放射性冷卻劑的意外泄漏，降低設(shè)備及人員沾污風(fēng)險(xiǎn)；③該裝置操作簡單，對(duì)維修人員技能要求較低。

不足：每次排水時(shí)需要將剪切蓋破壞，使用時(shí)需要重新更換新的剪切蓋，該方案成本較高。

3 拆卸上游電動(dòng)隔離閥排水法

3.1 實(shí)施過程

由圖1可知，在爆破閥上游位置有1臺(tái)電動(dòng)隔離閥，該閥門類型為電動(dòng)閘閥，閥體與管道的連接方式為焊接。ADS4內(nèi)殘余的冷卻劑存于隔離閥與爆破閥之間的管道的密閉空間內(nèi)。該方案實(shí)施時(shí)，將電動(dòng)隔離閥現(xiàn)場(chǎng)拆解，給存儲(chǔ)冷卻劑的密閉空間打開一個(gè)缺口，并將軟管深入到爆破閥剪切蓋內(nèi)部（理論上該部位水位最低），通過水泵將該處的冷卻劑排到預(yù)置的容器內(nèi)。此電動(dòng)隔離閥拆解后，方可進(jìn)行相應(yīng)的閥門檢修或檢測(cè)工作。

3.2 優(yōu)點(diǎn)與不足

優(yōu)點(diǎn)：①不需要開發(fā)復(fù)雜的裝置，只需要一根軟管，一臺(tái)水泵以及一個(gè)存儲(chǔ)容器即可，亦不需要破壞現(xiàn)有設(shè)備，成本較低；②電動(dòng)隔離閥拆解后可趁機(jī)做相應(yīng)的檢修或檢測(cè)工作，提高了設(shè)備可靠性；

不足：①現(xiàn)場(chǎng)拆解電動(dòng)隔離閥對(duì)維修人員的要求較高；②現(xiàn)場(chǎng)拆解及安裝電動(dòng)隔離閥是一個(gè)相對(duì)繁重的工作，工作時(shí)間長，需要的人數(shù)較多，維修人員在環(huán)境劑量率較高的SG隔間暴露時(shí)間較長，增大了集體劑量；③該方案需要電動(dòng)隔離閥的拆解與爆破閥的拆解的周期一致，二者的維修大綱需要做同步調(diào)整。

4 冰塞法

采用液氮法將爆破閥與電動(dòng)隔離閥之間的冷卻劑制備成冰塞，避免在拆卸爆破閥時(shí)液態(tài)冷卻劑的外泄造成設(shè)備與人員的沾污。

采用液氮制備冰塞法的適用面很廣，最大可用于直徑為750 mm的工業(yè)管道，滿足以下條件之一的則必須使用液氮法制備冰塞：①管道直徑>3英寸（76.2 mm）；②管道介質(zhì)碳?xì)浠衔?、酸、石化原料等非水化合物或放射性介質(zhì)等；③高溫液體或環(huán)境溫度較高的管道。ADS4管道直徑為14英寸，管道內(nèi)為有放射性的冷卻劑，管道環(huán)境溫度約30，滿足采用液氮法制造冰塞的條件。圖4為ADS4管線液氮制造冰塞示意。

4.1 實(shí)施過程

圖4 ADS4管線液氮制造冰塞

將冰塞夾套安裝在ADS4管線彎頭靠近爆破閥的位置，由于管線法蘭處有變徑，故夾套位置以變徑為邊界安裝夾套，通過管線將液氮罐與夾套連接，然后測(cè)試設(shè)備是否可用。在實(shí)施過程中緩慢注入液氮，直至液氮充滿整個(gè)夾套與管道的夾層空間，此時(shí)要注意管線、夾套層及其連接處是否泄漏。由于液氮制造冰塞，夾套兩端管道表面溫度可達(dá)，在正常的環(huán)境濕度下，夾套兩端管道在如此低溫下表面空氣會(huì)結(jié)霜，觀察該處的結(jié)霜情況可判斷冰塞是否形成。在冰塞形成及解除冰塞前，為保證冰塞形成以及保持不融化狀態(tài)應(yīng)及時(shí)添加液氮以維持冰堵效果。冰塞形成后，應(yīng)及時(shí)拆除爆破閥。

4.2 優(yōu)點(diǎn)與不足

優(yōu)點(diǎn)：①可在不破壞現(xiàn)有設(shè)備下實(shí)現(xiàn)拆卸爆破閥；②冰塞設(shè)備安裝簡單快捷，工作人員可不用長時(shí)間暴露在環(huán)境劑量率很高的SG隔間，有效降低了集體劑量率。

不足：①ADS4管道為重要的非能動(dòng)系統(tǒng)，爆破閥亦為核1級(jí)關(guān)鍵設(shè)備，冰塞法產(chǎn)生的低溫對(duì)管道、焊縫以及設(shè)備的影響需要進(jìn)行嚴(yán)密的論證；②受ADS4管線形狀及尺寸的限制，冰塞法無法將爆破閥內(nèi)部及變徑處的冷卻劑完全冷卻為固態(tài)冰塞，在爆破閥拆除過程中仍會(huì)有少量液態(tài)冷卻劑流出，造成設(shè)備與人員的沾污風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié)論

根據(jù)上述4個(gè)方案的闡述以及優(yōu)劣分析，對(duì)AP1000核電廠及CAP1400核電廠ADS4末端排水具有一定的指導(dǎo)意義，電廠業(yè)主可根據(jù)自身?xiàng)l件選擇相應(yīng)的實(shí)施方案：①在條件相對(duì)不足且時(shí)間緊迫的情況下，可選擇“拆卸爆破閥法蘭螺栓自動(dòng)排水法”；②在準(zhǔn)備時(shí)間充裕且不考慮成本的情況下，可選擇“爆破閥剪切蓋鉆孔疏流法；”③維修人員技能熟練對(duì)閥門知識(shí)掌握充分且爆破閥及其上游的電動(dòng)隔離閥的維修周期一致的情況下可選擇“拆卸上游電動(dòng)隔離閥排水法”；④業(yè)主對(duì)冰塞法有應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)且對(duì)冰塞造成的風(fēng)險(xiǎn)及危害有深刻認(rèn)識(shí)，同時(shí)在充分論證后通過的情況下可采用“冰塞法”。