浮动核电站REA和RCV除盐器FMEA分析

闵远胜 王亮 谢杨 全标 杨钊 梁铁波 张玉龙

【摘 要】本文研究了浮动核电站REA和RCV除盐器发生的预计运行事件、故障模式和影响，通过FMEA对提高除盐器运行可靠性进行了分析并提出了建议。

【关键词】离子交换树脂；运行；可靠性

中图分类号： TM623 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）33-0183-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.33.083

【Abstract】In this paper，the anticipated operational occurrence and failure mode effects of the REA and RCV demineralizer in floating nuclear power plant is studied，through FMEA，the operational reliability of the demineralizer is nalyzed and some improving suggestions are given.

【Key words】Ion-exchange resin； Operation； Reliability

0 引言

浮动核电站采用离子交换法对除盐水供应系统（REA）补水和反应堆冷却剂系统（RCS）净化，以维持反应堆结构材料较低的腐蚀速率，为维持堆芯良好的传热条件提供有利的水化学环境，为保证第二道屏障的完整性提供有利支持。阿根廷[1]、美国[2]和西班牙[3]的核电站均曾发生离子交换器故障导致树脂意外泄漏的运行事件，个别事件中离子交换树脂在高温和辐照条件下发生了降解，降解产物恶化了反应堆冷却剂运行水质，增加了反应堆结构材料发生应力腐蚀破裂的风险。

本文通过开展浮动核电站REA和RCV除盐器FMEA分析，进行了提高系统运行可靠性研究。

1 树脂泄漏影响

阿根廷Embalse核电站曾发生大量混合离子交换树脂进入一回路系统的事件，在停堆之前连续运行了六个小时。

美国Pilgrim沸水堆核电站1号机组的反应堆水净化系统（RWCS）中的一台树脂床重新添加树脂时出现故障，导致树脂意外进入反应堆冷却剂系统，输入平均功率区段监测（APRM）的系统流量偏离了停堆整定值，影响了安全系统执行功能的能力。

西班牙在1980年发生了40升阳树脂进入反应堆冷却剂系统的事件，在1981年又发生200升～320升混合离子交换树脂进入反应堆冷却剂系统的事件。在发生上述事件以后，大约有四个月的时间反应堆冷却剂的电导率持续处于较高水平。在对反应堆冷却剂系统进行PWSCC检查时发现，在裂纹区域和断裂区域表面存在硫酸盐，说明在较低应力区域发生了应力腐蚀破裂。共计20台CRDM发生了应力腐蚀和晶间腐蚀，腐蚀裂纹表现为轴向裂纹和周向裂纹。

2 提高REA除盐树脂运行可靠性分析

为判别产品故障，寻找原因，开展REA除盐树脂运行FMEA，确定了影响树脂运行的可靠性框图[4]（见图1），关键件是除盐器滤帽和管道过滤器滤网。当上述两个部件同时失效表现为多重故障，导致树脂随着上充通道进入反应堆导致非计划停堆，能够利用REN监测反应堆冷却剂水质异常发现。

采取的改进措施和建议见表1。

分析表明，表1中改进措施可以提高树脂运行的固有可靠性。

3 提高RCV离子交换树脂运行可靠性分析

开展RCV离子交换树脂运行FMEA，确定了离子交换树脂异常泄漏有两种故障模式，并确定了每种故障模式的原因、现象、检测方法，提出了预防措施建议。

3.1 除盐器下部滤器和管道过滤器同时失效

除盐器下部滤器和管道过滤器滤网同时失效，少量树脂可能跟随反应堆冷卻剂进入RCS导致非计划停堆（见图2），能够利用REN监测反应堆冷却剂水质异常发现。

采取的检测方法和措施建议见表2。

分析表明通过设置预防措施，能够提高故障检测和报警能力，减少树脂进入RCS的概率。

3.2 RCV温度异常升高

下泄热交换器出口的RCV冷却剂温度意外达到或高于树脂分解温度，且超温旁通阀联锁意外未投入，可能导致部分树脂受热分解的产物跟随反应堆冷却剂进入反应堆冷却剂系统（参考图2），能够利用REN监测反应堆冷却剂水质异常发现。

采取的检测方法和措施建议见表3。

在浮动式核电站运行期间，由于不可预见的故障可能导致下泄热交换器出口温度异常升高，除盐器入口温度计将发出超温报警，终止故障进一步进展的手段是超温三通旁通阀根据温度信号自动关闭，切断高温冷却剂流向净化离子交换器。

4 结束语

通过开展浮动核电站REA和RCV除盐器FMEA分析，对REA和RCV树脂运行可靠性进行的研究认为：

（1）提出的预防REA树脂泄漏的措施比较完善，能够显著提高REA除盐树脂运行的可靠性；

（2）提出的RCV流量报警、RCV除盐器和管道过滤器设置压差监测装置及报警的建议措施，能够提高故障检测和报警能力，从而可以进一步提高RCV离子交换器树脂运行的可靠性。

【参考文献】

[1]A.J.G Maroto，et.Corrosion Behaviour and Deposition of Crud on Zr-Alloys.IAEA-TECDOC-1128.

[2]Failure of Resin Demineralizer and Their Effects on Nuclear Power Plant Safety.

[3]Ingress of Resins Increases Potential for Stress Corrosion Cracking of Control Rod Drive Mechanism Penetrations.

[4]周正伐.可靠性工程基础[M].北京：中国宇航出版社，2009.