CMT取样不合格原因分析

CMT取样不合格原因分析

董文

三门核电有限公司

摘要：本文主要针对三门核电1号机组堆芯补水箱（CMT）硼浓度取样不合格分析原因，并结合不同原因提出诊断措施并给出解决建议。

关键词：堆芯补水箱；硼浓度；取样

AP1000设计理念上的革命性变化，就是在传统成熟的压水堆核电技术的基础上，引入了非能动的安全系统理念。它依靠状态的变化、储能的释放或自主的动作来实现安全功能，在事故情况下无需任何外部动力就可以实现安全相关功能。非能动堆芯冷却系统（PXS）是AP1000安全系统之一，PXS功能是在设计基准事故下保证堆芯冷却、反应性控制和燃料包壳的完整性，从而保证公众的健康和安全；在设计上PXS的运行无须泵、风机和交流电源等能动设备，只依靠重力注射和压缩气体膨胀等非能动工艺。PXS主要包括两个子系统：安注子系统和应急堆芯冷却子系统。

堆芯补水箱（CMT）是安注子系统重要设备，用于提供较长时间注射流，最小注入时间为20分钟。CMT位于安全壳内，是一台立式圆柱体箱，顶部和底部都是半球形。每台容积70.8m3，内装3400-3700ppm浓度的硼酸，其位置稍微高于主泵。因为水箱没有被加热或隔热，正常情况下硼酸温度与安全壳相同。堆芯补水箱通过以下接口与其他系统相连：一个入口管嘴通过常开阀门一回路冷段相连、一个出口管嘴通过常关阀门与DVI管线相连、六个温度仪表接口、一个补水接口、两个取样接口、是个水位仪表接口、一个人孔[1]。

1CMT取样不合格原因分析

正常功率运行期间，CMT箱体内水基本保持静止，水装量基本不变，硼浓度基本不变。根据目前AP1000电厂运行情况来看，定期对CMT取样多次出现硼浓度不合格，低于正常硼浓度3400-3700ppm要求[2]。论文对CMT取样不合格问题进行原因分析，并提出解决思路。

1.1、CMT相连接管线阀门外漏

根据目前电厂运行经验，发生CMT管线外漏情况基本没有，即使发生外漏情况也可以通过CMT入口温度仪表、安全壳地坑液位变化以及检查相连管线有无大量硼结晶即可证实。

1.2、CMT相连接管线阀门内漏

由于一回路取样系统设计有取样母管，不同取样点并联汇入母管后经安全壳贯穿管道去取样分析，如果取样电磁阀存在内漏将会引起不同取样点硼酸混合从而影响取样结果。由于CMT取样时出口为一回路压力，因此不会受到低浓度硼水影响或影响很小。长时间阀门内漏会导CMT原有水装量减少，一回路冷却剂会通过入口平衡管线进入稀释CMT内硼酸。从管线布置分析，内漏阀门可能为PSS取样电磁隔离阀以及CMT补水隔离阀。

1）PSS电磁隔离阀内漏。取样管线内异物夹杂在阀门密封面上导致密封面损坏；阀瓣材质为STL6B硬质合金，相对不容易损坏，但材质仍不够硬，带压开关后会产生环形压痕。阀座材质为316，材质很软，多次开关后容易变形和异物损伤。

2）CMT补水隔离阀内漏。目前CMT补水气动隔离阀为单向密封，即只密封CVS向CMT补水路径，而CMT反向泄漏则不具备密封性，因此当上游止回阀无法关严时，即增加泄漏风险。根据目前电厂运行经验，若PSS电磁隔离阀泄漏，7天取样结果降低30ppm左右；若CMT补水隔离阀泄漏，取样结果降低100ppm左右。

2解决方案

考虑到功率运行期间对PSS、PXS系统进行大范围维修改造的可行性较低，在已知阀门内漏缺陷消除前，短期内可以采取以下补偿措施：

1）定期调硼。CMT取样不合格后，需要进行硼酸调节。通过补水管线补充浓硼酸使硼酸浓度满足技术规格书要求。补水原则采用浓硼酸（4375ppm）少量多次；利用补水管线调硼时，一次只能调节一个CMT。调硼过程中还需通过RCDT液位变化监测补水管线泄漏率；补水过程中，要严密监视CMT入口管线温度，避免一回路意外硼化。补水结束后，及时对一回路取样。

2）PSS电磁阀操作。实践证明管道带压情况下，PSS电磁阀依靠弹簧力无法可靠关闭，下游管道泄压后可实现有效关闭。当前取样完成后，建议调整PSS电磁阀关阀顺序，先关上游、待压力下降后再关下游阀门。

3）编制应急取样方案。根据缺陷历史和取样频率分析，CMT的取样结果频繁不合格。当取样结果不满足要求，短期无法处理电磁阀内漏缺陷或GSP不可用时，可以进入安全壳通过其他位置阀门进行应急取样，以避免因化学指标不满足要求进入TS。编制一份应急取样方案，确定各取样点，应急情况化学和维修人员进入安全壳进行取样。

阀门内漏是导致CMT取样不合格主要原因，若要长期消除该缺陷则需要变更系统设计：

1）取消母管设计。目前PSS从RCS、PZR、CMT、CVS、ACC、WLS系统12个点取样后并联汇入两根母管，任何一支电磁阀内漏后，会导致其它位置取样的样品被污染，导致取样不准，影响机组化学指标要求。因此需把这12个取样点设置单独的取样管线连接至GPS取样分析盘，这样即使电磁阀内漏也不影响样品分析。

2）更换PSS的电磁阀材质，确保材质满足要求。更换CMT补水隔离阀密封形式，将该阀门密封更换为双向密封。

3）在各取样管线（除RCS外）上游增加滤网，拦截异物，缓解对电磁阀密封面的损伤。

3结语

通过以上分析可以看出CMT取样不合格可能原因有，PSS系统设计缺陷、相连阀门管线外漏、取样电磁阀以及CMT补水阀内漏等。阀门外漏判断及维修相对容易，PSS系统设计和阀门内漏问题到换料大修期间处理。

参考文献：

[1]三门核电有限公司，《AP1000核电站基础培训教材电站系统与通用设备》

[2]SMG-FSAR-GL-700（第16章）1&2机组最终安全分析报告-技术规格书R2