国产在线啜吸装置检测破损核燃料组件

1、国产在线啜吸装置检测破损核燃料组件宁德核电詹小聪2016年7月2021-10-30第七届电力行业化学专业技术交流会1核电站核燃料破损事件不可避免，时有发生 ，发生核燃料组件包壳破损事件，对放射性控制十分不利。本课题中，小组成员将设备优化，减少设备故障点数量为了及时鉴别破损核燃料组件并将其隔离，需在大修换料期间进行在线啜漏检测宁德核电所用国产在线啜漏设备性能较差、参数设置存在问题，故障点数量较多。一、工作简介在线啜漏试验中，成功挑选出破损核燃料组件。2021-10-30第七届电力行业化学专业技术交流会2破损核燃料组件中的放射性气体泄漏，进入一回路水中，放射性控制难度加大相关知识简介：1. 核燃料

2、组件的破损3图图1 1破损核燃料中放射性气体（主要为破损核燃料中放射性气体（主要为Xe133Xe133）进入一回路水）进入一回路水中中2021-10-30第七届电力行业化学专业技术交流会32021-10-30第七届电力行业化学专业技术交流会4相关知识简介：2.破损核燃料组件的检测图图2 2破损燃料检测示意图破损燃料检测示意图制 图：刘宁 校 核：詹小聪 2014年4月放射性惰性气体：Xe133在线啜漏装置在线啜漏装置破损破损核燃料组核燃料组件件换料大修时进行2021-10-30第七届电力行业化学专业技术交流会5相关知识简介：3在线啜漏装置的标定 图图3 Ba1333 Ba133源与源与Xe13

3、3Xe133的的81kev81kev能量峰关系示意图能量峰关系示意图制 图：刘宁 校 核：詹小聪 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，可用于标定Ba133放射源能量峰2021-10-30第七届电力行业化学专业技术交流会6二、现状2021-10-30第七届电力行业化学专业技术交流会77表表1 1在线在线啜漏装置的结构分类啜漏装置的结构分类图图4 4 在线在线啜漏装置的结构啜漏装置的结构分类分类设备结构设备结构用途用途1探测器系统探测Xe133气体计数率2电路系统将探测器信号传输至记录仪3记录仪系统记录数据，打印数据

4、，设置报警功能4机械系统连接气路、探测器系统5气路系统收集Xe133气体，并提供吹扫气、工作气2021-10-30第七届电力行业化学专业技术交流会88 对在线啜漏装置五个系统的故障情况做了全面的统计，可看出，在线啜漏设备的故障主要集中在探测器系统和电路系统，这是我们进行设备优化的关键控制点!图图5 5 各结构部位故障次数各结构部位故障次数比例图比例图82021-10-30第七届电力行业化学专业技术交流会9 设备缺陷点影响影响级别1通过Ba133源找到的三个峰，其“阈值对应能量峰”的拟合结果不为直线说明NaI探测系统存在问题。无法定位81keV峰，会导致无法准确探测到Xe133设备完全不可用2所

5、得到Ba133三个峰的峰形很差，均不对称3峰分辨率较差，峰与峰之间无明显界限，互相影响情况严重4设备数据测量响应速率较慢，为45s/次在线啜吸试验每根组件的测量时长为5分钟，而此时如果出现一个较高的数据（气泡或气流的扰动而造成），由于此数据无法快速回落到正常水平，会导致整个试验过程中的平均值上升，根据疑似组件的判据（在1.33倍本底之间判定为疑似组件），可能会将此组件归为疑似组件影响设备正常使用5A，B两通道在同一参数设置条件下，峰值与计数率均相差较大A，B两通道硬件基本一致，在正常情况下为一备一用，当A通道出现故障时，B通道应能够替代使用，此情况导致两通道无法互相备用。且两插件为同一型号产品

6、，不应出现此类情况，可能说明仪器电子学方面有故障有影响设备正常使用的可能6设备无气体清洗回路，当破损燃料组件中的Xe133气体释放到气回路中时，需较长时间才能恢复到本底水平吹扫Xe133气时间延长，会占用大修关键路径有影响设备正常使用的可能表2 国产在线啜吸设备缺陷点2021-10-30第七届电力行业化学专业技术交流会101 1. .设置设置此此NaI探头的合适工作电压探头的合适工作电压 在测量过程中，发现设备的计数率波动较大，稳定性不好。 对NaI探头的工作电压进行测试，调整电压，然后用固定的源、固定的位置来测计数率，做一个“电压计数率”的关系图。找出最平稳的那一段曲线，就是坪电压曲线，我们

7、测得此NaI探头的高压坪区为620780V。图图6 NaI探测器坪曲线探测器坪曲线三、缺陷处理及优化2021-10-30第七届电力行业化学专业技术交流会11计数率（计数率（CPS）128422295732812428365292162868727268284692820102711相对标准偏差（%）2.53表表3 3 设定工作电压为设定工作电压为660V660V后，测得的后，测得的Ba133Ba133计数率计数率将工作电压设定为660V（中间值），NaI探头能稳定地测量计数率，偏差在5%以内。2021-10-30第七届电力行业化学专业技术交流会12图图7 7 Ba133“阈值阈值计数率计数率”

8、数据制图数据制图(左图左图)与与多道分析器测量结果多道分析器测量结果（右图）比较（右图）比较2.以以直观的图表形式来呈现数据直观的图表形式来呈现数据 此设备为单道分析器，测量结果为单个点，结果极不直观。使用NaI单道分析器测量Ba133放射源，固定道宽后调节阈值，将“阈值计数率”的数据录入excel、绘图，使其呈现出Ba133的全谱图:多道分析器结果EXCEL绘图结果2021-10-30第七届电力行业化学专业技术交流会133 3. .使用使用Am241的的放射源来辅助标定放射源来辅助标定 Ba133源的测量谱图上共有四个较为明显的峰，阈值分别为0.48、0.85、1.60、1.90。但仅根据这

9、四个峰的相对位置，仅能判断最后一个峰是356kev峰，而81kev峰是哪一个则无法准确判断。由于Am241源有59.5kev的单峰，与81kev峰较为接近，可用于辅助判断81kev峰。Am241：59.5kevBa133：81kev图图8 将将Am241“阈值阈值计数率计数率”数据制图数据制图,（左图）与（左图）与Ba133的图（右图）进行比对，寻找的图（右图）进行比对，寻找81kev峰峰2021-10-30第七届电力行业化学专业技术交流会14 4 4. .设置设置正确的试验参数正确的试验参数1）放大器的输出极性设置问题。出峰结果的基线不稳、峰形不对称、分辨率差等现象，与放大器的输出极性有关。

10、将放大器输出极性由“”设为“”后，试验结果见下图。图图9 将放大器输出极性由将放大器输出极性由“”（左图）设为（左图）设为“”（右图）后，试验谱（右图）后，试验谱图图将放大器极性重新设置后，峰形、基线、分辨率均为正常水平。2021-10-30第七届电力行业化学专业技术交流会15 4 4. .设置设置正确的试验参数正确的试验参数2）线性率表“时间常数”设置过长的问题。图10 线性率表逻辑图（“时间常数”控制“电路开关”）通过对电子线路图（示于图7）进行分析，发现线性率表是通过“时间常数”来控制电流开关，进而限制了数据采集速率，最后影响到了测量响应速率。2021-10-30第七届电力行业化学专业技

11、术交流会16 4 4. .设置设置正确的试验参数正确的试验参数2）线性率表“时间常数”设置过长的问题。将线性率表的“时间常数” 由10秒设置为1秒，然后测量其响应速率。时间常数（秒）测量响应速率（秒/次）更改前1045更改后15表表4 4 更改更改“时间常数时间常数”之后，测量响应速率的变化情况之后，测量响应速率的变化情况测量响应速率由45秒/次提高至5秒/次，测量响应速率大大提高。2021-10-30第七届电力行业化学专业技术交流会17 进行破损燃料组件试验后，气体回路中存在较高活度的Xe133，需将其吹扫至本底水平才能进行下一组件的试验。在此设备的法国原型机上，设计有气体清洗回路：在排气口

12、处，有截止阀；在吸气口处，有逆止阀。但设备国产化后，气体清洗回路被取消。吹扫时间大大增加。经过调研，我们确定了如下操作方法，来实现大流量的吹扫：提高“吹气口流量”和“吸气口流量”，可增大整体吹扫流量，“啜吸筒”水相中的Xe133气体部分被吹入大气，部分进入“测量室”，与“测量室”中的Xe133气体一起通过排气口排出。由于整体吹扫流量增大，因此可大幅度缩短吹扫时间。清洗时间与法国原型机设备所需时间相当（约15分钟）。 5. 5.优化优化破损燃料组件试验后吹扫方式破损燃料组件试验后吹扫方式2021-10-30第七届电力行业化学专业技术交流会18 在宁德核电一号机首次大修过程中，我们使用国产在线啜吸

13、设备，完成了全部157根燃料组件的在线啜吸试验。试验过程如下：四、在线啜漏试验在线啜吸设备在无燃料组件的情况下测量反应堆水池中的Xe133气体比活度，作为本底N0装卸料机使用抓具抓住组件，缓慢提升组件至啜吸筒中，达到高位时，信号传递给在线啜吸装置，仪器开始测量啜吸至测量室中的Xe133气体比活度测量过程中，若此燃料组件有破损，则NaI探测器计数率会大幅上涨至本底计数率N0的3倍以上，此时设备会有报警提示；若未破损，则计数率无大幅上升测量时间5min后，仪器自动提示测量完毕。然后到下一根待卸燃料组件上方，准备下一组试验2021-10-30第七届电力行业化学专业技术交流会19四、在线啜漏试验在线啜漏设备破损组件！破损组件！燃料组件啜漏筒Xe1332021-10-30第七届电力行业化学专业技术交流会20 通过