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嘉峪檢測網 2025-03-03 14:58
核電廠運行過程伴隨著大量乏燃料的產生，隨著我國核電裝機容量的持續提升和卸載乏燃料數量的快速增加，乏燃料的中間貯存和處理問題引起了廣泛關注。乏燃料干式貯存技術具有非能動余熱排出、安全性高、貯存規模便于擴展和廢物少量化等優勢，逐漸成為世界主要核電國家的乏燃料中間貯存方案。乏燃料干式貯存容器是乏燃料干式貯存設施的重要組成部分，在輻照、溫度、濕度和腐蝕介質等因素的影響下，乏燃料干式貯存容器不可避免地會發生老化降質現象，不銹鋼乏燃料干式貯存容器常見的潛在老化機制及其主要影響因素如表1所示。這些老化機制造成材料損失和開裂等老化效應。在充分識別老化效應和老化機制的基礎上，開發合理可行的檢查大綱，及時探測和識別乏燃料干式貯存容器的潛在老化降質，并對所觀測到的性能劣化進行評估及糾正，對確保乏燃料干式貯存容器的結構完整性和預期功能的實現具有重要作用。
1. 乏燃料干式貯存容器檢查策略
根據國內外核電廠實踐經驗反饋，乏燃料干式貯存技術主要將氣體作為冷卻劑，乏燃料產生的衰變熱通過空氣對流帶出，因此在制定檢查策略時，首先應注意定期檢查，以確保乏燃料干式貯存設施有效通風，即對乏燃料干式貯存容器進、出風口進行定期檢查，以避免進、出風口阻塞等情況發生。更重要的是應制定有效的定期檢查策略，以及時探測乏燃料干式貯存容器表面的銹蝕、開裂等老化跡象。美國電力研究院（EPRI）相關報告提供了一種基于分級策略對乏燃料干式貯存設施中不銹鋼乏燃料干式貯存容器的CISCC相關老化進行檢查的方法和思路。第一步是基于貯存位置、貯存時間、材料特性和總衰變熱載荷等可能影響乏燃料干式貯存容器CISCC敏感性的因素，對所有貯存容器敏感性進行排序，在敏感性排序過程中充分考慮貯存容器在設計、制造和運行階段的歷史信息和數據。第二步是檢查對象和檢查計劃的確定，相關技術報告指出，在干式貯存容器初始的20年貯存期內，其預期功能被認為不會受到明顯影響，可不進行相關檢查。在20年貯存期后，應對典型干式貯存容器進行初始檢查，以探測可能由CISCC導致的老化降質。基于貯存容器的初始檢查結果，對貯存容器進行分類，即A類（未腐蝕）、B類（腐蝕但未開裂）和C類（開裂）。針對每類貯存容器，依據其中每個貯存容器的CISCC敏感性分級和排序，劃分出可能被用于檢查的貯存容器，建立檢查試樣的數量及頻率確定原則，形成最終的檢查對象和檢查計劃。第三步是檢查方法的確定，根據貯存容器檢查試樣和檢查區域確定檢查方法，使用的檢查方法應能對貯存容器可達表面的腐蝕跡象進行檢測。第四步是驗收準則的確定，為采取后續糾正行動等提供支撐。第五步是缺陷評估及糾正行動，分析裂紋等缺陷穿壁擴展可能產生的后果，評估需要采取的糾正行動。第六步是檢查結果的記錄，應至少對檢查的貯存容器信息，表面目視檢查形貌，檢查中識別到腐蝕跡象的位置、范圍和尺寸，附近區域的氯化物面密度、濕度、溫度等環境因素，現場圖片及檢查結論等進行記錄。乏燃料干式貯存容器CISCC檢查流程如圖1所示。
2. 國內乏燃料干式貯存容器檢查策略思考
由調研結果可知，EPRI相關技術報告提供了一種分級管理的理念，并針對不同敏感性分級的干式貯存容器制訂了不同的檢查策略。乏燃料干式貯存設施中貯存容器眾多，通過對貯存容器老化敏感性進行分級和排序，選擇敏感性更高的干式貯存容器進行檢查，可以優化有限資源的配置，最大化抽樣檢查的效果，有助于更加高效、及時地探測干式貯存容器的潛在老化效應，確保其結構完整性和放射性包容等預期功能的實現，提升核電廠運行的經濟性和安全性。因此，無論采取何種乏燃料干式貯存技術，在制訂老化效應檢查策略和開發檢查大綱時，均可考慮引入相關分級策略。
乏燃料干式貯存容器的老化過程伴隨著干式貯存容器材料和環境之間的相互作用，因此在制訂乏燃料干式貯存容器檢查策略時，一方面應對貯存容器本身老化腐蝕跡象進行檢查（直接檢查），另一方面還應對貯存容器所處環境進行檢查（非直接檢查）。考慮到輻照、溫度、濕度及腐蝕性介質都可能引起貯存容器的老化降質，在核電廠運行期間，應對乏燃料干式貯存容器所處環境的溫度和相對濕度進行定期檢查，同時對乏燃料干式貯存容器進、出風口進行定期檢查，以避免進、出風口阻塞而影響衰變熱排出。此外，還應通過定期監測γ劑量等方式確保干式貯存容器的結構完整性，以及放射性包容等功能的實現。
乏燃料干式貯存容器檢查策略開發需要考慮設計、制造、運行等多個階段，涉及包括材料信息、加工工藝和制造階段的各種記錄，以及歷次檢查中貯存容器信息、缺陷類型、缺陷尺寸及缺陷評估分析結果等數據及檢查圖片等，乏燃料干式貯存容器檢查策略的檢查周期長、檢查數據量大、數據類型繁多。因此，建議針對上述檢查相關數據建立專門的乏燃料干式貯存設施老化管理數據庫，以提高相關數據的可用性。
綜上所述，建議在乏燃料干式貯存設施開始運行前就編制相應的檢查大綱，對干式貯存容器的檢查策略、初始檢查開始時間、檢查對象的選取及檢查計劃、驗收準則及趨勢分析、糾正措施等進行規定，并根據檢查結果和包括通用老化經驗報告等在內的國內外運行經驗，對檢查大綱進行定期審查和優化，在乏燃料干式貯存設施全生命周期中及時識別和探測潛在的老化機制和老化效應，確保乏燃料干式貯存設施的安全、可靠、經濟運行。
3. 結語
核電廠乏燃料干式貯存容器檢查策略的確立對及時探測和緩解潛在老化效應，確保干式貯存容器的結構完整性和預期功能的實現有著重要影響。調研了當前國內外核電廠乏燃料干式貯存容器的檢查策略，在此基礎上，對干式貯存容器直接和非直接（環境）檢查提出了相應建議。在乏燃料干式貯存設施運行前，基于分級管理的理念建立詳細的干式貯存容器檢查大綱有助于在乏燃料干式貯存設施全生命周期中及時識別和探測潛在老化機制。乏燃料干式貯存設施老化管理數據庫的開發有助于提升相關數據的可用性。
作者：楊曉蕾，孟凡江
單位：上海核工程研究設計院股份有限公司
來源：《理化檢驗-物理分冊》2024年第12期
來源：理化檢驗物理分冊
