昌江核电（共4篇）
昌江核电 篇1
1 系统简介
GHE系统是发电机密封油系统, 它主要有两方面的功能:一方面, 给发电机轴两端的密封瓦提供压力油, 防止氢气泄漏;另一方面, 防止空气和湿气通过密封油进入发电机内部, 保持发电机绕组干燥, 并维持氢气的高纯度。
GHE系统分为空侧密封油系统和氢侧密封油系统。密封瓦配备在发电机壳体的两个端部, 此处是轴穿出气密罩处, 防止H2溢出。密封瓦有两个环形槽, 允许两个单独的循环。空侧密封油进入密封瓦的外部槽, 流向发电机壳体的外部;氢侧密封油进入密封瓦的内部槽, 流向发电机壳体的内部。正常运行情况下空侧密封油压力由差压阀控制, 将氢油压差维持在84k Pa;氢侧密封油压力由两个平衡阀控制, 精确的跟踪空侧密封油压力, 使两个循环之间交换的油量最小, 这样可以保证发电机内部H2的污染也最小。
两侧密封油系统分别配备一台交流密封油泵、一台直流密封油泵、两台并联的冷油器和两台并联过滤器。正常情况下使用交流密封油泵, 直流密封油泵作为紧急情况的备用, 不能保证机组长时间运行。为提高系统可靠性, 空侧密封油还另设高压备用油源和低压备用油源。高压备用油源取自主油泵和高压备用密封油泵的出口, 低压备用油源取自交流润滑油泵出口。正常运行情况下主油泵作为空侧密封油第一备用油源, 高压备用密封油泵作为第二备用油源, 直流密封油泵为第三备用油源, 低压备用油源只能在发电机内部低氢压下使用。备用油源上的备用差压阀可以将氢油压差维持在56k Pa。
2 调试过程简介
由于GHE的油源来自GGR系统, GHE系统的调试在GGR系统具备启动条件后才能进行。在调试过程中启动GHE系统前必须首先启动GGR系统为GHE系统供油, 同时由于氢侧密封油压力是跟踪空测密封油压力, 在启动过程中空侧密封油泵应先启后停。
整个GHE调试阶段包括TP GHE 10和TP GHE 50, 各部分主要内容如下:
TP 2 GHE 10是发电机密封油系统试验, 主要是验证各信号及报警装置、联锁的正常动作;空侧交、直流密封油泵与氢侧交、直流密封油泵的正常运转及备用、联锁动作正常。
TP 2 GHE 50是发电机密封油系统热态功能试验, 主要是验证发电机内氢压高于2bar时氢侧回油箱排油正常;额定氢压情况下空侧备用油源动作正常;热态工况下差压调节阀和平衡阀动作正常。
3 试验主要问题及处理
3.1 GHE排油浮球阀低氢压下不能排油
氢侧回油箱液位控制原理 (上图) :液位低时, 右侧浮球下降, 自动补油浮球阀807VH打开, 通过809VH补油, 807VH故障无法开启时, 手动打开810VH强制补油;液位高时, 左侧浮球上升, 自动排油浮球阀806VH打开, 通过803VH排油, 806VH故障无法开启时, 手动打开811VH强制排油;也可以通过氢侧密封油泵出口023VH低压排油至空侧。
氢侧回油箱自动排油是利用油箱内与发电机相通的氢气压力进行排油。氢侧回油箱在高氢压情况下, 自动排油/补油浮球阀动作正常, 液位可以自动调节。但在低氢压情况下, 排油浮球阀即使打开也不能完成排油, 这是因为空侧静压大于氢侧回油箱油压。液位高引起排油浮球阀动作打开时, 液位不降反涨, 在这种情况下, 需要微开低压排油阀023VH, 并关闭排油阀803HV防止排油进入氢侧回油箱。
低氢压、低液位时, 按浮球阀控制原理, 排油浮球阀应该关闭, 不会受空侧静压大于氢侧回油箱油压影响。但试验中发现, 此种工况下排油浮球阀关闭不严, 803VH这一段管路会持续给油箱补油。
由于低氢压工况下, 不管液位高低, 排油浮球阀均会有一开度给氢侧回油箱补油。所以发电机不充氢或低氢压运行工况下, 自动排油这一路油管不可用。只能保持低压排油023VH有一开度, 与系统补油达到动态平衡。
3.2 高备泵无法作为空侧密封油的备用
发电机气密性试验完毕后, 空气压力维持在0.5MPa。启动GGR010PO, 手动开启空侧密封油高压备用油源供油阀GHE009VH查看备用油源压力GHE009LP压力正常在0.88MPa。在KIC中将GHE003PO置于“联锁”位置, 停运GHE001PO。此时随着GHE001MPd的压力变化情况, 备用压差调节GHE402VH应该投运, 氢-油压差降低并最终维持在0.056Mpa稳定值。但现场试验时发现交流密封油泵停运的瞬间, 高压备用油压力低001SP会触发, 因为直流密封油泵在联锁位置, 所以003PO会启动, 001MPd最终会稳定在0.084MPa。
原因分析为高压备用油源上减压阀整定值偏小, 在备有油源投入后减压阀后有流量经过, 压力降低, 试验前观测到的0.88MPa实为憋压导致。所以出现上述问题是高压备用油压力确实低, 才导致交流密封油泵停运后001SP会瞬时触发。
保证高压备用油源这一路投运的条件下, 调整高压备用油源上减压阀, 使之稳定在0.88MPa。重新验证高压备用油源的联锁, 结果正常。
4 总结及改进意见
GHE系统是发电机重要的辅助系统, 它的功能十分简单却及其重要, GHE系统的正常运行是发电机正常运行的必要前提。GHE系统的异常有可能导致发电机漏氢量增大, 严重时将导致发电机降负荷运行甚至解列。从系统安装到调试移交过程中要严格把关, 确保万无一失。尤其是对于关键步骤, 如差压调节阀、平衡阀、氢侧回油箱以及备用油源管线等。正常运行时要密切关注氢油压差、空氢侧密封油压差、氢侧回油箱液位等关键参数, 发现异常及时处理, 确保系统的正常运行。同时调试过程中需要注意以下几点:
1) GHE系统启动前应切除平衡阀上的差压表, 只有当系统稳定后, 才可以投入运行, 防止因系统不稳定损坏表计。
2) GHE系统启动前空侧密封油泵旁路阀应当打开, 待系统稳定后逐步关闭该阀, 防止因主差压阀调节迟缓, 空侧密封油压力过高或油压振荡。
3) 如果系统在启动时或运行过程中, 出现系统油压周期性的振动, 应立即逐步关闭主差压阀油压信号隔离阀, 保护主差压阀不被损坏, 待系统油压稳定后, 再根椐需要逐步开大该油压信号隔离阀。油压信号隔离阀关闭和开启过程时间长短, 以油压周期性的振动消失为依据。油压信号隔离阀开启程度为手柄关闭后, 反向开启1圈左右。
4) 氢侧回油箱排油浮球阀手动隔离阀在低氢压或无压情况下一定要关闭, 防止排油浮球阀不严倒油进氢侧回油箱。
5) 氢侧密封油泵停运前应将氢侧回油箱液位降至-150mm以下, 防止管路中余油在重力作用下回油使氢侧回油箱满溢导致发电机进油。
尽管在调试过程中遇到了大量的问题, 但是在大家的共同努力下, 按时完成了全部调试工作, 在长时间的试运行和汽轮机冲转的过程中, 系统状态稳定, 满足机组长期运行的要求。本文对系统在运行操作上提出一些建议, 以提高系统本身对相应故障的处理能力, 确保机组安全稳定运行。
摘要：发电机密封油系统 (GHE) 主要功能是给发电机两端的密封瓦提供压力油, 防止氢气泄露;防止空气和湿气通过密封瓦进入发电机内部, 保持发电机绕组干燥, 并维持氢气的高纯度。对于氢冷汽轮发电机组, 确保其不发生氢气外漏、保持发电机内氢气纯度、避免发电机进油是3项极为重要的安全指标, 系统自动控制的可靠性对完成这3项指标起着重要作用。本文针对调试过程中遇到的问题, 通过调研与课题相关的文献、成果, 针对这些不足, 最终给出改进建议。
关键词：密封油,排油浮球阀,备用油源,减压阀
参考文献
[1]胡瑜.GHE系统手册[Z].华东电力设计院, 2011 (7) .
昌江核电 篇2
在M310核电机组中, 化学和容积控制系统 (RCV) 是反应堆冷却剂系统 (RCP) 的一个主要辅助系统。RCV系统由下泄回路、净化回路、上充回路、轴封及过剩下泄回路等部分组成, 在反应堆的启动、停运及正常运行过程中都起着十分重要的作用, 作为反应堆冷却剂系统的水容积控制、化学控制和反应性控制的一种手段。
在RCP系统发生小破口的情况下, RCV系统能维持RCP系统的水装量;在发生弹棒和卡棒事故情况下, 能使反应堆维持在热态次临界状态;在事故工况安全系统注入的情况下, 作为安注泵运行保证堆芯冷却及维持在次临界状态。
1 系统调试内容
RCV调试内容包括系统初步试验及子系统试验。初步试验主要有系统冲洗, 仪表和模拟控制通道试验, 逻辑控制通道试验, 电动和气动阀试验, 上冲泵电机、齿轮箱和润滑油系统试验。子系统试验是在初步试验完成的基础上进行各子系统的功能验证, 在机组冷态功能试验及热态功能试验期间都有子系统的试验项目。RCV调试规程见表1。
2 调试过程存在的问题和解决方案
2.1 RCV出口去核岛疏水排气系统管线增加二次阀技改
RCV系统承受上充泵出口压力的一些管线, 到核岛疏水排气系统 (RPE) 的疏水只有一道隔离阀。机组正常运行时, 隔离阀关闭;但在隔离阀关闭不严或内漏的情况下, 将使一回路的泄漏率明显上升, 且内漏阀门在机组功率运行期间难以确定和处理。经分析和参考电厂运行经验反馈, 可在承受上充泵出口压力去RPE的阀门后再增加一道手动隔离阀, 增加的阀门和上游的一次阀之间的管道材质均为承高压材质。从调试期间及正式运行情况来看, 该技改方案效果较好, 达到了预期的目的。
2.2 主泵密封返回管线隔离信号改进
原设计中, 安全壳A阶段隔离 (CIA) 时, 须将主泵密封返回管线上的安全壳隔离阀 (RCV088VP/089VP) 关闭。安全壳隔离阀关闭后会导致主泵密封返回管线中的流量降低, 主泵会停运。但在蒸汽发生器传热管断裂事故中, CIA隔离信号触发后, 仍然需要主泵运行。经论证, 更改为安全壳B阶段隔离 (CIB) 信号触发阀门 (RCV088VP/089VP) 关闭, 原主泵密封返回管线中的流量低信号停泵逻辑维持不变, 从而保证CIA隔离时主泵能继续运行, 由CIB实施隔离, 确保了事故时的屏蔽功能。
2.3 核安全级机柜未到货影响RCV系统调试问题
由于DCS系统核安全级保护系统到货时间不能满足机组一回路水压试验时间要求, 为避免工程进度延误, 保证一回路水压试验及时开展, 特对水压试验准备和试验期间所有调试规程中牵涉到核安全级保护系统内容进行梳理和影响分析, 通过临时措施来满足一回路水压试验前提条件。经分析, 可将RCV系统泵及阀门的控制和保护逻辑中, 正常压力和温度控制更改为由DCS系统非安全级机柜来实现, 并送往主控进行显示和报警, 满足水压试验期间对RCV系统的功能要求。
2.4 上充泵出口压力低问题
在执行TP RCV 11试验的过程中, 系统在线从换料水箱吸水, 经小流量管线过密封水热交换器到上充泵入口进行小流量循环工况, 在确认系统在线无误并完成充水排气的情况下启泵, 泵出口压力显示为16.8MPa左右, 压力偏低不满足一回路水压试验的要求。经检查, 发现现场上充泵泵体上的2条排气管线和2条疏水管线最终汇集到一条疏水管线, 在上充泵运行的期间会导致泵的高压级叶轮和低压级叶轮间串水, 从而造成泵的出口压力偏低。
上充泵的泵体疏水排气管线上各设计有一道隔离阀, 但不在设备本体自带范围内, 而管路设计中又没有设计相关阀门, 泵体4条排气疏水管线无法隔离, 高压级压力腔内流体通过疏水排气管线流入低腔, 从而导致泵的出力不足。经分析, 可在相应阀门后增加一道隔离阀, 隔离相关疏水排气管线。改进后再次进行试验, 小流量工况时泵出口压力维持在8.5MPa左右, 满足设计要求。
2.5 除盐床压差高问题
在执行除盐床压差试验的过程中, 系统在线从容控箱到上充泵经上充管线注入一回路冷段, 下泄从一回路过渡段流出, 经再生式热交换器, 下泄管线三通阀到除盐回路, 最后重新打到容控箱。在除盐床投运后, 发现除盐床压差为0.25MPa, 远大于0.028MPa定值, 怀疑是除盐床入口过滤器堵塞。现场切割除盐床入口管线后进行内窥镜检查, 发现入口滤头内存在大量絮状物和铁屑类杂物, 导致进口滤头堵塞。该除盐床进出口过滤器与除盐床为一个整体, 无法单独取出冲洗, 在填装树脂情况下反冲洗效果不明显, 最后使用大功率吸尘器伸入过滤器吸出了堵塞物。重新投运除盐床后, 压差降为0.1MPa左右, 但仍接近除盐床设计限制。于是结合其它相关参数得出结论, 即除盐床更换树脂不以压差为标准, 更换树脂与否的主要参考指标为下泄流量及除盐床下游取样结果。
2.6 容控箱液位偏差问题
容控箱液位仪表的负压腔管线设计为直角管线, 由于负压侧取样管连接的是气腔, 在系统热态投运的情况下水温在40~50℃左右, 水蒸气进入负压腔仪表管形成少量凝结水, 这部分水容易沉积在仪表管内导致负压侧仪表管内积水, 在容控箱内压力变化时, 压力变化不能及时反映到水位变送器的负压侧, 最终导致测量压差有误差。为此, 对仪表负压侧水平段管线进行了改造, 即将负压侧取样管末端抬高, 使负压侧管线形成一定斜度, 凝结水能顺利回流至容控箱, 避免在取样管内形成积水。
3 结束语
化学和容积控制系统作为与核安全相关的重要核辅系统, 承担着正常机组运行的化学和容积的控制, 调试的质量好坏直接关系到后期机组能否安全稳定运行。通过系统初步调试及子系统的调试, 发现了RCV系统在设计、工艺等方面存在的不足, 并经过工艺改进及设计变更, 确保了系统调试顺利完成。目前, 该RCV系统的功能和指标在设计要求的范围内, 满足设计和运行要求。
摘要：介绍化学和容积控制系统 (RCV) 在压水堆核电站中的功能, 对RCV系统的调试项目及内容进行概述, 基于RCV系统调试过程中存在的问题进行分析, 并提出解决方案。实践证明, 经过系统调试后, 整个RCV系统运行良好, 满足设计要求。
昌江核电一号机组刷架故障及改造 篇3
随着用电量的增大,发电机容量也不断的在提高,对励磁系统的要求越来越高。传统的直流励磁机励磁因大电流下的火花问题无法使用,三机励磁系统则因系统复杂、检修不方便等问题也给用户带来了很多困扰;自并励静止励磁系统以其接线简单、可靠性高、工程造价低、调节响应速度快、灭磁效果好的特点而得到广泛应用。刷架作为自并励静止励磁系统中不可分割的一部分,同样起到了不可替代的作用。
1 设备简介
汽轮发电机的刷架一般由底架﹑绝缘支撑﹑电气连接件﹑刷握和隔音罩等组成。底架是刷架的基座,绝缘支撑﹑电气连接件及刷握等均直接或间接的固定到底架上。底架由优质钢板焊接加工而成,放置在基础座板上,通过基础螺杆固定到基础上。绝缘支撑由多块绝缘板组成,或由绝缘刷杆及支架组成,作为刷握和电气连接件的支撑,并将上述部件与底架绝缘。电气连接件一般由导电凹块﹑弧形导电板﹑导电块和引线等部件组成,均为铜材,相互连接构成励磁电流的通路。刷握起持握电刷的作用,可分为一握多孔组合式结构和一握单孔单元式结构。一握多孔组合式刷握由刷盒﹑电刷﹑恒压弹簧(即卷式弹簧,以径向恒定压力使电刷与集电环保持接触)﹑导电楔块和绝缘把手等组成,以装卡形式装配在导电凹块上,可在运行中将刷握与导电凹块分离更换电刷、安全可靠,维护操作方便。
2 洛河发电厂刷架着火,紧急停机事件
2005年2月20日17:45,洛河发电厂#4机组运行人员在巡检时检查发现发电机刷架小室有火光,打开门发现刷架装置有环火,机组汽轮机平台出现耀眼的电弧亮光,空气中弥漫着刺鼻的浓烟,联系主控制立即将有功功率降低,无功降至进相运行,转子刷架装置环火处情况没有得到好转,15:52控制室汇报省调,17:55令#4机组紧急停机。停机后,维修人员检查发现,发电机的外集电环刷架烧损严重,装置上40多只电刷、刷握已经严重烧熔,绝缘环氧树脂板部分已经碳化并脱落,外集电环表面上附着大量熔铜颗粒并能清晰的看见几处因电弧烧灼形成的凹损,维修电气人员测试转子绕组绝缘电阻,绝缘阻值不合格,于是进一步解体,经检查发现发电机外集电环内圈局部烧蚀,集电环下绝缘环氧树脂筒部分碳化脱落,导致丧失绝缘性能。
原因分析:
环氧树脂绝缘筒在电弧的作用下高温碳化以至局部脱落,是造成发电机转子引线及绕组接地的直接原因。烧损集电环拆除后,对发电机的转子绕组重新测试绝缘电阻,绝缘电阻值为1.8兆欧(转子回路存在少量水),证明该发电机转子绕组绝缘正常,可正常使用。另外集电环套筒解体检查发现表面有3处较为集中的电弧烧伤区域。经分析此次事故是突发因素造成发电机集电环与电刷接触严重不良,短时间内产生电弧,由于电弧的高温,造成发电机转子引线与集电环绝缘急剧下降,在较短时间内造成发电机转子集电环烧损,非计划停机发生。
3 秦皇岛发电有限责任公司2号发电机刷架着火引起停机事故
2011年6月6日14:33,秦皇岛发电有限责任公司2号机组BLR方式运行,有功功率124MW,发电机转子电压219V,转子电流1027A。14:46:20,2号机组值班员监盘发现8号瓦振大报警。随即47:28,8号瓦振迅速上涨达82um,运行人员立即采取降负荷措施。14:47:46,主控盘发“转子一点接地”,此时1--7号瓦盖及轴承振动均相继上涨,47:59,发电机轴承瓦振大跳机,发电机逆功率保护动作,发电机解列。
就地检查,发电机、励磁机轴承未见异常,发现发电机转子碳刷架、正极集电环发生环火烧损事故,负极集电环正常。
原因分析:通过检查故障发生前的设备运行记录,发生时的继保曲线、录波资料以及现场损坏设备的解体检查试验结果,可以肯定无发电机定子、转子绕组故障和振动的影响。
造成此次事故发生的直接原因是:由于发电机集电环正极一块或几块碳刷的接触情况恶化,打火、发热引起碳刷环火,集电环绝缘破坏造成集电环烧损,由于电弧对转子的烧灼引起转子局部热弯曲,最终导致轴振大跳机。
4 昌江核电1号发电机刷架运行中出现的问题
2015年11月7日,1号发电机在启动前进行检查时,维修处电气科检查人员在检查刷握情况时,取下19号刷握,在回装时发现回装困难。经检查发现刷架底板变形。由于当时发电机处于低速盘车状态,检查人员用专用工具强制将底板复位。保证了发电机的顺利启动。
2015年11月8日,1号发电机中速旋转检查时,发现刷架小室有金属摩擦声音,经查是刷握的碳刷挡板松动,向下位移,直接与集电环接触,由于转速较高,碳刷挡板磨损较严重,所幸集电环并无大碍。经维修人员紧急处理后恢复正常。
为了防范刷架再次出现问题,维修处人员举一反三,联系各电厂及厂家,对哈尔滨电机厂提供的刷握存在的问题进行总结,做到防范于未然。
主要问题如下:
(1)安装困难:刷盒安装到刷架上困难,原因:一是,刷盒中轴上的锁紧轴位置不合适;二是,刷盒安装部件上的挡板太薄;三是,盒中恒压弹簧压力过大。
(2)保持弹簧:它的作用是当刷盒未安装时保持弹簧挡住电刷端面,不让电刷在恒压弹簧的作用下弹出刷盒。而实际上由于保持弹簧弹力太小,导致保持弹簧无法挡住电刷,再者,由于它的位置导致刷握和集电环的距离拉开,这样对电刷在高速旋转的集电环上接触也带来一些不稳定的因素。
(3)刷盒中的轴:该轴材料为碳钢且未电镀,因此导致轴一定时间后生锈。
(4)刷辫固定螺钉:采用半圆头螺钉,其缺点是使用一段时间后螺钉半圆头上的槽已经豁了,无法拧紧或松开半圆头螺钉。
(5)刷握上的弹簧更换不便、易受折弯曲变形断裂。
(6)整体的刷握均末镀银,倒电性能差。
发电机的刷架虽然结构简单,造价低廉,但是由于其特殊位置及功能,一旦发生故障,将直接影响电站电能的输送,直接影响经济效益。
5 昌江核电1号发电机刷架改造方案及优点
(1)将刷架底板加厚,防止底板再次变形。
(2)更换原刷握的卷钢恒压弹簧,换成质量更好的日本进口弹簧,其具有更好的柔韧性和持久的弹力,并更改弹簧的固定方式(由铆接变成螺丝固定)。
(3)将阻挡电刷用的保持压板换成保持销钉,使碳刷锁定更稳固。
6 结论
发电机是电力系统中最重要的设备之一,而刷架装置又对其运行起到至关重要的作用。此次昌江核电刷架的改造,对于保证发电机安全运行的稳定性有很大的促进作用,同时也保证了公司的经济效益。纵观各发电厂的刷架事故,无不是因为刷握或者碳刷与集电环接触异常而引发的。所以我们要加强在日常中的巡检,加大对刷架各部件的维护,检查恒压弹簧及碳刷的运行情况,选用质量好的碳刷等。这样我们就能将事故消除在萌芽状态。切不能因为刷架结构简单,维护简单而忽略其重要性。
参考文献
[1]刘玉喜.一起发电机转子集电环烧损事故的处理及防范措施[J].
[2]王昌伟.一起发电机转子集电环烧损事故的分析及处理[J].华北电力技术.
海南昌江核电厂产氚的理论探究 篇4
关键词：氚,产氚棒,探究
1 氚的来源
氚来源于天然和人工两种途径。虽然氚的半衰期与地址年代相比是极其微小的, 但在地球大气层和天然水中还是能发现氚的存在, 每1018个氢原子中含1个氚原子[1]的浓度被称为氚单位 (TU) [1]。
裂变反应堆和燃料后处理是当前核设施向环境释放氚的主要来源, 在核动力工厂里, 氚由燃料的三分裂变和中子与堆体部件的核反应而产生。产生氚的反应有很多, 如2H (n, γ) 3H, 10B (n, γ) 3H, 7Li (n, γ) 3H, 6Li (n, γ) 3H和3He (n, γ) 3H。
2 氚的用途
氚的用途很广, 目前主要用于制造热核武器。氢的同位素氚是热核武器必需的核材料, 可增强核武器的威力。与其他核材料不同, 氚的半衰期仅为12.3年, 每年衰变5.47%, 不能无限期地储存或重复利用, 因此必须定期更换核武器中的氚。氚还可以参与受控制核反应, 因此它将成为一种主要的新能源。利用氚的低能β射线可制备低能辐射源用于超薄材料厚度的测定。利用氚的辐射能可制作原子电池, 荧光物质、静电消除器和火灾报警器等。此外, 氚还是一种良好的放射性示踪剂。
3 产氚主要方法
由于自然界中氚的含量很少, 无法通过富集的方法从自然界中获取, 所以生产氚一般用反应堆产氚和加速器生产氚。1998年12月22日, 美国DOE宣布利用商用轻水反应堆作为生产氚的首选方式, 而设计建造加速器仅被作为备用方案, 同时选中了田纳西流域管理局 (TVA) 的瓦茨巴核电厂和塞利亚核电厂为DOE长期提供氚。2000年1月1日, DOE同TVA签订的氚供应合同正式生效。2002年9月24日, 美国核管理委员会 (NRC) 发放了批准瓦茨巴核电厂生产氚的许可证, 该厂反应堆在每个换料周期内最多可以使用2304根产氚可燃吸收棒 (TPBAR) , 2002年10月1日, 核管理委员会又发放了批准塞利亚核电厂生产氚的许可证, 该厂反应堆在每个换料周期内最多可以使用2256根TPBAR。2003年10月, TVA工作人员将240根TPBAR插入瓦茨巴核电厂的反应堆, 经过18个月的辐照期后, 这批TPBAT将于2005年4月从反应堆卸出, 然后运往萨凡河厂区提取氚.[7]通过国外相经验, 在压水堆中产氚是可行的。虽然在国际上轻水堆不是产氚的主流方式, 但俄罗斯氚的生产一直都是靠轻水堆。美国现在也通过民用轻水堆产氚。
4 产氚的理论依据
锂无机化合物中的辐射化学和核化学作用[2]
裂变堆内辐照生产氚所采用的有各种锂合金材料[2]
锂再生区氚生产速率 (中子通量密度为4*1013中子/厘米2.秒, 锂总量~70吨;再生区表面积为400m2) [8]
根据材料特性, 昌江核电厂可以选定合适材料作为产氚的靶核即可。
5 昌江电厂产氚的理论研究
一座常规核电站一年能生产2-3千克的氚[3], 投入适当的成本是制氚的前提。昌江核电厂1, 2号机组为轻水慢化的压水堆。堆内组件分为控制棒组件, 可燃毒物组件。根据所含可燃毒物棒和阻流塞棒的数目不同, 可燃毒物组件分两种类型:第一种含有12根可燃毒物棒和12根阻流塞棒;第二种含有16根可燃毒物棒和8根阻流塞棒。海南昌江核电厂1、2号机组反应堆初始堆芯中, 含12根可燃毒物棒的可燃毒物组件共32组, 含16根可燃毒物棒的可燃毒物组件共18组, 另外在两组一次中子源组件中各含16根可燃毒物棒[4]。阻流塞组件的作用是限制通过燃料组件导向管的旁流量, 阻流塞棒位于不放控制棒、中子源棒和可燃毒物棒的那些导向管中。后期由于毒物的积累, 可燃毒物棒的数量会减少, 而阻流塞组件的数量会增多。阻流塞组件主要作用为减小旁通流量, 可以用产氚可燃吸收棒 (TPBAR) 代替阻流塞组件, 在堆内辐照产氚。
反应堆生产氚采用的靶材料有氟化锂, 碳酸锂, 锂镁合金和锂铝合金等, 以锂镁合金最为理想。经过反应堆中子辐照的锂铝合金, 可用加热熔融等方法从中提取生成的氚。提取到的氚气中常含有多种杂质气体, 这些杂质气体可用铀屑进行纯化和通过铀粉 (或靶管) 加以分离。但是来自靶材料本身和提取设备材料中的氢气, 在提取纯化过程中是不能同时去除的。氢气会稀释氚气, 使氚的同位素丰度降低, 需要高丰度氚时, 就得进行富集。富集氚的方法有电解法、蒸馏法、赫兹泵法、热扩散法、吸附色谱法等。通过富集, 氚的丰度可以大大提高以至高达99%。
1997年, 美国DOE把32根TPBAR插入反应堆中作为实验项目[5], 经过辐照, 最后提取获得1盎司 (29克) 氚, 若海南昌江核电厂, 在换料后期, 经过测算, 插入一定产氚棒, 但不影响核电站的正常运行, 通过流程加以提取, 便可生产氚。
6 结论
通过相关理论分析和材料搜集, 海南昌江核电厂产氚是可行的, 通过相关的组件改造, 将产氚可燃吸收棒 (TPBAR) 代替阻流塞组件插入堆中, 经过辐照, 提取, 富集之后, 便可使海南昌江核电厂产氚。
参考文献
[1][前苏联]列·啊·连斯基.氚的物理和化学[M].毛世奇, 等译.原子能出版社.
[2]吴博康.国外核新闻[J].1981 (7) .
[3]吴万宏.核聚变能源之梦[J].科学大众:中学生, 2011 (3) .
[4]海南核电燃料管理人员岗位必读[Z].