國產(chǎn)在線啜吸裝置檢測破損核燃料組件

1、國產(chǎn)在線啜吸裝置檢測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1核電站核燃料破損事件不可避免，時有發(fā)生 ，發(fā)生核燃料組件包殼破損事件，對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)行在線啜漏檢測寧德核電所用國產(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、工作簡介在線啜漏試驗中，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)知識簡介：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32021-11-16第七屆電力行業(yè)化學(xué)專業(yè)技術(shù)交流會4相關(guān)知識簡介：2.破損核燃料組件的檢測圖圖2 2破損燃料檢測示意圖破損燃料檢測示意圖制 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5相關(guān)知識簡介：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探測器系統(tǒng)探測Xe133氣體計數(shù)率2電路系統(tǒng)將探測器信號傳輸至記錄儀3記錄儀系統(tǒng)記錄數(shù)據(jù)，打印數(shù)據(jù)

4、，設(shè)置報警功能4機(jī)械系統(tǒng)連接氣路、探測器系統(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88 對在線啜漏裝置五個系統(tǒng)的故障情況做了全面的統(tǒng)計，可看出，在線啜漏設(shè)備的故障主要集中在探測器系統(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9 設(shè)備缺陷點(diǎn)影響影響級別1通過Ba133源找到的三個峰，其“閾值對應(yīng)能量峰”的擬合結(jié)果不為直線說明NaI探測系統(tǒng)存在問題。無法定位81keV峰，會導(dǎo)致無法準(zhǔn)確探測到Xe133設(shè)備完全不可用2所

5、得到Ba133三個峰的峰形很差，均不對稱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)測量響應(yīng)速率較慢，為45s/次在線啜吸試驗每根組件的測量時長為5分鐘，而此時如果出現(xiàn)一個較高的數(shù)據(jù)（氣泡或氣流的擾動而造成），由于此數(shù)據(jù)無法快速回落到正常水平，會導(dǎo)致整個試驗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，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，需較長時間才能恢復(fù)到本底水平吹掃Xe133氣時間延長，會占用大修關(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 在測量過程中，發(fā)現(xiàn)設(shè)備的計數(shù)率波動較大，穩(wěn)定性不好。 對NaI探頭的工作電壓進(jìn)行測試，調(diào)整電壓，然后用固定的源、固定的位置來測計數(shù)率，做一個“電壓計數(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、測得此NaI探頭的高壓坪區(qū)為620780V。圖圖6 NaI探測器坪曲線探測器坪曲線三、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11計數(shù)率（計數(shù)率（CPS）128422295732812428365292162868727268284692820102711相對標(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，測得的后，測得的Ba133Ba133計數(shù)率計數(shù)率將工作電壓設(shè)定為660V（中間值），NaI探頭能穩(wěn)定地測量計數(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12圖圖7 7 Ba133“閾值閾值計數(shù)率計數(shù)率”

8、數(shù)據(jù)制圖數(shù)據(jù)制圖(左圖左圖)與與多道分析器測量結(jié)果多道分析器測量結(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，測量結(jié)果為單個點(diǎn)，結(jié)果極不直觀。使用NaI單道分析器測量Ba133放射源，固定道寬后調(diào)節(jié)閾值，將“閾值計數(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源的測量譜圖上共有四個較為明顯的峰，閾值分別為0.48、0.85、1.60、1.90。但僅根據(jù)這

9、四個峰的相對位置，僅能判斷最后一個峰是356kev峰，而81kev峰是哪一個則無法準(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“閾值閾值計數(shù)率計數(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，尋找的圖（右圖）進(jìn)行比對，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14 4 4. .設(shè)置設(shè)置正確的試驗參數(shù)正確的試驗參數(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，試驗譜（右圖）后，試驗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15 4 4. .設(shè)置設(shè)置正確的試驗參數(shù)正確的試驗參數(shù)2）線性率表“時間常數(shù)”設(shè)置過長的問題。圖10 線性率表邏輯圖（“時間常數(shù)”控制“電路開關(guān)”）通過對電子線路圖（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16 4 4. .設(shè)置設(shè)置正確的試驗參數(shù)正確的試驗參數(shù)2）線性率表“時間常數(shù)”設(shè)置過長的問題。將線性率表的“時間常數(shù)” 由10秒設(shè)置為1秒，然后測量其響應(yīng)速率。時間常數(shù)（秒）測量響應(yīng)速率（秒/次）更改前1045更改后15表表4 4 更改更改“時間常數(shù)時間常數(shù)”之后，測量響應(yīng)速率的變化情況之后，測量響應(yīng)速率的變化情況測量響應(yīng)速率由45秒/次提高至5秒/次，測量響應(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17 進(jìn)行破損燃料組件試驗后，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。在此設(shè)備的法國原型機(jī)上，設(shè)計有氣體清洗回路：在排氣口

12、處，有截止閥；在吸氣口處，有逆止閥。但設(shè)備國產(chǎn)化后，氣體清洗回路被取消。吹掃時間大大增加。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“測量室”，與“測量室”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間。清洗時間與法國原型機(jī)設(shè)備所需時間相當(dāng)（約15分鐘）。 5. 5.優(yōu)化優(yōu)化破損燃料組件試驗后吹掃方式破損燃料組件試驗后吹掃方式2021-11-16第七屆電力行業(yè)化學(xué)專業(yè)技術(shù)交流會18 在寧德核電一號機(jī)首次大修過程中，我們使用國產(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。試驗過程如下：四、在線啜漏試驗在線啜吸設(shè)備在無燃料組件的情況下測量反應(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，信號傳遞給在線啜吸裝置，儀器開始測量啜吸至測量室中的Xe133氣體比活度測量過程中，若此燃料組件有破損，則NaI探測器計數(shù)率會大幅上漲至本底計數(shù)率N0的3倍以上，此時設(shè)備會有報警提示；若未破損，則計數(shù)率無大幅上升測量時間5min后，儀器自動提示測量完畢。然后到下一根待卸燃料組件上方，準(zhǔn)備下一組試驗2021-11-16第七屆電力行業(yè)化學(xué)專業(yè)技術(shù)交流會19四、在線啜漏試驗在線啜漏設(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20 通過