硼回收系統運行分析

瞿世龍

【摘 要】硼回收系統接收來自RCV和RPE系統的一回路含氫冷卻劑，為反應堆冷卻劑排水提供足夠的貯存容積，為反應堆補水系統提供合格的除氧水和濃硼酸。本文主要介紹硼回收系統的功用、組成、正常運行及在運行期間存在的問題和改進的方法。

【關鍵詞】硼回收；除氣；蒸發；監測；除硼

中圖分類號： TM623 文獻標識碼： A 文章編號：2095-2457（2018）06-0119-002

【Abstract】The boron recovery system receives primary coolants from the RCV and RPE systems to provide a sufficient storage volume for reactor coolant drainage， providing qualified deoxygenated water and boric acid for the reactor replenishment system. This article mainly introduces the function，composition，normal operation of the boron recovery system， problems existing during operation， and improved methods.

【Key words】Boron recovery；Degassing；Evaporation；Monitoring；Removal of boron

0 前言

壓水堆核電廠在運行期間，不可避免地會產生放射性氣體、液體、固體廢物，為了周圍環境免受放射性污染，防止對工作人員和居民造成過量的放射性照射，所有這些放射性廢物在排放到環境和最終處置前，必須進行收集、貯存、轉型和處理。放射性廢物按來源可分為可復用廢水、不可復用廢水、含氫廢氣、含氧廢氣、廢樹脂等。其中，可復用廢水經硼回收系統處理以便回收利用，減少放射性廢物并提高電廠的經濟性。

1 硼回收系統簡介

硼回收系統為兩個反應堆共用，收集化學和容積控制系統（RCV）排放管線和核島疏水排氣系統（RPE）的反應堆冷卻劑排水槽來的含氫反應堆冷卻劑，為反應堆冷卻劑排水提供足夠的貯存容積；處理含氫的反應堆冷卻劑以得到反應堆級的補給水和重量百分比為 4%的硼酸溶液，以復用于反應堆冷卻劑系統；硼回收系統還可以用來降低化學和容積控制系統含低濃度硼酸的反應堆冷卻劑中的硼酸濃度。

系統按功能分為3個子系統：凈化子系統；水/硼酸分離子系統；除硼子系統；按性質不同分為：前置貯存、凈化除氣、中間貯存、蒸發分離、蒸餾液監測濃縮液監測以及除硼七個部分。

1.1 除氣塔

除氣塔用以去除溶解在排出液中的氫，裂變氣體及其它氣體，也可用于在反應堆開蓋前進行一回路冷卻劑的除氣。

除氣塔用熱力除氣法。進料經再生式熱交換器加熱至70～95℃后進入除氣器。為了增加氣體的擴散面積，進料從除氣器上部噴入，在下部由輔助蒸汽分配系統（SVA）的蒸汽加熱，使料液處于飽合狀態，正常加熱蒸汽流量小于2.5t/h，由除氣器頂部壓力控制。不凝結氣體（氫、氮、氪、氙）和蒸汽從頂部進入排氣冷凝器中，冷凝器由RRI水冷卻，維持 1.35bar（絕壓）。凝結水靠重力流回除氣器，而不凝結氣體定期排往TEG含氫廢氣處理系統。除氣后的液體由泵以27.2 m3/h的流量，經再生式熱交換器冷卻至50～75℃，再經冷卻器降溫至50℃以下，送至中間貯存箱。

1.2 蒸發器

蒸發裝置的作用是將可復用的一回路排水分離成硼含量低于5ppm，氧含量低于0.1Ppm的蒸溜水和7000ppm的濃硼酸溶液，分別送往蒸餾液和濃縮液監測槽。

蒸發裝置的料液由供料泵通過再生式的熱交換器升溫后送至蒸發器，蒸發器的加熱器采用列管式，殼程道入SVA蒸汽。蒸汽冷凝水收集在冷凝水平衡槽中，經冷凝水冷卻器冷卻后送回SVA系統。在加熱器里，蒸發反應堆冷卻劑產生的水蒸汽經過蒸發器進行初步的汽液分離，水蒸汽從蒸發器頂部排出進入旋風分離器后，進一步分離水蒸汽中的含硼液滴，在旋風分離器后設置一臺泡罩塔，水蒸汽與逆流而下的水接觸，有效地將氣相中夾帶的含硼酸的霧沫洗滴下來。水蒸汽進入冷凝汽進行冷凝，冷凝成的蒸溜液經冷卻器冷卻后，注入蒸餾液監測槽中，不凝結氣體從冷凝器頂部排至TEG含氧廢氣排放部分；濃縮液經冷卻劑冷卻后，自流入濃縮液監測槽中。需要主控維持SVA壓力，以免由于SVA壓力的停運蒸發裝置。

1.3 蒸餾液和濃縮液監測

蒸餾液監測箱：高液位報警提醒運行人員半小時內把蒸餾液供水切換到另一臺監測槽，否則監測槽的高高液位自動將蒸發器置于返回狀態。

濃縮液監測箱：高液位報警提醒運行人員進行接收箱的傳送并打循環取樣。然后，運行人員根據就地取樣的結果選擇轉送的槽，即選擇REA。否則監測槽的高高液位自動將蒸發器置于返回狀態。（為防硼結晶濃縮液泵和濃縮液監測槽房間、濃縮液過濾器間、蒸發器設備間溫度保持在22℃～25℃之間，輸液管道由RRB保持溫度在32℃到42℃之間，7700Ppm結晶溫度19℃）。

蒸餾液監測箱和濃縮液監測箱每個槽都帶有一個浮動的頂蓋和一個彈性隔膜，防止空氣與蒸餾液接觸。

1.4 主動排氚

中間貯槽主動排氚是指對氚比活度大于15000MBq/m3的冷卻劑不再蒸發分離，而是直接通過TEU工藝廢水處理單元排往TER系統的過程。對中間貯槽氚比活度介于8500—15000MBq/m3的冷卻劑，經TEP蒸發單元進行硼水分離，將硼酸回收，將蒸餾液排往TER貯槽；對氚比活度小于8500MBq/m3的冷卻劑，蒸發處理后的蒸餾液和硼酸全部回收。

2 硼回收系統的技術改造

2.1 TEP蒸發器9TEP289/290VN非全關信號增加延時環節

TEP蒸發器在運行過程中，狀態4置位后，9TEP 407/408MT溫度大于35℃觸發9TEP289/290VN打開。在濃縮液排放的初始階段，9TEP407/408MT一般會先降4℃左右然后開始回升，在溫度降到35℃時觸發9TEP 289/290VN關閉。但9TEP407/408MT溫度低于35℃與9TEP289/290VN非全關信號符合后將觸發蒸發器保護動作返回。因此，9TEP 289/290 VN非全關信號增加延時環節（延時5s），成功避免了蒸發器保護頻繁動作。

2.2 兩個機組TEP 除氣器增加旁路管線

TEP系統除氣器用來除去一回路冷卻劑中的溶解氫和裂變產生的放射性惰性氣體，將處理后的冷卻劑輸送到中間貯槽貯存，但在機組換料大修期間，一回路冷卻劑達到氧飽和，且氧化之前除去了易揮發的放射性惰性氣體，因此，在此期間的一回路冷卻劑可以不經過除氣器處理。正常運行期間一回路向TEP的排水總量不大，流量也小，時間要求不是很嚴，而且兩臺除氣器可以互為備用，因此除氣器故障一般會有足夠的檢修時間。

大修時排水量大（特別是在主回路進行升溫升壓時），TEP 接收廢水流量大，時間要求緊，而且大修期間兩臺除氣器嚴格隔離不能互為備用，一旦除氣器故障將成為關鍵路徑，而且由于此時一回路水已經經過凈化和充分的除氫，一回路水只是經過一下除氣器，沒有實質性作用。有幾次大修過程中在一回路升溫過程中發生過因為TEP 除氣器故障導致升溫產生的廢水無法排出，一回路無法繼續升溫。因此，在兩個機組TEP除氣器增加旁路管線。

改造內容：為9TEP001DZ/002DZ 增加一根旁路管線，管徑88.9mm，長度在1 米左右，管道上要增加一個手動隔離閥9TEP133VP（233VP），正常運行時為了防止含氫、含放射性氣體的一回路冷卻劑沒有經過處理直接進入TEP 中間儲存罐，此閥門必須實施行政隔離，一旦一回路已充分氧化后即可解除此行政隔離連接點為，一端在9TEP023VP（024VP）和9TEP025VP（026VP）之間，另一端在9TEP035VP（036VP）和中間儲罐之間。

改造后運行注意事項：一旦一回路已覆蓋氫氣則新增加的兩個手動閥必須實施行政隔離，一旦一回路已充分氧化后即解除此行政隔離，用于旁通TEP 除氣器將廢水傳到TEP 中間儲存箱。

2.3 TEP系統蒸發單元冷凝器改造

TEP蒸發單元生產的蒸餾液溶解氧不合格，所以對冷凝器進行了改造，將原來的臥式冷凝器改為立式冷凝器，并增加其液位自動控制。改造后效果明顯，溶解氧和硼濃度均符合設計規范。

2.4 TEP濃縮液監測槽房間電加熱器的改造

由于風量開關（SD）不動作，導致電加熱器無法投運，但這些房間又需要加熱，以防止硼結晶，經討論確定，將這些房間的電加熱器改為電暖風機進行加熱。新安裝的電暖風機加熱器功率為10KW，電壓380V，目前溫度定值為25攝氏度，電暖風機能自動啟停。

3 硼回收系統正常運行時的注意事項

3.1 除氣塔啟動時注意事項

除氣塔在啟動過程中，最有可能導致保護動作的原因為壓差101 MP控制不好。工作人員在啟動除氣塔有時候會出現壓差大幅波動的現象。實際上，控制壓差除了要根據101 MP的顯示值進行控制外，最關鍵的是需要操作者根據實際情況給一個前饋。在絕大多數情況下，除氣塔均處于飽和態，因此，控制除氣塔在其壓力所對應的飽和溫度下，則壓差自然穩定。

舉例說明，我們控制的目標是101 MP為10.5KPa，如果001 CS的壓力105 MP為35KPa，那么這時除氣塔的壓力為0.1+0.0105+0.035=0.1455MPa.a，其對應的飽和溫度為110.4℃，因此，控制除氣塔溫度在110.4℃，其壓差自然會穩定在10.5KPa，這時，在關注壓差的同時關注溫度，如果溫度上漲，適當關小蒸汽閥門，如果溫度下降，適當開大蒸汽閥門，通過這種方式壓差會很快穩定。

由于設計原因TEP中間貯罐六個進口閥不能全開，否則無法維持除氣器液位，其開度一般為2個螺紋左右，以調節003/004 PO的流量在25t/h左右。

3.2 蒸發器運行時注意事項

9TEP 955VB為TEP007BA和TEP016BA之間的連通閥，但由于濃縮液排放累計流量計設在TEP405/406MD下游，導致此管線失去設計的作用（原設計考慮001EV/002EV的濃縮液既可以向TEP007BA排放，也可以向TEP016BA排放）。例如，當001EV的濃縮液要通過9TEP 955VB向TEP016BA排放時，TEP405MD的讀數為零，TEP406MD雖然為有效的讀數，但是它卻控制不了TEP087VB的開度，可能導致濃縮液排放時實際排放量大于設定的w值（250L），使濃縮液的濃度達不到運行的要求。當002EV的濃縮液要通過9TEP 955VB向TEP007BA排放時，也存在同樣的問題。在現在的實際運行中，001EV運行時濃縮液只排放到007BA，當007BA接近高液位時，用014PO把007BA中的濃縮液打到016BA，016BA通過大循環取樣然后排放，在這過程中，007BA一直接收。002EV運行時，同樣濃縮液只排放到016BA。

TEP蒸發器V值和V0值的設定在輸入數值后，適當停留再敲擊回車鍵，可以更容易地更改這兩個值。

另外，TEP系統的閥門基本上都是隔膜閥，現場手動操作時不能使用F扳手，以免損壞閥門。

4 結束語

本文通過對秦山第二核電廠硼回收系統（TEP）的功能的闡述，對運行工作經驗的總結，以及一些事件的反饋和技術改造的回顧，來幫助讀者加深對硼回收系統的了解，希望能避免和減少一些不必要的人因失誤。

【參考文獻】

[1]硼回收系統手冊.浙江，核電秦山聯營有限公司，2005：8919TEPXTJ01.

[2]核電廠中級運行第2版.浙江，核電秦山聯營有限公司，2008：301.