國(guó)產(chǎn)在線啜吸裝置檢測(cè)破損核燃料組件

1、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2021-11-16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。2021-11-16第七屆電力行業(yè)化學(xué)專業(yè)技術(shù)交流會(huì)2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

2、組件的破損3圖圖1 1破損核燃料中放射性氣體（主要為破損核燃料中放射性氣體（主要為Xe133Xe133）進(jìn)入一回路水）進(jìn)入一回路水中中2021-11-16第七屆電力行業(yè)化學(xué)專業(yè)技術(shù)交流會(huì)32021-11-16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)圖圖2 2破損燃料檢測(cè)示意圖破損燃料檢測(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在線啜漏裝置在線啜漏裝置破損破損核燃料組核燃料組件件換料大修時(shí)進(jìn)行2021-11-16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 圖圖3 Ba1333 Ba133源與源與Xe13

3、3Xe133的的81kev81kev能量峰關(guān)系示意圖能量峰關(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2021-11-16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2021-11-16第七屆電力行業(yè)化學(xué)專業(yè)技術(shù)交流會(huì)77表表1 1在線在線啜漏裝置的結(jié)構(gòu)分類啜漏裝置的結(jié)構(gòu)分類圖圖4 4 在線在線啜漏裝置的結(jié)構(gòu)啜漏裝置的結(jié)構(gòu)分類分類設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)備結(jié)構(gòu)用途用途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)

4、，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2021-11-16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)!圖圖5 5 各結(jié)構(gòu)部位故障次數(shù)各結(jié)構(gòu)部位故障次數(shù)比例圖比例圖82021-11-16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

5、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1.33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

6、，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)2021-11-16第七屆電力行業(yè)化學(xué)專業(yè)技術(shù)交流會(huì)101 1. .設(shè)置設(shè)置此此NaI探頭的合適工作電壓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

7、測(cè)得此NaI探頭的高壓坪區(qū)為620780V。圖圖6 NaI探測(cè)器坪曲線探測(cè)器坪曲線三、缺陷處理及優(yōu)化2021-11-16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（計(jì)數(shù)率（CPS）128422295732812428365292162868727268284692820102711相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（%）2.53表表3 3 設(shè)定工作電壓為設(shè)定工作電壓為660V660V后，測(cè)得的后，測(cè)得的Ba133Ba133計(jì)數(shù)率計(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)。2021-11-16第七屆電力行業(yè)化學(xué)專業(yè)技術(shù)交流會(huì)12圖圖7 7 Ba133“閾值閾值計(jì)數(shù)率計(jì)數(shù)率”

8、數(shù)據(jù)制圖數(shù)據(jù)制圖(左圖左圖)與與多道分析器測(cè)量結(jié)果多道分析器測(cè)量結(jié)果（右圖）比較（右圖）比較2.以以直觀的圖表形式來呈現(xiàn)數(shù)據(jù)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2021-11-16第七屆電力行業(yè)化學(xué)專業(yè)技術(shù)交流會(huì)133 3. .使用使用Am241的的放射源來輔助標(biāo)定放射源來輔助標(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

9、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圖圖8 將將Am241“閾值閾值計(jì)數(shù)率計(jì)數(shù)率”數(shù)據(jù)制圖數(shù)據(jù)制圖,（左圖）與（左圖）與Ba133的圖（右圖）進(jìn)行比對(duì)，尋找的圖（右圖）進(jìn)行比對(duì)，尋找81kev峰峰2021-11-16第七屆電力行業(yè)化學(xué)專業(yè)技術(shù)交流會(huì)14 4 4. .設(shè)置設(shè)置正確的試驗(yàn)參數(shù)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)。

10、將放大器輸出極性由“”設(shè)為“”后，試驗(yàn)結(jié)果見下圖。圖圖9 將放大器輸出極性由將放大器輸出極性由“”（左圖）設(shè)為（左圖）設(shè)為“”（右圖）后，試驗(yàn)譜（右圖）后，試驗(yàn)譜圖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。2021-11-16第七屆電力行業(yè)化學(xué)專業(yè)技術(shù)交流會(huì)15 4 4. .設(shè)置設(shè)置正確的試驗(yàn)參數(shù)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。2021-11-16第七屆電力行業(yè)化學(xué)專業(yè)技

11、術(shù)交流會(huì)16 4 4. .設(shè)置設(shè)置正確的試驗(yàn)參數(shù)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表表4 4 更改更改“時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)”之后，測(cè)量響應(yīng)速率的變化情況之后，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。2021-11-16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

12、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. 5.優(yōu)化優(yōu)化破損燃料組件試驗(yàn)后吹掃方式破損燃料組件試驗(yàn)后吹掃方式2021-11-16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

13、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)2021-11-16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！破損組件！燃料組件啜漏筒Xe1332021-11-16第七屆電力行業(yè)化學(xué)專業(yè)技術(shù)交流會(huì)20 通過