压水堆核电厂主系统注锌方法

1压水堆核电厂主系统注锌方法本文件提供压水堆核电厂主系统注锌方法，给出了注锌影响评估、数据采集、注锌装置规范、注锌策略开发（注锌前提条件、锌浓度控制、注锌速度、取样要求、分析方法、锌浓度异常处理）、注意事项、注锌效果评估等方面的要求。本文件适用于压水堆核电厂主系统冷却剂注锌的执行。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。NB/T20436—2017压水堆核电厂水化学控制3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1垢致堆芯功率偏移crudinducedpowershifts(CIPS)硼酸溶液在多孔性的燃料包壳表面垢层中发生浓缩甚至沉积，在该区域引入负反应性，引起堆芯功率偏移的现象。3.2垢致局部腐蚀crudinducedlocalizedcorrosion(CILC)燃料包壳表面垢层导致燃料传热性能变差，局部温度升高，引起燃料表面局部腐蚀的现象。4总则4.1加锌前4.1.1应评估加锌可能对燃料、一回路材料、事故后条件、化学控制、反应性管理、辐射场管理、放射性废水和流出物排放管理等产生的影响。4.1.2一回路冷却剂加锌前，首先应采集现场基础数据，制定加锌策略，明确锌目标浓度、锌的化学品技术规格、加锌速度、取样频率、分析方法、加锌位置、异常响应等要求。4.1.3根据加锌策略，开展加锌风险、电站系统和文件配置的影响及可行性评估。4.1.4具备条件的新电厂宜在机组首次装料前热态功能试验期间开始执行一回路冷却剂加锌，以取得减缓设备腐蚀、降低辐射剂量的最佳效果。4.2加锌过程中加锌过程中应监督相关化学参数和堆芯功率分布，根据实际情况及时调节加锌速度。4.3加锌以后每个循环结束，应按照第6章统计本循环数据，评估加锌对辐射剂量、堆芯沉积、功率分布变化的影响，并优化加锌策略。2对于已经执行加锌的机组，如果堆芯设计发生改变，如延长燃料循环周期、提升堆芯功率等，需要重新评估加锌对燃料性能的影响，并适应性调整加锌策略。5注锌影响评估5.1通则已经运行若干循环的机组，在向主系统冷却剂注锌前应评估注锌对堆芯燃料、化学控制、反应性管理、设备材料、事故后安全分析等的影响。确定机组的注锌风险，根据不同风险制定相应的注锌策略。对于首循环即开始注锌的机组，注锌产生的影响应在设计阶段进行评估。制定的注锌策略，需征求燃料供应商的意见。评估对主系统设备、材料、堆芯等无不可接受的负面影响后方可实施注锌。5.2燃料影响评估5.2.1燃料包壳腐蚀和完整性评估注锌前应评估注锌对燃料包壳腐蚀和完整性的影响。5.2.2CIPS和CILC风险评估注锌前应评估可能引起堆芯的CIPS风险和CILC风险。在注锌结束后的每个循环，根据各电厂自身情况宜评估下个循环CIPS和CILC的风险，并根据评估结果优化注锌策略。5.2.3燃料监督要求评估对于非首循环开始注锌的机组，应评估是否需要增加燃料监督相关要求，如功率运行期间堆芯功率偏移的监督、大修期间燃料沉积物检查等。5.2.4堆芯燃料设计变更的评估堆芯燃料设计变更后，应评估注锌对燃料性能的影响，确认是否需要调整注锌策略。5.3系统材料相容性评估应评估注锌对主系统材料的影响，这些材料包括奥氏体不锈钢、低合金钢、镍基合金及密封材料等。应评估注锌对设备的影响，如蒸汽发生器、反应堆冷却剂泵、反应堆冷却剂系统阀门、控制棒驱动装置、化学和容积控制系统相关设备、主系统系统仪表、焊接材料和贯穿件等。5.4树脂和过滤器性能评估应评估注锌对化学和容积控制系统除盐床总交换容量、树脂性能和过滤器性能的影响。5.5化学控制评估应评估注锌对主系统pHt、最大锂浓度、最大硼浓度、硅浓度、镍浓度等化学控制是否会增加堆芯沉积风险。35.6反应性管理评估应评估注锌在正常运行和事故工况下引起主系统冷却剂系统硼浓度的稀释，对反应性变化的影响。5.7放射性废物管理评估应评估注锌对放射性固体废物如树脂、过滤器等的影响；应评估注锌对放射性液态流出物的影响。5.8注锌的其他影响评估还应评估对最终安全分析报告等的影响，包括但不限于以下内容：a)技术规格书；b)正常和事故工况下的放射性后果；c)非丧失冷却剂事故安全分析；d)地坑pH值；e)事故后地坑滤网性能；f)事故后产氢情况。注锌装置应包含锌溶液箱、注锌泵、注锌管线、注锌位置等。注锌应管线和设备材料等推荐为不锈钢材质。注锌泵、管线和锌溶液的注入位置设计上应可以让锌溶液充分混合，减少沉淀。6数据采集6.1通则应按照《压水堆核电厂水化学控制》NB/T20436—2017的要求对主系统补水、硼酸储存箱、主系统冷却剂的钙、镁、铝、硅、放射性腐蚀产物等参数进行分析，用于注锌前的数据审查和评估。定期采集堆芯数据、主系统冷却剂注锌数据、腐蚀产物和放射性数据。6.2堆芯数据注锌前和注锌过程中，定期采集堆芯功率分布、轴向功率偏移、中子通量分布等数据，以执行注锌前审查和注锌后堆芯影响评估。6.3腐蚀产物数据对于装料前热态功能试验期间注锌的机组，应每天分析一次主系统冷却剂的铁离子和镍离子浓度，见表3。对于功率运行若干循环后才开始注锌的机组，从注锌前1～2个循环开始，应每周分析一次主系统冷却剂的铁离子和镍离子浓度，见表3。6.4辐射水平调查数据每次大修应对以下固定位置执行接触剂量的测量，必要时可以执行沉积核素的分析：4——每个环路的热段(尽可能靠近压力容器侧)；——每个环路的冷段(尽可能靠近压力容器侧)；——蒸汽发生器下封头水室内壁；——稳压器波动管线；——主泵和蒸汽发生器过渡段。6.5注锌数据收集每个注锌循环应收集以下数据：每个循环注锌总量、每个循环锌的有效暴露浓度、锌的累计有效暴露浓度、每个循环锌的去除量、每个循环残留锌的质量。详细计算方法见附录A。7注锌执行7.1通则电厂注锌前应根据自身条件，结合第7.2～7.8制定主系统冷却剂注锌策略。7.2开始注锌的前提条件对于已经运行若干循环的堆芯高负载机组，宜选择在循环的中后期首次注锌，以降低CIPS和CILC的风险。向主系统冷却剂注锌前，系统宜满足表1的要求。表1注锌前提条件123注：该注锌前提条件为参考使用，建议根据电站实际7.3锌溶液的配制称取一定量的醋酸锌固体，溶解后加入锌溶液箱内。对锌溶液进行取样分析，确认锌浓度在目标范围内，锌的浓度范围宜为100～5000mg/L。7.4锌浓度控制7.4.1装料前热态功能试验期间锌浓度控制5装料前热态功能试验期间正常运行温度和压力平台，主系统冷却剂中锌浓度控制范围宜为20~120μg/L。7.4.2装料后锌浓度控制如果机组是首循环注锌，锌浓度目标值范围宜为5～15μg/L，堆芯高负载机组目标值较低，低负载机组目标值较高。如果机组运行若干循环以后开始注锌，第一个注锌循环锌浓度目标值范围宜为3～10μg/L。在第二个和后续注锌循环中可逐渐提高锌的目标浓度，直至5～15μg/L的目标范围。电厂应根据自身条件和评估结果设定锌浓度的实际控制范围。7.5注锌速度7.5.1装料前热态功能试验期间主系统冷却剂注锌速度对于装料前热态功能试验期间注锌的机组，注锌泵应连续运行。对于1000MW的机组宜采用表2的速度添加醋酸锌，其他功率的机组可参考执行表21000MW机组装料前热态功能试验期间注锌速度1400～500250～2007.5.2功率运行期间主系统冷却剂注锌速度功率运行期间宜按照如下原则谨慎设定注锌速度：——注锌泵应连续运行；——注锌速度宜按照电厂实际评估结果设定；——第一个注锌循环宜根据锌浓度的上限值，计算净化系统对锌的去除速度，以该速度设定为初始的注锌速度；——根据测量的主系统锌浓度，调节注锌速率，连续一周未检测到锌浓度，宜将注锌速度提高1g/d，以此类推；——提高注锌速度时，宜关注主系统冷却剂中的铁离子、镍离子和活化腐蚀产物的变化趋势；6——一旦检测到锌浓度，根据主系统锌浓度的变化趋势，调节注锌速度；——检测到锌以后，如果机组运行状态发生改变，可能又无法检测到锌，此时宜维持注锌速度；——如果锌浓度超过上限值，应停止注锌或者降低注锌速度，直至锌浓度满足要求。7.6取样频率在装料前热态功能试验期间、装料后临界前、临界及功率运行期间，宜按表3频率执行锌浓度和腐蚀产物的取样分析。表3取样分析频率表间1每天一次每天一次锌浓度稳定在控制范围内以前，每天锌浓度稳定在控制2每天一次每天一次锌浓度稳定在控制范围内以前，每周锌浓度稳定在控制4～24小时一次3每周一次每周一次4每天一次每天一次每天一次7.7分析冷却剂中锌、铁、镍浓度为μg/L级别，宜采用石墨炉原子吸收光谱仪、电感耦合等离子质谱仪、离子色谱仪等仪器进行分析。7.8锌浓度异常处理7.8.1锌的瞬态当机组工况变化或功率波动时，锌会从主系统系统氧化膜和堆芯沉积物中释放。为了降低锌的瞬态，宜采取以下措施：——在机组停堆前24小时，停止注锌；——最大化净化流；7——增加主系统冷却剂中锌、铁、镍的取样分析频率；——如果主系统冷却剂中锌浓度超过控制范围停止注锌，查找原因，评估注锌策略是否合适；——尽可能避免主系统降功率、启停堆引起锌瞬态；——增加堆芯功率偏移的监督频率。7.8.2锌浓度低于下限值当反应堆冷却剂锌浓度低于限值时，宜采取以下措施：——适当提高注锌速度；——适当增注锌的取样分析频率，直至锌浓度达到控制范围内——适当降低净化床流量，直至锌浓度恢复至控制范围内。7.8.3锌浓度高于上限值正常运行期间，主系统冷却剂的锌浓度超过上限值时，宜采取以下措施：——立即降低注锌速度或者停止注锌；——适当增大净化床的净化流量，直至锌浓度恢复至控制范围内。8注锌注意事项8.1取样时注意事项为确保样品具有代表性，对主系统冷却剂取样时应注意：——制定主系统冷却剂取样方案，在合适的流速、冲洗时间下进行取样；——维持主系统的连续取样流量；——宜设置主系统冷却剂专用取样管线，减少其他样品对取样管线锌平衡的影响。8.2主系统冷却剂化学控制的注意事项主系统冷却剂化学控制应按照《压水堆核电厂水化学控制》NB/T20436-2017的要求执行，还应注——功率运行期间，注锌过程中如果发现镍浓度超过6μg/L,应停止注锌或者降低注锌速度，镍浓度满足要求后，可重新缓慢恢复注锌流量；——注锌后加强对堆芯功率分布的监督，堆芯功率分布偏移和设计值偏差较大时，应调查原因，必要时停止注锌；——功率运行期间，注锌过程中如果发现活性硅浓度超过1000μg/L,宜停止注锌，活性硅浓度满足要求后，可重新恢复注锌。88.3锌化学品要求和安全防护醋酸锌应不会对主系统杂质离子控制产生影响，宜使用贫化醋酸锌(64Zn丰度＜1%以减少感生放射性。在配制醋酸锌溶液时，应根据电厂安全防护的要求采取措施，避免裸露皮肤接触醋酸锌溶液。醋酸锌具有毒性，人员在操作过程中应注意安全，如不慎吸入或接触，应按照电厂安全防护规定实施急救。9注锌装置9.1通则9.1.1注锌装置应包含锌溶液箱、注锌泵、注锌管线等。9.1.2注锌管线和设备的材料宜为不锈钢。9.1.3设计上应考虑注锌泵流量、管线直径、管线区域温度和锌溶液的注入位置等，以有利于锌溶液充分混合，避免产生沉淀。9.2锌溶液箱锌溶液箱宜设置以下接口和设备：——上部设置加药口；——除盐水接口；——液位计，宜设置低液位报警跳泵功能，防止注锌泵抽空；——搅拌装置；——下部设置排污口；——取样阀。9.3注锌泵注锌泵宜满足以下要求：——注锌泵的最大流量不会引起主系统的瞬态和明显的反应性变化；——注锌泵的流量可以根据锌溶液箱的配制浓度和注锌速度进行选择；——注锌泵的流量调节精度可以满足1g/d注锌量的调节精度；——注锌泵管线上宜设置流量计；——注锌泵出口宜设置止回阀、隔离阀、安全阀和压力表。9.4注锌位置化学和容积控制系统中，可选择以下位置之一作为锌溶液注入点：9——净化回流管线，再生热交换器入口；——上充泵的吸入口，反应堆硼和水的补给系统下游或容控箱下游；——通向容控箱的样品返回管线；——其他能够有效注锌的位置。10注锌效果评估10.1主系统设备辐射水平评估宜比较机组每个循环主系统或者辅助系统相同位置的接触表面剂量率，分析注锌对设备表面接触剂量率的影响。宜比较机组每个循环主系统或者辅助系统相同位置的核素分析结果，分析注锌对设备表面源项的影10.2大修期间腐蚀产物去除评估宜统计每个循环机组腐蚀产物（58Co，60Co，镍，铁等）的去除量，分析注锌对腐蚀产物去除量的影10.3燃料表面沉积物检查评估宜在注锌前后对部分燃料组件实施非破坏性的辐照后燃料检查。根据各电厂自身情况建立燃料检查方案，检查项目通常包括目视检查、氧化层厚度测量和腐蚀产物取样分析等。通过对比注锌前后燃料沉积物检查结果，评估注锌对燃料性能的影响。（资料性）注锌相关数据计算公式（1）每个循环可按照公式（1）计算主系统添注锌的总量。式中：mcyclemma，daymmcycle=Σma，day×65/218.................................................................(1)——单个循环主系统添注锌（以锌计）的质量，单位为克（g——每天主系统添加醋酸锌（以二水合贫化醋酸锌计）的质量，单位为克每天（g/d）；——锌的相对分子质量，单位为克每摩尔（g/moL）；——二水合贫化醋酸锌的相对分子质量，单位为克每摩尔（g/moL）。（2）每个循环可按照公式（2）计算主系统锌的有效暴露浓度。式中：ecyclecaverageDecycle=caverage×D/30........................................................................(2)——单个循环主系统锌的有效暴露浓度,单位为微克每升月(μg/L·month）；——单个循环主系统中平均锌浓度，单位为微克每升(μg/L）；——单个循环添加醋酸锌的天数，单位为天（d）。（3）每个循环可按照公式（3）计算累计锌（以锌计）有效暴露浓度。ecycle，z=Σecycle............