三门核电燃料转运通道（FTC）预大修工作辐射防护优化

三门核电燃料转运通道（FTC）预大修工作辐射防护优化

许宝梁 ,张南地 ,侯明军

浙江三门核电有限公司， 浙江 三门 317112

摘要：核电厂定期（一般18个月）进行装换料操作，为支持装换料操作高质量高标准完成，必须在大修前对燃料转运通道（简称FTC）进行预大修，因FTC的设计特性和运行状况，其预大修存在较高的风险。本文以三门核电FTC预大修工作为例，阐述FTC预大修工作的风险、FTC源项情况和FTC预大修工作的影响，同时提出优化FTC预大修工作的方法和建议。

关键词：FTC预大修；辐射风险控制；辐射防护优化

0引言

三门核电一期工程使用美国西屋公司第三代压水堆核电技术，其燃料转运通道（FTC）设计在核辅助厂房12562房间，用于连通反应堆换料水池和核辅助厂房的乏池。为保证安全壳的完整性和传送燃料组件，在FTC换料水池侧设置一个密封盲板，在核辅助厂房乏池侧设置一个常关的闸阀，在FTC底部设置一个燃料倾翻机。正常运行期间，FTC是关闭的；停堆换料期间，燃料组件通过FTC进出安全壳厂房[1]。

根据预防性维修大纲要求， FTC每次大修前需执行预大修项目，主要有FTC区域放射性去污、脚手架搭拆、倾翻机检查和闸阀预维。燃料组件进行核反应后，其表面附着活化腐蚀产物，停堆换料期间，燃料组件在换料水池与乏池之间转运时，燃料组件表面的活化腐蚀产物脱落而沉积，且大多以颗粒形式沉积，导致FTC排水后存在较高放射性热粒子。参考三门核电机组历史运行经验，SM102/202大修前FTC区域预大修执行情况，FTC区域放射性去污会同步影响VAS-RY001，使其监测数据呈上升趋势。

1  FTC预大修风险

1.1 高辐射风险

由前文知， FTC存在放射性热粒子，在排水后进行的工作面临都有较高的高辐射风险，给电厂辐射安全管控和集体剂量造成一定的压力。

SM102大修前FTC排水后，FTC底部环境剂量率100-400μSv/h，底部擦拭样接触剂量率396μSv/h，有热粒子（接触剂量率30mSv/h）。SM202大修前FTC排水后，FTC底部环境剂量率160-546μSv/h，底部擦拭样接触剂量率约400μSv/h，有热粒子（接触剂量率48mSv/h）。SM202大修前FTC预大修项目产生集体剂量1.642man.mSv。

1.2 影响VAS-RY001监测情况

根据设计文件[2]，假定全堆芯卸料、燃料破损率为0.25%的情况下，燃料厂房会产生碘、气溶胶、惰性气体等放射性气体，详见表1。

表1  燃料破损情况下气载放射性产生情况

SM102/202 FTC闸阀预大修项目执行前，因其高辐射风险，必须进行放射性去污降低工作区域剂量率和污染水平。因燃料操作区域送排风布置在FTC上方，去污期间产生放射性气溶胶易在VAS-RY001探头（位于12651）附近风管沉积，进而影响VAS-RY001监测运行，VAS-RY001探头为环境敏感性监测设备，其运行情况会受到监管部门的关注和重视[3]。VAS-RY001监测受到影响后，无法第一时间通过在线仪表判断燃料厂房内空气污染情况，一是无法保障燃料厂房内的作业人员辐射安全，二是无法有效快速识别乏燃料组件是否存在破损，影响电站核安全。

2022年5月5日21:00完成2号机组FTC去污工作，2-VAS-RY001监测数据在2022年5月6日有明显的升高趋势（详见图1），与FTC区域内开展的工作有较大的关联性。2022年5月7日和2022年5月15日两次对2-VAS-RY001探头清洁，效果有限，未能明显降低对探头影响。

图1  2-VAS-RY001探头监测情况（SM202大修前）

2  FTC辐射源项情况及降低措施

FTC排水后其相关区域不仅残留有热粒子而且放射性松散污染水平高，导致放射性去污、搭拆脚手架、闸阀检查等预大修工作项目辐射风险高，同时预大修项目执行影响VAS-RY001。可通过降低FTC排水后辐射源项，进而减少FTC预大修风险。

2.1  FTC辐射源项情况

乏池与转运通道侧水闸门（FHS-MY-Y01）在机组运行期间常开，只有燃料转运通道疏水时才关闭[4]，FTC在机组运行期间与乏池连通且能通过SFS系统循环净化。SM201大修结束后乏池总γ长期维持在较低水平，FTC排水前一次化学取样总γ测量数据为0.71Bq/g。

FTC排水后对相关区域的取样样品进行核素分析，显示主要成分为堆芯活化腐蚀产物，主要核素为Co-60（占比72.1%）、Co-58（占比5.85%）、Mn-54（占比11.75%）、Nb-95（占比8.11%）。在SM201/102大修期间，换料水池低跨排水后燃料传输路径上也发现大面积热粒子，尤其是燃料倾翻机区域。

由此可知，燃料组件表面脱落的腐蚀活化产物是造成FTC区域剂量率高的主要原因；同时因SFS系统对乏池的净化路径[5]影响（从乏池高点取水净化后返回乏池），FTC区域低液位水体无动力循环，沉降的热粒子较难通过排水去除。随换料次数增多，FTC沉积的腐蚀活化产物会越来越多，底部区域的辐射源项会越来越强，对后续工作的影响会越来越大。

2.2  FTC辐射源项降低措施

2.2.1 使用SFS系统备用列动力循环FTC

因为FTC区域辐射源项为颗粒形式沉降，故在FTC排水前（水闸门关闭前）对FTC进行循环净化（见图2），可有效减少排水后放射性颗粒沉降，进而降低FTC区域辐射源项。

图2  SFS系统循环（倾翻机底部取水，返回乏池）

2.2.2 添加双氧水对FTC颗粒溶解

考虑双氧水对腐蚀活化颗粒的溶解作业，可在FTC排水前且水闸门关闭后添加双氧水（双氧水添加目标浓度6ppm）浸泡约20小时，促使颗粒转变为离子态，伴随FTC排水去除，减少FTC排水后残留，进而降低FTC区域辐射源项。

3  VAS-RY001影响缓解措施

除降低FTC辐射源项外，还可采取相关措施降低气溶胶扩散，降低对VAS-RY001的影响。降低气溶胶扩散的方式主要有：去污前封闭FTC格栅，减少去污期间水雾扩散；去污期间在FTC区域布置空气净化小车，降低进入排风管道的放射性气溶胶浓度；优化污染控制措施，减少FTC底部污染转移至12562厂房，降低松散污染以气溶胶形式扩散。

4 总结和建议

因FTC排水后辐射水平高、污染水平较严重，工作过程中附加防护措施的使用和工作环境影响，不利于剂量控制且易造成人员污染。同时预大修项目执行对VAS-RY001造成影响。建议采取如下优化措施，降低FTC辐射源项、缓解对VAS-RY001影响。

1）使用SFS系统对FTC动力循环2小时（FTC排水前且水闸门未关闭）；

2）添加双氧水对FTC浸泡20小时（水闸门关闭，FTC排水前）；

3）对FTC进行标准去污，降低闸门预维和脚手架作业的辐射风险、缓解大修期间非预期的FTC区域检修工作的辐射风险。

4）优化工作过程控制：根据FTC区域的工作环境、辐射风险，封闭FTC格栅进行FTC去污、优化FTC区域污染隔离区布置，便于污染管控；对相关工作组进行安全交底，确保每个工作人员知晓风险并采取相应的防护措施；增加12562房间清洁频度。

参考文献：

[1]顾军.AP1000核电厂系统与设备[M].北京:原子能出版社，2010:585.

[2] 三门核电一期工程1&2号机组最终安全分析报告（第3版）第12章，内部资料

[3]《放射性控制区通风系统说明书》（CPP-VAS-M3-001），内部资料

[4] 《乏燃料池冷却系统》（1-SFS-GJP-101），内部资料

[5] 《乏燃料池冷却系统流程图》（1-SFS-M6-001），内部资料