核电厂运行过程伴随着大量乏燃料的产生，随着我国核电装机容量的持续提升和卸载乏燃料数量的快速增加，乏燃料的中间贮存和处理问题引起了广泛关注。乏燃料干式贮存技术具有非能动余热排出、安全性高、贮存规模便于扩展和废物少量化等优势，逐渐成为世界主要核电国家的乏燃料中间贮存方案。乏燃料干式贮存容器是乏燃料干式贮存设施的重要组成部分，在辐照、温度、湿度和腐蚀介质等因素的影响下，乏燃料干式贮存容器不可避免地会发生老化降质现象，不锈钢乏燃料干式贮存容器常见的潜在老化机制及其主要影响因素如表1所示。这些老化机制造成材料损失和开裂等老化效应。在充分识别老化效应和老化机制的基础上，开发合理可行的检查大纲，及时探测和识别乏燃料干式贮存容器的潜在老化降质，并对所观测到的性能劣化进行评估及纠正，对确保乏燃料干式贮存容器的结构完整性和预期功能的实现具有重要作用。

 

1. 乏燃料干式贮存容器检查策略

 

     根据国内外核电厂实践经验反馈，乏燃料干式贮存技术主要将气体作为冷却剂，乏燃料产生的衰变热通过空气对流带出，因此在制定检查策略时，首先应注意定期检查，以确保乏燃料干式贮存设施有效通风，即对乏燃料干式贮存容器进、出风口进行定期检查，以避免进、出风口阻塞等情况发生。更重要的是应制定有效的定期检查策略，以及时探测乏燃料干式贮存容器表面的锈蚀、开裂等老化迹象。美国电力研究院（EPRI）相关报告提供了一种基于分级策略对乏燃料干式贮存设施中不锈钢乏燃料干式贮存容器的CISCC相关老化进行检查的方法和思路。第一步是基于贮存位置、贮存时间、材料特性和总衰变热载荷等可能影响乏燃料干式贮存容器CISCC敏感性的因素，对所有贮存容器敏感性进行排序，在敏感性排序过程中充分考虑贮存容器在设计、制造和运行阶段的历史信息和数据。第二步是检查对象和检查计划的确定，相关技术报告指出，在干式贮存容器初始的20年贮存期内，其预期功能被认为不会受到明显影响，可不进行相关检查。在20年贮存期后，应对典型干式贮存容器进行初始检查，以探测可能由CISCC导致的老化降质。基于贮存容器的初始检查结果，对贮存容器进行分类，即A类（未腐蚀）、B类（腐蚀但未开裂）和C类（开裂）。针对每类贮存容器，依据其中每个贮存容器的CISCC敏感性分级和排序，划分出可能被用于检查的贮存容器，建立检查试样的数量及频率确定原则，形成最终的检查对象和检查计划。第三步是检查方法的确定，根据贮存容器检查试样和检查区域确定检查方法，使用的检查方法应能对贮存容器可达表面的腐蚀迹象进行检测。第四步是验收准则的确定，为采取后续纠正行动等提供支撑。第五步是缺陷评估及纠正行动，分析裂纹等缺陷穿壁扩展可能产生的后果，评估需要采取的纠正行动。第六步是检查结果的记录，应至少对检查的贮存容器信息，表面目视检查形貌，检查中识别到腐蚀迹象的位置、范围和尺寸，附近区域的氯化物面密度、湿度、温度等环境因素，现场图片及检查结论等进行记录。乏燃料干式贮存容器CISCC检查流程如图1所示。

 

 

2. 国内乏燃料干式贮存容器检查策略思考

 

     由调研结果可知，EPRI相关技术报告提供了一种分级管理的理念，并针对不同敏感性分级的干式贮存容器制订了不同的检查策略。乏燃料干式贮存设施中贮存容器众多，通过对贮存容器老化敏感性进行分级和排序，选择敏感性更高的干式贮存容器进行检查，可以优化有限资源的配置，最大化抽样检查的效果，有助于更加高效、及时地探测干式贮存容器的潜在老化效应，确保其结构完整性和放射性包容等预期功能的实现，提升核电厂运行的经济性和安全性。因此，无论采取何种乏燃料干式贮存技术，在制订老化效应检查策略和开发检查大纲时，均可考虑引入相关分级策略。

 

     乏燃料干式贮存容器的老化过程伴随着干式贮存容器材料和环境之间的相互作用，因此在制订乏燃料干式贮存容器检查策略时，一方面应对贮存容器本身老化腐蚀迹象进行检查（直接检查），另一方面还应对贮存容器所处环境进行检查（非直接检查）。考虑到辐照、温度、湿度及腐蚀性介质都可能引起贮存容器的老化降质，在核电厂运行期间，应对乏燃料干式贮存容器所处环境的温度和相对湿度进行定期检查，同时对乏燃料干式贮存容器进、出风口进行定期检查，以避免进、出风口阻塞而影响衰变热排出。此外，还应通过定期监测γ剂量等方式确保干式贮存容器的结构完整性，以及放射性包容等功能的实现。

 

     乏燃料干式贮存容器检查策略开发需要考虑设计、制造、运行等多个阶段，涉及包括材料信息、加工工艺和制造阶段的各种记录，以及历次检查中贮存容器信息、缺陷类型、缺陷尺寸及缺陷评估分析结果等数据及检查图片等，乏燃料干式贮存容器检查策略的检查周期长、检查数据量大、数据类型繁多。因此，建议针对上述检查相关数据建立专门的乏燃料干式贮存设施老化管理数据库，以提高相关数据的可用性。

 

     综上所述，建议在乏燃料干式贮存设施开始运行前就编制相应的检查大纲，对干式贮存容器的检查策略、初始检查开始时间、检查对象的选取及检查计划、验收准则及趋势分析、纠正措施等进行规定，并根据检查结果和包括通用老化经验报告等在内的国内外运行经验，对检查大纲进行定期审查和优化，在乏燃料干式贮存设施全生命周期中及时识别和探测潜在的老化机制和老化效应，确保乏燃料干式贮存设施的安全、可靠、经济运行。

 

3. 结语

 

     核电厂乏燃料干式贮存容器检查策略的确立对及时探测和缓解潜在老化效应，确保干式贮存容器的结构完整性和预期功能的实现有着重要影响。调研了当前国内外核电厂乏燃料干式贮存容器的检查策略，在此基础上，对干式贮存容器直接和非直接（环境）检查提出了相应建议。在乏燃料干式贮存设施运行前，基于分级管理的理念建立详细的干式贮存容器检查大纲有助于在乏燃料干式贮存设施全生命周期中及时识别和探测潜在老化机制。乏燃料干式贮存设施老化管理数据库的开发有助于提升相关数据的可用性。

 

作者：杨晓蕾，孟凡江

 

单位：上海核工程研究设计院股份有限公司

 

来源：《理化检验-物理分册》2024年第12期

 

 

来源：理化检验物理分册

关键词： 乏燃料