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冷阱更换中灌装钠钾合金
冷阱吊装
作为我国目前唯一的快中子增殖反应堆,位于中国原子能科学研究院的中国实验快堆2010年7月达到临界,2011年实现科技部40%额定功率并网发电的验收目标。在随后的两年多的时间里,反应堆虽然处于停堆状态,但一二回路钠系统及辅助系统持续处于运行状态。运行维修人员按照计划,对系统开展了运行维护保养工作。
由于快堆工艺和运行的复杂性,系统运行过程也不是一帆风顺的,但是快堆运行人员正是在这一次次的磨砺中茁壮成长。快堆涉钠设备冷阱在线更换就发生在这两年多的时间里。
冷阱“罢工”了——后果很严重
2011年,快堆实现40%功率运行目标后停堆进行检修。2013年初,按照计划,大家开始为快堆满功率运行做准备。2013年3月1日,工作人员在对换料系统进行运行前的检查过程中,发现挡钠装置无法恢复到竖直状态。3月2日,工作人员通过转运室照明灯安装孔用内窥镜查看仍无法查明原因。经过领导和专家的研究会商,最终确定需要人员进入现场进行临时封堵。在建立了安全可行的工作条件之后,对挡钠装置的维修开始了。
3月9日,工作人员按照制定的程序进入现场进行维修,维修后的挡钠装置恢复到了竖直位置。由于在维修过程中一回路覆盖气体的密封被破坏,空气的进入使一回路的钠中混入了杂质。但当时,大家并没有意识到问题的严重性。当天,工作人员将堆顶密封塞落下,对转运室进行了气体置换。
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。
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