摘要：一回路鈉凈化系統(tǒng)是中國實(shí)驗(yàn)快堆（CEFR）重要的輔助系統(tǒng)之一，在CEFR大修期間對(duì)此系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化整改，取消或更換部分管道、閥門及電加熱，優(yōu)化系統(tǒng)布置，改善系統(tǒng)的運(yùn)行條件及現(xiàn)場操作條件。為驗(yàn)證整改后的一回路鈉系統(tǒng)的運(yùn)行狀況能否滿足設(shè)計(jì)要求，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了綜合調(diào)試。驗(yàn)證系統(tǒng)性能正常，積累了CEFR運(yùn)行人員在涉鈉系統(tǒng)調(diào)試方面的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：CEFR鈉凈化整改調(diào)試

中圖分類號(hào)：TL43文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? 文章編號(hào)：1672-3791（2022）07（a）-0000-00

一回路鈉凈化系統(tǒng)是鈉冷快堆特有的系統(tǒng)，中國實(shí)驗(yàn)快堆（CEFR）僅在建造調(diào)試階段有過相關(guān)的調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，CEFR大修過程中對(duì)此系統(tǒng)進(jìn)行了整改，運(yùn)行人員結(jié)合運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及建造階段調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，對(duì)整改系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試，積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)CEFR后續(xù)系統(tǒng)整改調(diào)試及類似涉鈉設(shè)施的調(diào)試有積極的意義。

1調(diào)試背景

1.1 系統(tǒng)概述

一回路鈉凈化系統(tǒng)是中國實(shí)驗(yàn)快堆（CEFR）重要的輔助系統(tǒng)之一，其主要功能是凈化一回路冷卻劑鈉，清除其中的金屬、非金屬雜質(zhì)、腐蝕產(chǎn)物和裂變產(chǎn)物等，保證鈉的品質(zhì)，減少雜質(zhì)對(duì)反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料和重要設(shè)備的腐蝕[1]。

該系統(tǒng)設(shè)置有兩個(gè)凈化環(huán)路，每個(gè)凈化環(huán)路由冷阱、省熱器、電動(dòng)閥和管線組成，兩臺(tái)冷阱之間設(shè)置了4臺(tái)中間聯(lián)絡(luò)閥，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的冗余性。系統(tǒng)電動(dòng)閥、管道等主要布置于309/1管廊和006臟管道間，其中管道總長約275m，電動(dòng)閥門20臺(tái)[2]。

1.2 存在的問題

1.2.1 管道布置密集

309/1管廊內(nèi)除了有一回路鈉凈化系統(tǒng)的設(shè)備和管線外，還有一回路鈉分析監(jiān)測、一回路鈉充排、反應(yīng)堆超壓保護(hù)、通風(fēng)等系統(tǒng)的設(shè)備及管線。各系統(tǒng)管線交錯(cuò)重疊，布置密集，造成309/1管廊無法正常通行，給管廊內(nèi)設(shè)備維保帶來極大的困難。

1.2.2 管廊溫度過高

正常運(yùn)行時(shí)309/1管廊管道和閥門散熱很大，導(dǎo)致管廊溫度較高，現(xiàn)場實(shí)測溫度最高達(dá)到60℃，設(shè)備、電纜、電氣部件在高溫下易老化，容易觸發(fā)故障率且容易觸發(fā)火災(zāi)探測器報(bào)警。整改前一年中，309/1管廊火災(zāi)探測器出現(xiàn)過11次誤報(bào)。即使采取加厚保溫層、優(yōu)化通風(fēng)等措施亦未能解決溫度過高的問題。

1.2.3 穿墻孔過多，不利于系統(tǒng)運(yùn)行

一回路鈉凈化系統(tǒng)管線復(fù)雜，在工藝間穿進(jìn)穿出，尤其2#冷阱間管線反復(fù)穿越006管道間，形成18處穿墻孔，增大了系統(tǒng)加熱的難度，液態(tài)鈉容易在穿墻孔處降溫凝固，造成系統(tǒng)堵塞。

1.3 系統(tǒng)整改

基于1.2小節(jié)所述，在CEFR大修時(shí)對(duì)一回路鈉凈化系統(tǒng)進(jìn)行了以下整改：（1）取消兩環(huán)路省熱器與冷阱之間管道的鈉閥，總共減少8個(gè)鈉閥及相關(guān)管道。（2）優(yōu)化309/1內(nèi)管道布置，將部分管線布置在冷阱間，留出人員和設(shè)備移動(dòng)通道。

通過整改，309/1管廊建立了人員可以順利進(jìn)出的通道;一定程度上減少系統(tǒng)的存鈉量，減少設(shè)備維保數(shù)量，節(jié)約了成本;同時(shí)通過優(yōu)化管線布置，在一定程度上減小了設(shè)備在管廊內(nèi)的散熱量，有利于降低管廊溫度，改善工作環(huán)境?，F(xiàn)場整改前后對(duì)比如圖1。

2? 調(diào)試實(shí)施

一回路鈉凈化系統(tǒng)改造后，原有的冷阱、部分管道、閥門及電加熱被取消或更換，為驗(yàn)證改造后系統(tǒng)的運(yùn)行狀況能否滿足設(shè)計(jì)要求，中國實(shí)驗(yàn)快堆運(yùn)行室進(jìn)行調(diào)試試驗(yàn)。

2.1? 調(diào)試驗(yàn)收準(zhǔn)則

（1）一回路鈉凈化系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，電磁泵的流量為0～8m3/h。（2）冷阱冷點(diǎn)鈉溫及凈化流量連續(xù)可調(diào)，處于設(shè)計(jì)參數(shù)范圍內(nèi)。（3）309/1管廊溫度有所下降。

2.2? 調(diào)試注意事項(xiàng)

（1）鈉介質(zhì)在升溫過程中體積膨脹會(huì)造成管道及設(shè)備應(yīng)力發(fā)生變化，可能引起管道及設(shè)備損傷，因此在加熱過程中必須嚴(yán)格控制升溫速率（15℃/h）并從可自由膨脹端開始逐段投入電加熱[3]。（2）系統(tǒng)排氣時(shí)存在鈉蒸汽排放到環(huán)境中的可能，充鈉過程中禁止進(jìn)行排氣操作，并需密切注意系統(tǒng)緩沖容器壓力。（3）根據(jù)聯(lián)鎖要求，閥體溫度達(dá)到200℃以上時(shí)，鈉閥方可動(dòng)作。

2.3 調(diào)試方案

2.3.1 單體調(diào)試

對(duì)整改涉及的電加熱、儀控進(jìn)行單體調(diào)試，檢查系統(tǒng)聯(lián)鎖、控制等，保證設(shè)備可用性。

2.3.2 系統(tǒng)預(yù)熱步驟及支架、保溫檢查

（1）系統(tǒng)預(yù)熱。備用冷阱內(nèi)氬氣品質(zhì)合格，具備進(jìn)鈉條件后，開始對(duì)冷阱及系統(tǒng)預(yù)熱，預(yù)熱必須滿足從自由液位起加熱原則。預(yù)熱為電加熱絲加熱，為保證管道、設(shè)備受熱均勻，需在50、100、150、180、200、230、250℃溫度臺(tái)階上各保溫一段時(shí)間，在完成整體預(yù)熱后再保溫24h。在預(yù)熱過程中，調(diào)試人員關(guān)注系統(tǒng)是否存在冷點(diǎn)，如有冷點(diǎn)需暫停加熱并及時(shí)解決，之后再繼續(xù)加熱。

（2）支吊架檢查。系統(tǒng)預(yù)熱過程中，力學(xué)計(jì)算的人員對(duì)支吊架進(jìn)行觀察，注意有無異常變化，特別是當(dāng)預(yù)熱溫度升至150℃以上時(shí)，要注意連續(xù)支架的變化[4]。

（3）保溫層外表面檢查。系統(tǒng)預(yù)熱完成后檢測管道、設(shè)備保溫層外表面的溫度，當(dāng)系統(tǒng)溫度升至250℃時(shí)，設(shè)備管道保溫層外表面溫度應(yīng)低于50℃。

2.3.3 系統(tǒng)充鈉

連通一回路鈉凈化系統(tǒng)與一回路鈉充排系統(tǒng)，通過一回路鈉充排系統(tǒng)儲(chǔ)鈉罐向一回路鈉凈化系統(tǒng)充鈉。

一回路鈉凈化系統(tǒng)與一回路鈉充排系統(tǒng)連通之前，要先核實(shí)鈉充排系統(tǒng)的儲(chǔ)鈉量，保證系統(tǒng)儲(chǔ)鈉充足，能滿足冷阱及管道鈉循環(huán)的需要。整改造成的鈉損失量約為0.48m3，計(jì)算充鈉量時(shí)應(yīng)予以考慮。充鈉過程中，由一回路鈉充排系統(tǒng)電磁泵提供鈉循環(huán)動(dòng)力，調(diào)試人員可通過監(jiān)控閥門及省熱器至堆芯管段溫度變化判斷系統(tǒng)充鈉量。

2.3.4 性能試驗(yàn)

一回路鈉凈化系統(tǒng)充鈉結(jié)束后，繼續(xù)預(yù)熱堆芯至一回路鈉凈化系統(tǒng)電磁泵之間的管道，預(yù)熱完成后，進(jìn)行一回路鈉凈化系統(tǒng)與反應(yīng)堆連通運(yùn)行操作，然后進(jìn)行性能試驗(yàn)。性能試驗(yàn)主要驗(yàn)證整改后一回路鈉凈化系統(tǒng)電磁泵的流動(dòng)特性變化[5]。調(diào)試試驗(yàn)時(shí)，冷阱本體溫度維持在250℃左右，不轉(zhuǎn)入凈化工況。

（1）啟動(dòng)電磁泵，調(diào)節(jié)到電磁泵電壓至額定電壓（320V），維持較大鈉流（最大流量為10m3/h）沖刷排氣，沖刷時(shí)間不小于2h。

（2）將電磁泵電壓從額定電壓開始逐步降低至鈉流量接近于零時(shí)的電壓，以鈉流量每降低10%為一個(gè)臺(tái)階，記錄各臺(tái)階運(yùn)行參數(shù)。

（3）將電磁泵電壓從鈉流量接近于零時(shí)的電壓開始逐步提升至額定電壓，以電壓每升高10V為一個(gè)臺(tái)階，記錄各臺(tái)階運(yùn)行參數(shù)。

2.3.5 浸潤試驗(yàn)

浸潤試驗(yàn)針對(duì)冷阱進(jìn)行，使冷阱依靠反應(yīng)堆鈉流帶來的熱量保溫，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行后的溫度調(diào)節(jié)。首先停冷阱底部臨時(shí)電加熱，然后調(diào)節(jié)電磁泵電壓，將流量維持在7～8m3/h，運(yùn)行不小于48h，使冷阱溫度穩(wěn)定，與反應(yīng)堆達(dá)到熱平衡狀態(tài)[6]。

2.4? 調(diào)試后恢復(fù)

調(diào)試試驗(yàn)完成后，按操作票將與一回路鈉凈化系統(tǒng)相關(guān)的一回路鈉分析監(jiān)測系統(tǒng)、冷阱冷卻系統(tǒng)等投運(yùn)，將一回路鈉凈化系統(tǒng)流量保持在1～2m3/h，進(jìn)入堆芯凈化工況[7]，同時(shí)將一回路鈉充排系統(tǒng)恢復(fù)至自循環(huán)狀態(tài)。

2.5? 通風(fēng)調(diào)試

針對(duì)309/1管廊溫度，保持原有通風(fēng)量及通風(fēng)溫度不變，測量管道實(shí)時(shí)溫度，并與整改前溫度進(jìn)行對(duì)比。

3? 調(diào)試結(jié)論

（1）系統(tǒng)升溫階段，現(xiàn)場檢查支架和設(shè)備未見異常。

（2）系統(tǒng)設(shè)備性能保持正常。電磁泵電壓與流量特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)與系統(tǒng)整改前調(diào)試報(bào)告對(duì)比，結(jié)果基本一致，額定流量也達(dá)到運(yùn)行要求。數(shù)據(jù)作圖可得到圖2的關(guān)系曲線，流量與電磁泵電壓成正相關(guān)變化，說明整改調(diào)試后的一回路鈉凈化系統(tǒng)可以達(dá)到原有的設(shè)計(jì)要求。

（3）309/1管廊溫度降低。309/1管廊改造后進(jìn)排風(fēng)溫差對(duì)比見圖3，系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行后，所有支路投運(yùn)情況下，管廊進(jìn)出口平均溫差14.27℃，比整改前進(jìn)出口溫差下降3.73℃，證明管廊內(nèi)設(shè)備總散熱量減少?？紤]到正常運(yùn)行時(shí)一回路鈉分析監(jiān)測系統(tǒng)取樣支路等處于部分停運(yùn)和冷凍狀態(tài)，現(xiàn)場溫度可以進(jìn)一步改善。

（4）一回路鈉凈化系統(tǒng)功能正常。一回路鈉凈化系統(tǒng)投入凈化工況后對(duì)一回路鈉進(jìn)行凈化，3個(gè)月后阻塞溫度降低至134℃，6個(gè)月后阻塞溫度已低于120℃凈化效果明顯，說明系統(tǒng)整改并沒有影響其正常凈化功能。

4結(jié)語

一回路鈉凈化系統(tǒng)優(yōu)化整改是運(yùn)行人員第一次對(duì)涉鈉系統(tǒng)進(jìn)行整改，系統(tǒng)調(diào)試也由運(yùn)行人員完成，整改調(diào)試結(jié)果證明一回路鈉系統(tǒng)優(yōu)化整改是有效的，很好地降低了環(huán)境溫度，并且保證了系統(tǒng)性能的穩(wěn)定。

整改調(diào)試涉及儀控、電加熱、工藝等多個(gè)環(huán)節(jié)，CEFR運(yùn)行和維修人員從中得到了豐富的涉鈉系統(tǒng)調(diào)試和鈉處理經(jīng)驗(yàn)，尤其是在涉鈉管道冷點(diǎn)判斷與處理、冷阱投運(yùn)等方面技能得到了較大提升，為其他鈉系統(tǒng)的整改調(diào)試提供了可參考的依據(jù)。

最后，在鈉冷快堆復(fù)雜鈉工藝間的管線設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)綜合考慮通風(fēng)系統(tǒng)、火災(zāi)探測系統(tǒng)、檢修可達(dá)性和穿墻孔處加熱等方面。

參考文獻(xiàn)

[1] 張東輝，楊洋，趙佳寧.中國實(shí)驗(yàn)快堆的主要技術(shù)創(chuàng)新和工程經(jīng)驗(yàn)[J].原子能科學(xué)技術(shù)，2020，54（S1）：194-198.

[2] 陳祖國，許義軍.CEFR冷阱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)及熱工水力分析[J].原子能科學(xué)技術(shù)，2019，53（5）：830-835.

[3] 陳振佳，杜麗巖，侯斌.鈉冷快堆高溫系統(tǒng)設(shè)備保溫設(shè)計(jì)研究[J].科技視界，2021（7）：4-5.

[4] 劉明，胡鑫，陳銳.管道支吊架管夾變形原因[J].理化檢驗(yàn)（物理分冊(cè)），2021，57（4）：77-79.

[5] 張慶軍，李麗丹，何釗.基于電磁泵驅(qū)動(dòng)的液態(tài)金屬冷卻系統(tǒng)研究[J].電子機(jī)械工程，2019，35（2）：43-46.

[6] 洪順章.鈉凈化裝置和鈉化學(xué)回路運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)[J].原子能科學(xué)技術(shù)，1991（5）：90-96.

[7] 惠媛媛，謝淳，王景春，李煦.中國示范快堆高性能冷阱凈化能力試驗(yàn)研究[J].原子能科學(xué)技術(shù)，2021，55（2）：315-320.

作者簡介：仝勇昂（1989—），男，碩士，工程師，研究方向?yàn)殁c冷快堆運(yùn)行。