CEFR一回路钠净化系统整改调试经验反馈

摘要：一回路钠净化系统是中国实验快堆（CEFR）重要的辅助系统之一，在CEFR大修期间对此系统进行了优化整改，取消或更换部分管道、阀门及电加热，优化系统布置，改善系统的运行条件及现场操作条件。为验证整改后的一回路钠系统的运行状况能否满足设计要求，对系统进行了综合调试。验证系统性能正常，积累了CEFR运行人员在涉钠系统调试方面的经验。

关键词：CEFR钠净化整改调试

中图分类号：TL43文献标识码：A        文章编号：1672-3791（2022）07（a）-0000-00

一回路钠净化系统是钠冷快堆特有的系统，中国实验快堆（CEFR）仅在建造调试阶段有过相关的调试经验，CEFR大修过程中对此系统进行了整改，运行人员结合运行经验及建造阶段调试经验，对整改系统进行了调试，积累了宝贵的经验，对CEFR后续系统整改调试及类似涉钠设施的调试有积极的意义。

1调试背景

1.1 系统概述

一回路钠净化系统是中国实验快堆（CEFR）重要的辅助系统之一，其主要功能是净化一回路冷却剂钠，清除其中的金属、非金属杂质、腐蚀产物和裂变产物等，保证钠的品质，减少杂质对反应堆结构材料和重要设备的腐蚀[1]。

该系统设置有两个净化环路，每个净化环路由冷阱、省热器、电动阀和管线组成，两台冷阱之间设置了4台中间联络阀，实现了设备的冗余性。系统电动阀、管道等主要布置于309/1管廊和006脏管道间，其中管道总长约275m，电动阀门20台[2]。

1.2 存在的问题

1.2.1 管道布置密集

309/1管廊内除了有一回路钠净化系统的设备和管线外，还有一回路钠分析监测、一回路钠充排、反应堆超压保护、通风等系统的设备及管线。各系统管线交错重叠，布置密集，造成309/1管廊无法正常通行，给管廊内设备维保带来极大的困难。

1.2.2 管廊温度过高

正常运行时309/1管廊管道和阀门散热很大，导致管廊温度较高，现场实测温度最高达到60℃，设备、电缆、电气部件在高温下易老化，容易触发故障率且容易触发火灾探测器报警。整改前一年中，309/1管廊火灾探测器出现过11次误报。即使采取加厚保温层、优化通风等措施亦未能解决温度过高的问题。

1.2.3 穿墙孔过多，不利于系统运行

一回路钠净化系统管线复杂，在工艺间穿进穿出，尤其2#冷阱间管线反复穿越006管道间，形成18处穿墙孔，增大了系统加热的难度，液态钠容易在穿墙孔处降温凝固，造成系统堵塞。

1.3 系统整改

基于1.2小节所述，在CEFR大修时对一回路钠净化系统进行了以下整改：（1）取消两环路省热器与冷阱之间管道的钠阀，总共减少8个钠阀及相关管道。（2）优化309/1内管道布置，将部分管线布置在冷阱间，留出人员和设备移动通道。

通过整改，309/1管廊建立了人员可以顺利进出的通道;一定程度上减少系统的存钠量，减少设备维保数量，节约了成本;同时通过优化管线布置，在一定程度上减小了设备在管廊内的散热量，有利于降低管廊温度，改善工作环境。现场整改前后对比如图1。

2  调试实施

一回路钠净化系统改造后，原有的冷阱、部分管道、阀门及电加热被取消或更换，为验证改造后系统的运行状况能否满足设计要求，中国实验快堆运行室进行调试试验。

2.1  调试验收准则

（1）一回路钠净化系统运行稳定，电磁泵的流量为0～8m3/h。（2）冷阱冷点钠温及净化流量连续可调，处于设计参数范围內。（3）309/1管廊温度有所下降。

2.2  调试注意事项

（1）钠介质在升温过程中体积膨胀会造成管道及设备应力发生变化，可能引起管道及设备损伤，因此在加热过程中必须严格控制升温速率（15℃/h）并从可自由膨胀端开始逐段投入电加热[3]。（2）系统排气时存在钠蒸汽排放到环境中的可能，充钠过程中禁止进行排气操作，并需密切注意系统缓冲容器压力。（3）根据联锁要求，阀体温度达到200℃以上时，钠阀方可动作。

2.3 调试方案

2.3.1 单体调试

对整改涉及的电加热、仪控进行单体调试，检查系统联锁、控制等，保证设备可用性。

2.3.2 系统预热步骤及支架、保温检查

（1）系统预热。备用冷阱内氩气品质合格，具备进钠条件后，开始对冷阱及系统预热，预热必须满足从自由液位起加热原则。预热为电加热丝加热，为保证管道、设备受热均匀，需在50、100、150、180、200、230、250℃温度台阶上各保温一段时间，在完成整体预热后再保温24h。在预热过程中，调试人员关注系统是否存在冷点，如有冷点需暂停加热并及时解决，之后再继续加热。

（2）支吊架检查。系统预热过程中，力学计算的人员对支吊架进行观察，注意有无异常变化，特别是当预热温度升至150℃以上时，要注意连续支架的变化[4]。

（3）保温层外表面检查。系统预热完成后检测管道、设备保温层外表面的温度，当系统温度升至250℃时，设备管道保温层外表面温度应低于50℃。

2.3.3 系统充钠

连通一回路钠净化系统与一回路钠充排系统，通过一回路钠充排系统储钠罐向一回路钠净化系统充钠。

一回路钠净化系统与一回路钠充排系统连通之前，要先核实钠充排系统的储钠量，保证系统储钠充足，能满足冷阱及管道钠循环的需要。整改造成的钠损失量约为0.48m³，计算充钠量时应予以考虑。充钠过程中，由一回路钠充排系统电磁泵提供钠循环动力，调试人员可通过监控阀门及省热器至堆芯管段温度变化判断系统充钠量。

2.3.4 性能试验

一回路钠净化系统充钠结束后，继续预热堆芯至一回路钠净化系统电磁泵之间的管道，预热完成后，进行一回路钠净化系统与反应堆连通运行操作，然后进行性能试验。性能试验主要验证整改后一回路钠净化系统电磁泵的流动特性变化[5]。调试试验时，冷阱本体温度维持在250℃左右，不转入净化工况。

（1）启动电磁泵，调节到电磁泵电压至额定电压（320V），维持较大钠流（最大流量为10m3/h）冲刷排气，冲刷时间不小于2h。

（2）将电磁泵电压从额定电压开始逐步降低至钠流量接近于零时的电压，以钠流量每降低10%为一个台阶，记录各台阶运行参数。

（3）将电磁泵电压从钠流量接近于零时的电压开始逐步提升至额定电压，以电压每升高10V为一个台阶，记录各台阶运行参数。

2.3.5 浸润试验

浸润试验针对冷阱进行，使冷阱依靠反应堆钠流带来的热量保温，以实现系统运行后的温度调节。首先停冷阱底部临时电加热，然后调节电磁泵电压，将流量维持在7～8m3/h，运行不小于48h，使冷阱温度稳定，与反应堆达到热平衡状态[6]。

2.4  调试后恢复

调试试验完成后，按操作票将与一回路钠净化系统相关的一回路钠分析监测系统、冷阱冷却系统等投运，将一回路钠净化系统流量保持在1～2m3/h，进入堆芯净化工况[7]，同时将一回路钠充排系统恢复至自循环状态。

2.5  通风调试

针对309/1管廊温度，保持原有通风量及通风温度不变，测量管道实时温度，并与整改前温度进行对比。

3  调试结论

（1）系统升温阶段，现场检查支架和设备未见异常。

（2）系统设备性能保持正常。电磁泵电压与流量特性试验数据与系统整改前调试报告对比，结果基本一致，额定流量也达到运行要求。数据作图可得到图2的关系曲线，流量与电磁泵电压成正相关变化，说明整改调试后的一回路钠净化系统可以达到原有的设计要求。

（3）309/1管廊温度降低。309/1管廊改造后进排风温差对比见图3，系统恢复正常运行后，所有支路投运情况下，管廊进出口平均温差14.27℃，比整改前进出口温差下降3.73℃，证明管廊内设备总散热量减少。考虑到正常运行时一回路钠分析监测系统取样支路等处于部分停运和冷冻状态，现场温度可以进一步改善。

（4）一回路钠净化系统功能正常。一回路钠净化系统投入净化工况后对一回路钠进行净化，3个月后阻塞温度降低至134℃，6个月后阻塞温度已低于120℃净化效果明显，说明系统整改并没有影响其正常净化功能。

4结语

一回路钠净化系统优化整改是运行人员第一次对涉钠系统进行整改，系统调试也由运行人员完成，整改调试结果证明一回路钠系统优化整改是有效的，很好地降低了环境温度，并且保证了系统性能的稳定。

整改调试涉及仪控、电加热、工艺等多个环节，CEFR运行和维修人员从中得到了丰富的涉钠系统调试和钠处理经验，尤其是在涉钠管道冷点判断与处理、冷阱投运等方面技能得到了较大提升，为其他钠系统的整改调试提供了可参考的依据。

最后，在钠冷快堆复杂钠工艺间的管线设计时，应综合考虑通风系统、火灾探测系统、检修可达性和穿墙孔处加热等方面。

参考文献

[1] 张东辉，杨洋，赵佳宁.中国实验快堆的主要技术创新和工程经验[J].原子能科学技术，2020，54（S1）：194-198.

[2] 陈祖国，许义军.CEFR冷阱结构设计改进及热工水力分析[J].原子能科学技术，2019，53（5）：830-835.

[3] 陳振佳，杜丽岩，侯斌.钠冷快堆高温系统设备保温设计研究[J].科技视界，2021（7）：4-5.

[4] 刘明，胡鑫，陈锐.管道支吊架管夹变形原因[J].理化检验（物理分册），2021，57（4）：77-79.

[5] 张庆军，李丽丹，何钊.基于电磁泵驱动的液态金属冷却系统研究[J].电子机械工程，2019，35（2）：43-46.

[6] 洪顺章.钠净化装置和钠化学回路运行经验[J].原子能科学技术，1991（5）：90-96.

[7] 惠媛媛，谢淳，王景春，李煦.中国示范快堆高性能冷阱净化能力试验研究[J].原子能科学技术，2021，55（2）：315-320.

作者简介：仝勇昂（1989—），男，硕士，工程师，研究方向为钠冷快堆运行。