CACE 技術(shù)在核電站氫電導(dǎo)率測(cè)量中的應(yīng)用案例：從安全挑戰(zhàn)到智能監(jiān)測(cè)革新
某壓水堆核電站（CPR1000 機(jī)組）作為百萬千瓦級(jí)商用核電機(jī)組，其水汽系統(tǒng)直接關(guān)系到反應(yīng)堆壓力容器、蒸汽發(fā)生器等關(guān)鍵設(shè)備的安全運(yùn)行。核電站對(duì)水質(zhì)的嚴(yán)苛要求遠(yuǎn)超常規(guī)電廠：
· 水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)極致嚴(yán)格：根據(jù)《核電廠水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（EJ/T 1188-2005），蒸汽氫電導(dǎo)率需≤0.15μS/cm，凝結(jié)水氫電導(dǎo)率≤0.08μS/cm，以 防止放射性離子（如 Cl?、F?）誘發(fā)應(yīng)力腐蝕開裂；
· 傳統(tǒng)方法瓶頸凸顯：核電站水汽系統(tǒng)為抑制腐蝕，需維持高 pH 值（9.0~9.6）運(yùn)行，傳統(tǒng)陽(yáng)樹脂法在此工況下暴露出三大痛點(diǎn)：
· 樹脂更換風(fēng)險(xiǎn)高：輻射控制區(qū)（如安全殼內(nèi)）的樹脂柱更換需穿戴鉛服作業(yè)，每次操作導(dǎo)致維護(hù)人員接受約 0.1mSv 輻射劑量，年更換 120 次累計(jì)劑量達(dá) 12mSv（接近職業(yè)人員年劑量限值 20mSv）；
· 數(shù)據(jù)中斷隱患大：每次更換樹脂需 3 小時(shí)沖洗，若蒸汽發(fā)生器水質(zhì)異常未及時(shí)監(jiān)測(cè)，可能引發(fā)傳熱管泄漏等安全事件；
· 放射性廢液處理難：樹脂再生使用的強(qiáng)酸與放射性離子結(jié)合，產(chǎn)生的廢液需按放射性廢物專門處理，年處理成本超 50 萬元。
CACE（Conductivity After Cation Exchanger）技術(shù)在核電站應(yīng)用中，針對(duì)輻射環(huán)境進(jìn)行了三重技術(shù)改進(jìn)：
· 材料抗輻射設(shè)計(jì)：陽(yáng)離子交換膜采用聚四氟乙烯基底 + 耐輻射磺酸基團(tuán)，經(jīng) 60Coγ 射線照射 10?Gy 后，離子交換性能衰減≤5%；
· 電化學(xué)再生強(qiáng)化：陽(yáng)電極采用鈦基氧化釕涂層，在高溫（300℃）高壓（15.5MPa）環(huán)境下電解效率維持≥98%，確保 H?持續(xù)補(bǔ)償；
· 輻射屏蔽集成：儀表外殼采用 316L 不銹鋼 + 20mm 鉛層，將設(shè)備表面輻射劑量率控制在 2.5μSv/h 以下，滿足核安全區(qū)人員操作要求。
· 冗余配置：在蒸汽發(fā)生器、主凝結(jié)水等關(guān)鍵測(cè)點(diǎn)采用 “三取二” 冗余架構(gòu)，任一 CACE 模塊失效時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)切換并觸發(fā)報(bào)警；
· 安全聯(lián)鎖：與核電站 DCS 系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，當(dāng)氫電導(dǎo)率超過 0.12μS/cm 時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)凝結(jié)水精處理系統(tǒng)，并向主控室發(fā)送三級(jí)預(yù)警；
· 在線標(biāo)定：內(nèi)置放射性同位素??Kr 源（活度≤10μCi），定期對(duì)電導(dǎo)電極進(jìn)行原位校準(zhǔn)，避免人工進(jìn)入輻射區(qū)操作。
選擇 3 號(hào)機(jī)組主蒸汽管道測(cè)點(diǎn)（輻射劑量率約 15μSv/h）作為試點(diǎn)，對(duì)比傳統(tǒng)樹脂法與 CACE 技術(shù)：
· 安裝改造：在安全殼貫穿件處加裝輻射屏蔽型 CACE 分析儀，配套耐輻射流量計(jì)（量程 0~50mL/min），采樣管線采用 316L 不銹鋼 + 雙層屏蔽；
· 數(shù)據(jù)對(duì)比：連續(xù)監(jiān)測(cè) 3 個(gè)月，CACE 法測(cè)值與實(shí)驗(yàn)室放射性離子色譜儀（IC）的吻合度達(dá) 99.2%，而傳統(tǒng)法因樹脂再生度不足（平均 75%），測(cè)值偏差達(dá) ±12%。
· 測(cè)點(diǎn)覆蓋：在反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)（RCS）、蒸汽發(fā)生器二次側(cè)、主凝結(jié)水等 12 個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)位部署 CACE 儀表，形成全流程監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)；
· 輻射防護(hù)優(yōu)化：CACE 模塊維護(hù)周期延長(zhǎng)至 12 個(gè)月 / 次，每年減少輻射區(qū)作業(yè) 108 次，維護(hù)人員年受照劑量降至 1.2mSv，較傳統(tǒng)法降低 90%；
· 智能診斷系統(tǒng)：開發(fā)基于機(jī)器學(xué)習(xí)的異常識(shí)別模型，通過氫電導(dǎo)率與放射性核素（如 131I、13?Cs）濃度的關(guān)聯(lián)分析，提前 48 小時(shí)預(yù)警潛在的燃料棒包殼泄漏風(fēng)險(xiǎn)。
· 精度對(duì)比：
指標(biāo) | 傳統(tǒng)樹脂法 | CACE 法 |
氫電導(dǎo)率偏差 | ±12%（均值） | ±2.3%（均值） |
數(shù)據(jù)完整率 | 85.7%（年缺失 520h） | 99.99%（年缺失＜5h） |
響應(yīng)時(shí)間 | 15~30min | ＜2min |
· 典型案例：2023 年 5 月，CACE 系統(tǒng)捕捉到蒸汽發(fā)生器二次側(cè)氫電導(dǎo)率從 0.10μS/cm 驟升至 0.14μS/cm，同步監(jiān)測(cè)到 Cl?濃度從 0.5μg/L 升至 1.2μg/L，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)傳熱管輕微泄漏，及時(shí)停堆檢修避免事故擴(kuò)大。
· 輻射安全改進(jìn)：
傳統(tǒng)法年維護(hù)輻射劑量：12mSv（人工更換 120 次）
CACE 法年維護(hù)輻射劑量：1.2mSv（年度校準(zhǔn) 1 次）
相當(dāng)于減少 108 次輻射區(qū)作業(yè)，降低職業(yè)健康風(fēng)險(xiǎn)；
· 經(jīng)濟(jì)性分析：
· 直接成本：傳統(tǒng)法年樹脂再生 + 放射性廢液處理成本 58 萬元，CACE 法年成本僅 8 萬元（耗材更換），3 年累計(jì)節(jié)約 150 萬元；
· 間接效益：避免因數(shù)據(jù)中斷導(dǎo)致的非計(jì)劃停堆，每次停堆損失約 2000 萬元，CACE 法投用后 3 年未發(fā)生此類事件。
· 抗輻射電化學(xué)再生：通過脈沖電場(chǎng)優(yōu)化（頻率 50Hz，占空比 1:1），在輻射環(huán)境下維持 H?再生效率，解決傳統(tǒng)樹脂法在高輻射場(chǎng)中交換基團(tuán)降解問題；
· 放射性離子監(jiān)測(cè)耦合：氫電導(dǎo)率與??Sr、13?Cs 等核素濃度建立關(guān)聯(lián)模型，實(shí)現(xiàn) “單一指標(biāo)反映多重風(fēng)險(xiǎn)” 的智能監(jiān)測(cè)。
1.安全標(biāo)準(zhǔn)適配
CACE 技術(shù)通過中國(guó)核安全局（NNSA）的 HAF 級(jí)認(rèn)證，其抗輻射性能滿足《核電廠儀表和控制系統(tǒng)軟件質(zhì)量保證》（HAD 102/15）要求，為核電站關(guān)鍵儀表國(guó)產(chǎn)化提供范例。
2.智慧化運(yùn)維推動(dòng)
結(jié)合數(shù)字孿生技術(shù)，CACE 系統(tǒng)可實(shí)時(shí)模擬水汽系統(tǒng)腐蝕趨勢(shì)，例如通過氫電導(dǎo)率數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)蒸汽發(fā)生器傳熱管的氧化膜厚度變化，將腐蝕管理從 “事后檢測(cè)” 轉(zhuǎn)向 “事前預(yù)防”。
3.退役場(chǎng)景前瞻
在核電站退役階段，CACE 技術(shù)的免維護(hù)特性可減少退役人員在高輻射區(qū)的作業(yè)時(shí)間，其模塊化設(shè)計(jì)也便于退役時(shí)的整體拆卸與放射性廢物分類處理。
該核電站應(yīng)用案例表明，CACE 技術(shù)通過抗輻射設(shè)計(jì)與電化學(xué)再生原理的創(chuàng)新，不僅解決了傳統(tǒng)方法在高 pH、高輻射環(huán)境下的監(jiān)測(cè)難題，更將氫電導(dǎo)率測(cè)量從 “工藝監(jiān)測(cè)” 升級(jí)為 “安全預(yù)警” 工具。在 “雙碳” 目標(biāo)與核能規(guī)模化發(fā)展的背景下，CACE 技術(shù)為全球核電站的智能化、安全化運(yùn)行提供了可復(fù)制的技術(shù)范式，其價(jià)值已超越測(cè)量本身，成為核安全屏障的重要組成部分。
