中国实验快堆钠阀内漏排查分析

中国实验快堆钠阀内漏排查分析

贾坤

中国原子能科学研究院

摘要：中国实验快堆（CEFR）二回路主冷却系统由于阀门内漏问题导致缓冲罐液位下降增加运行人员负担并且影响反应堆安全稳定运行。本文通过分析排查方法最终实践采取冷冻钠的方式使其密封管道从而排查出内漏的阀门，得到一种合理可行的排查钠阀内漏的方法。

关键词：阀门内漏，安全稳定运行，运行人员负担

1 引言

中国实验快堆是以金属钠为冷却剂的反应堆，其中有各种各样的阀门。中国实验快堆设有大量钠管线，存在钠凝固在阀门结构上，导致阀门关闭不严，从而引起阀门内漏的可能。中国实验快堆已运行十余年，阀门内漏的情况偶有发生，阀门内漏对中国实验快堆系统安全稳定运行存在一定的隐患，现对中国实验快堆钠阀内漏排查方法进行分析。

2 阀门的基本性能

阀门是流体输送系统中的控制部件，具有调节、导流、防止逆流、稳压、分流或溢流泄压等功能。

3 阀门内漏问题解决的必要性

CEFR冷停堆运行期间，为了维持一回路主容器钠温，需要二回路主冷却系统的二回路钠泵长期处于运行状态。但是由于钠阀泄漏导致缓冲罐液位下降将会影响二回路主泵安全运行，所以需要主控室操纵员频繁充钠维持系统正常钠液位，增加运行人员负担。

CEFR处于功率运行期间，需要二回路主冷却系统的二回路钠泵连续保持运行状态，但由于二回路主冷却系统的钠会内漏到其他系统中，导致缓冲罐液位持续下降，将会需要主控室操纵员不停运二回路钠泵的情况下进行二回路主冷却系统充钠，存在非预期排钠或充钠过快导致触发停堆信号，造成CEFR非计划停堆的风险。更为核心的问题是，由于缓冲罐液位持续下降导致缓冲罐钠液位无法保证和开堆前二回路缓冲罐液位一致，在CEFR保护停堆后二回路钠温快速下降引起二回路缓冲罐液位也快速降低，为了维持二回路钠泵正常运行，则需要主控室操纵员在保护停堆处理过程中对二回路主冷却系统充钠，引入不必要的风险，甚至影响反应堆堆芯热量导出。

4 阀门内漏的判定方法

判断阀门内漏的方法一般可以根据液位判断法、压力判断法判断阀门内漏情况。

中国实验快堆二回路主冷却系统中涉钠管道和容器停堆时依靠钠泵发热及系统电加热维持温度，开堆则主要靠一回路传热维持钠温，由于二回路主冷却系统的缓冲罐压力和液位的变化均受钠温变化影响明显，若钠温无法维持不变，将在短的时间内无法判断是否存在阀门内漏问题，需要通过延长观察时间的方式来弱化钠温对钠泄漏量的影响，最终判断系统中阀门是否存在内漏。

中国实验快堆二回路主冷却系统缓冲罐液位持续以某一速率降低，且在操纵人员充钠干预后，缓冲罐液位继续持续降低，可以得出结论二回路主冷却系统钠存量降低。在未发现钠外漏的情况下，可以分析出系统阀门内漏，导致二回路主冷却系统缓冲罐液位无法维持，由于涉及的钠阀较多，所以需要定位排查出内漏阀门才能解决该问题。

5 内漏的钠阀定位方法分析

内漏阀门定位的方法一般分三种，第一种方法为通过接收漏钠系统的容器液位变化情况粗定位，第二种方法为通过阀门前后管线的温度变化进行判断，第三种方法通过加强隔离的方式逐个排查（扫雷式）出内漏阀门。

5.1第一种方法可行性分析

二回路主冷却系统的钠分别可以漏入二回路钠接收和二回路钠充排系统和蒸汽发生器事故保护系统中，通过接收漏钠系统的容器液位变化理论上可以排除一部分管线上阀门内漏的可能。但实际上接收漏钠系统的容器容积约为二回路主冷却系统的缓冲罐正常液位范围的容积的百倍，且接收漏钠的容器的液位计并无数字显示，其液位计为探针式液位计，液位变化近1/3容器容积才能观察出液位的变化，所以第一种方法并不适用。

5.2第二种方法可行性分析

钠管线温度主要受电加热的影响及钠流动传递的热量影响，但是钠阀内漏较小时，所带来的热量是很微弱的。尽管有一定的加热作用，但钠持续漏入管线，未发生泄漏率变化的情况下，很难从温度上得到明显的表征。所以第二种方法适用性也较差。

5.3第三种方法可行性分析

一般的加强隔离可以采用多隔离一道阀门的方式或者增加盲板的方式进行隔离，做到该段管线从可能漏钠变为不漏钠，再通过缓冲罐液位的变化速率进行判断是否已定位成功。但实际上系统中可能另外一道阀门相距较远（需要漏满两个阀门间的管道才能判断，实际不易估计，影响判断）或隔离不严将影响阀门定位的准确性。增加盲板的方式将系统置于短暂开式的方式对钠系统并不适用，有钠外漏发生火灾的风险，也会导致空气进入钠管道影响钠品质。所幸钠的冷点温度为九十七点八一摄氏度，我们可以通过停运阀门的电加热来冷却通过阀门处的钠，使钠冷却凝固最终实现截止功能，然后再通过缓冲罐液位变化速率情况进行判断。第三种方法有可行性。

6 内漏阀门排查实践过程

6.1可能泄漏路径分析

根据系统布置列出二回路主冷却系统可以漏钠至其他系统的所有管线，可能泄漏路径有3条。路径分析如图1 ：B05系统漏钠路径分析图所示。其中标注为红色的是该条路径最后一道阀门。若需保证每条路径至少有一道阀门严密，则需保证至少7道阀门严密，分别为阀门A6，阀门B2，阀门B4，阀门C1，阀门C2，阀门C3，阀门C4。

图1  B05系统漏钠路径分析图

6.2阀门内漏排查分析

以阀门C1为例，停运阀门C1的电加热，使其冷却到钠的熔点以下使钠冷冻起到截止密封作用，此时观察二回路主冷却系统缓冲罐液位下降趋势判断是否存在阀门内漏问题。如图2：阀门温度和钠缓冲罐液位随时间的变化趋势图所示，可以观察到阀门温度由179℃下降至74℃后，二回路主冷却系统缓冲罐液位下降速率明显趋于平缓，从而判断出该阀门存在内漏情况。然后逐一对上述边界阀门采取该方法进行判断排查直至缓冲罐液位下降速率基本为0。

图2   阀门温度和钠缓冲罐液位随时间的变化趋势图

7 结论

中国实验快堆（CEFR）二回路主冷却系统缓冲罐液位下降的原因为钠阀内漏，使用停运阀门电加热的手段使阀门处的钠冷冻凝固封堵住阀门不严密的部位，可以有效的排查出存在内漏阀门，从而保证中国实验快堆系统安全稳定运行。

参考文献

[1].骆学军.中国原子能科学研究院.中国实验快堆二回路主冷却系统手册[S].中国实验快堆内部文件，2004

[2]. 李静.中国原子能科学研究院.中国实验快堆二回路钠接收和二回路钠充排系统手册[S].中国实验快堆内部文件，2003

[3]. 李文宏.中国原子能科学研究院.中国实验快堆蒸汽发生器事故保护系统手册[S].中国实验快堆内部文件，2003