不同工況下TEP蒸發(fā)器V0/V值設(shè)置的研究

佟振華 祝永剛

（中國(guó)核電工程有限公司，北京 100840）

1 概述

1.1 TEP概述

TEP為硼回收系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱。作為核電站三廢系統(tǒng)中最重要的一個(gè)系統(tǒng)，其系統(tǒng)功能包括：

（1）接收來(lái)自核島疏水和排氣系統(tǒng)（RPE）的一回路含氫冷卻劑，為反應(yīng)堆冷卻劑排水提供足夠的貯存容積。

（2）處理收集的廢液并分離為水和硼酸，以供一回路復(fù)用。

（3）在反應(yīng)堆運(yùn)行壽期末，接收化學(xué)和容積控制系統(tǒng)（RCV）的下泄流，直接除硼。

（4）換料停堆前對(duì)一回路冷卻劑除氣。

1.2 TEP蒸發(fā)單元概述

TEP由凈化、硼/水分離和除硼三部分組成。蒸發(fā)裝置屬于硼/水分離部分，用于將經(jīng)過(guò)凈化處理后的廢液進(jìn)行硼水分離，得到含硼量（≤5ppm）的蒸餾液和硼濃度為7000~7700ppm的濃硼酸。合格的濃硼酸和蒸餾液送往REA系統(tǒng)作為硼和水的補(bǔ)給。

2 不同工況下TEP蒸發(fā)器V0﹑V值的設(shè)置

2.1 TEP蒸發(fā)器V0/V的計(jì)算原理

在硼水分離過(guò)程中，蒸餾液和濃縮液的排放是交替進(jìn)行的，為了得到硼濃度符合標(biāo)準(zhǔn)的濃縮液，要經(jīng)過(guò)計(jì)算得到蒸發(fā)器的V0﹑V值。

圖1 蒸發(fā)回路硼濃度變化曲線（V0＞0）

圖2 蒸發(fā)回路硼濃度變化曲線（V0＜0）

TEP蒸發(fā)器V0/V的計(jì)算公式是基于硼酸質(zhì)量守恒的原理推導(dǎo)出來(lái)的，在推導(dǎo)過(guò)程中，做如下幾種假設(shè)：

（1）蒸發(fā)回路中所含廢液的體積保持不變，為1500L。

（2）在排放蒸餾液（濃縮液）的過(guò)程中，同時(shí)有廢液流入蒸發(fā)回路，且所排放的蒸餾液（濃縮液）的體積與從中間儲(chǔ)槽流入蒸發(fā)回路中的廢液體積相等。

（3）在排放蒸餾液（濃縮液）的過(guò)程中，蒸發(fā)回路中的硼濃度成線性變化。

（4）排放蒸餾液和濃縮液是交替連續(xù)進(jìn)行的，忽略閥門開(kāi)、閉以及濃縮液冷卻時(shí)間等。

在推導(dǎo)過(guò)程中用到的參數(shù)定義如下：

蒸發(fā)裝置回路的容積：Vt=1500L

每次排放的濃縮液容積：W=250L

每次排放的濃縮液的平均硼濃度：Ce=7200ppm

V0：首次排放的蒸餾液體積（L）

V：正常排放蒸餾液的體積（L）

C0：蒸發(fā)器環(huán)路中的硼濃度（等于中間儲(chǔ)槽內(nèi)液體的硼濃度）（ppm）

由圖1可知：

從T0到T1，開(kāi)始第一次排放蒸餾液，蒸發(fā)器回路中的硼濃度從C0升高到Cmax，到達(dá)T1時(shí)，排放蒸餾液體積為V0，在這段時(shí)間內(nèi)，蒸發(fā)回路中硼含量的變化值為Vt（Cmax-C0），從中間儲(chǔ)槽流入到蒸發(fā)回路中的硼含量為V0C0，根據(jù)硼的質(zhì)量守恒得到等式（1）

由式（1）可以得到V0=Vt（Cmax-C0）/C0

從T1到T2，開(kāi)始排放濃縮液，蒸發(fā)器回路中的硼濃度從Cmax下降到Cmin，到達(dá)T2，排放濃縮液的體積為W，在這段時(shí)間內(nèi)，蒸發(fā)器回路中硼含量的變化值為Vt（Cmax-Cmin）=Vt△C，排放的濃縮液中硼含量為W Ce，從中間儲(chǔ)槽流入蒸發(fā)器回路中的硼含量為W C0，根據(jù)硼的質(zhì)量守恒得到等式（2）

表1 循環(huán)后硼濃度計(jì)算結(jié)果

由式（2）可以得到△C=W（Ce-C0）/Vt

從T2到T3，開(kāi)始正常排放蒸餾液，蒸發(fā)器回路中的硼濃度從Cmin升高到Cmax，到達(dá)T3時(shí)，排放蒸餾液體積為V，在這段時(shí)間內(nèi)，蒸發(fā)回路中硼含量的變化值為Vt（Cmax-Cmin）=Vt△C，從中間儲(chǔ)槽流入到蒸發(fā)回路中的硼含量為V C0，根據(jù)硼的質(zhì)量守恒得到等式（3）

由式（3）可以得到V=Vt（Cmax-Cmin）/C0=Vt△C/C0=W（Ce-C0）/C0。

根據(jù)式（1）~（3）便可以求出V0和V值，通過(guò)計(jì)數(shù)器（501QD和503QD/502QD和504QD）分別設(shè)置V0和V值，從而得到符合要求的蒸餾液和濃縮液。

2.2 跳機(jī)后V0/V的重新設(shè)置

試驗(yàn)當(dāng)中，由于諸多原因，比如堵泵現(xiàn)象的發(fā)生，閥門無(wú)法正常開(kāi)閉等，會(huì)發(fā)生跳機(jī)現(xiàn)象或手動(dòng)停止試驗(yàn)。待問(wèn)題得到解決后，需要對(duì)V0/V值進(jìn)行重新設(shè)定。

按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)規(guī)定，一旦發(fā)生跳機(jī)的狀況后，需要將蒸發(fā)器內(nèi)的液體排空，待然后再按照正常的情況從狀態(tài)0走到狀態(tài)5。這樣費(fèi)時(shí)費(fèi)力，經(jīng)過(guò)我們分析，不難發(fā)現(xiàn)，在發(fā)生跳機(jī)后，在狀態(tài)3時(shí)重新測(cè)定蒸發(fā)器環(huán)路中的硼濃度（C）和中間儲(chǔ)槽內(nèi)的硼濃度（C0），通過(guò)計(jì)算，便可直接由狀態(tài)3按照硼濃度守恒可以推導(dǎo)出

此外，上述計(jì)算公式還適用于以下幾種情況。

（1）中間儲(chǔ)槽切罐，例如當(dāng)002BA內(nèi)的廢液處理完畢后，需要接著處理003 BA（004BA）內(nèi)廢液后，只要重新測(cè)定003 BA（004BA）內(nèi)廢液內(nèi)的硼濃度（C0）和此時(shí)蒸發(fā)回路中的硼濃度（C），便可由公式（4）~（6）計(jì)算出V0/V值。

2.3 根據(jù)化驗(yàn)結(jié)果計(jì)算出V0值為負(fù)值

根據(jù)公式（4）V0=Vt（Cmax-C）/C0，如果蒸發(fā)回路原來(lái)的硼濃度C偏高，即C＞Cmax時(shí)，則計(jì)算出V0為負(fù)值。由于我們不同通過(guò)稀釋的方法將蒸發(fā)裝置內(nèi)的硼酸濃度降下來(lái)，而且通過(guò)狀態(tài)8進(jìn)行排液的操作比較繁瑣，需要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的冷卻時(shí)間，可行性不大。此時(shí)，我們將V0/V值設(shè)置為較小的正值，例如10L，在狀態(tài)4時(shí)，將蒸發(fā)器內(nèi)的高濃度硼酸（250L）排到007BA，同時(shí)，從中間儲(chǔ)槽002BA中進(jìn)料250L，實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸發(fā)器內(nèi)高濃度硼酸的稀釋。由于蒸發(fā)回路的容積為1500L，每次排放的濃縮液體積為250L，經(jīng)過(guò)6次排放后蒸發(fā)回路中的硼濃度便降了下來(lái)，然后將蒸發(fā)器重新啟動(dòng)到狀態(tài)“3”，重新化驗(yàn)計(jì)算V0、V值，如果V0＞0，則可進(jìn)行蒸發(fā)處理工作。

例：C=10698ppm，C0=316ppm，Ce=7200ppm，Vt=1500L

則根據(jù)公式（5）計(jì)算得到△C=1147ppm，進(jìn)而得到Cmax=7774ppm

根據(jù)公式（4），計(jì)算得到V0=-13881＜0

將V0/V值均設(shè)置為10L，W設(shè)置為250L，計(jì)算每次循環(huán)后的Cmax、△C、Cmin和Ce值。

從T0到T1，開(kāi)始第一次排放蒸餾液，蒸發(fā)器回路中的硼濃度從C升高到Cmax1，到達(dá)T1時(shí)，排放蒸餾液體積為V0。在這段時(shí)間內(nèi)，蒸發(fā)回路中硼含量的變化值為Vt（Cmax1-C），從中間儲(chǔ)槽流入到蒸發(fā)回路中的硼含量為V0C0，根據(jù)硼的質(zhì)量守恒得到等式（7）

由式（7）可以得到Cmax1=（V0C0+ VtC） /Vt

從T1到T2，開(kāi)始排放濃縮液，蒸發(fā)器回路中的硼濃度從下降到，到達(dá)T2，排放濃縮液的體積為W。在這段時(shí)間內(nèi)，蒸發(fā)器回路中硼含量的變化值為，排放的濃縮液中硼含量為，從中間儲(chǔ)槽流入蒸發(fā)器回路中的硼含量為W C0，根據(jù)硼的質(zhì)量守恒得到等式（8）

從T2到T3，開(kāi)始排放蒸餾液，蒸發(fā)器回路中的硼濃度從Cmin1升高到Cmax2，到達(dá)T3時(shí)，排放蒸餾液體積為V。在這段時(shí)間內(nèi)，蒸發(fā)回路中硼含量的變化值為Vt（Cmax2-Cmin1），從中間儲(chǔ)槽流入到蒸發(fā)回路中的硼含量為VC0，根據(jù)硼的質(zhì)量守恒得到等式（10）

同樣，對(duì)T3到T4直到T12利用硼守恒，逐步計(jì)算，便可求出每次循環(huán)后的Cmax、△C、Cmin和Ce值。結(jié)果下表1所示。

由表1可以知道，經(jīng)過(guò)6次排放后蒸發(fā)回路中的硼濃度降低到4134ppm，然后將蒸發(fā)器重新啟動(dòng)到狀態(tài)“3”，重新化驗(yàn)計(jì)算V0、V值，則可進(jìn)行蒸發(fā)處理工作。

3 結(jié)論

在TEP硼回收系統(tǒng)的蒸發(fā)單元中，確定正確的V0/V值將對(duì)濃縮液的硼濃度產(chǎn)生重要的影響。硼濃度過(guò)高，將會(huì)導(dǎo)致硼結(jié)晶，出現(xiàn)管道堵塞等問(wèn)題。硼濃度過(guò)低，無(wú)法滿足REA硼和水補(bǔ)給系統(tǒng)的需求。本文就蒸發(fā)器V0/V值的計(jì)算原理，跳機(jī)后V0/V的重新設(shè)置以及根據(jù)化驗(yàn)結(jié)果計(jì)算出V0值為負(fù)值時(shí)的情況進(jìn)行了討論，給出了各種工況下如何正確地計(jì)算出V0/V值，從而進(jìn)行正常的蒸發(fā)處理工作，為調(diào)試、運(yùn)行工作提供理論指導(dǎo)。

[1]石雷，9TEP002EV硼濃度升高的一級(jí)分析[Z].

[2]胡雅惠，9TEP007BA硼濃度偏高的一級(jí)分析[Z].