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2013年3月10日晚10点左右,工作人员测量到一回路钠的阻塞温度由正常状态的130℃左右升高到了158℃,随后每个班次的工作人员在进行阻塞温度测量时发现,阻塞温度持续升高到了180℃以上。阻塞计测量到的最高阻塞温度为238℃、解阻温度达245℃,当时堆池温度为225℃,显然,堆内钠杂质的浓度处于过饱和状态。过饱和析出的杂质阻塞了冷阱的管道,使冷阱中的液体钠无法流动,冷阱失效了。
4月27日,通过对各类数据和情况进行综合分析判断,专家们认为,由于钠中的杂质数量超过了冷阱的处理能力,堆内钠杂质的浓度处于过饱和状态,1号冷阱已经饱和失效,而2号冷阱已于2010年6月饱和,必须尽快更换新的冷阱。
冷阱是快堆的一个非常重要的设备,主要作用是清除杂质。冷阱是一个直径1.4米,高将近5米的不锈钢金属罐,内部布满着一层层弯弯曲曲的管道,管道内分别充满了冷却油、液态钠钾合金和液态金属钠,外部则缠着一圈圈的电加热丝。冷阱工作时,电加热丝首先将罐体加热,以确保液态金属钠进入管道后不因温度低而凝固;液态钠钾合金对从堆池出来的高温钠进行降温,而冷却油则对液态钠钾合金降温。快堆使用的冷却剂是核级金属钠,这些金属钠会将快堆运行过程中所产生的大量热量带出来,通过冷阱进行冷却后再送回堆池。
这样,冷阱不仅要起到冷却作用,还要将金属钠中的杂质清除掉,以确保金属钠的纯度。如果堆内钠杂质的浓度不断增加,冷阱的阻塞温度就会不断攀升。当堆内钠杂质处于过饱和状态时,过饱和析出的杂质就会阻塞冷阱的管道,使冷阱中的液态钠无法流动,这样冷阱就失效了。冷阱被形象的比喻为“快堆的空调”,又是“快堆的肾脏”,如果它出了问题,堆内的热量就不能及时排出,后果很严重。最直接的就是,冷阱不工作快堆就无法启动。
给快堆换“肾”——一波又三折
金属钠的性质非常活泼,遇到空气会氧化燃烧。因此,涉钠设备冷阱在线更换比安装更难,它不仅要求更高的操作安全性,而且涉及多个设备、多个系统的复杂接口以及辐射防护等多项工作。而这次是国内首次涉钠设备冷阱的在线更换,无任何成熟经验可以借鉴。
为确保在线冷阱更换顺利实施,经过认真的分析和研究,专业人员先后编制了50多本技术文件,从技术上进行了充分的准备。同时,协作单位冷阱的制造工作也立刻启动,很快,两台新冷阱到货。
2013年5月,工作人员开始进行一回路2号冷阱更换工作。吊装、仪器仪表安装……各项工作有条不紊地迅速展开。6月,2号冷阱的安装和充钠前的相关调试准备相继完成。7月2日,更换后的2号冷阱(2号备用冷阱)开始充钠并投入试运行,在解决了冷阱冷却油系统流量测量存在盲区、冷却油循环建立等难题之后,新冷阱开始进入净化运行状态。
投运以后,这台冷阱的净化效果非常明显,一回路阻塞计所测量的阻塞温度和解阻温度呈逐渐下降趋势,到2013年 9月上旬,阻塞温度和解阻温度测量最低值分别为137℃和163℃。堆内杂质的总浓度降低到低水平(3ppm~4ppm),冷阱捕获的氧化钠杂质总量约为40公斤。
一切似乎进行得太顺利,难免让人心里觉得不踏实。果然,此后2号备用冷阱的状态参数出现了明显的异常,冷阱的流量逐渐下降,冷阱的进出口压差快速增大,这说明冷阱内部又出现了堵塞的情况。
工作人员首先采取应急处置措施提升2号备用冷阱的整体温度。同时,对冷阱的状态进行了仔细分析和判断,并采取了相应的运行措施进行验证。通过综合分析,净化工艺研究的专家初步判定冷阱堵塞主要是两个方面的原因造成:一方面是冷阱运行方式存在一些问题,主要是冷阱冷却油温偏低;另一方面是冷阱降温速度过快。随后,经过多种方案的验证试验,阻塞温度始终维持在144℃左右,解阻温度稳定在165℃左右,专家们判定2号备用冷阱已基本失去净化功能,需要再次进行更换。2013年10月17日,2号备用冷阱停止运行,工作人员开始准备对2号冷阱进行二次更换,一切又要重新来过。
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