秦二廠1/2號機組一回路主系統除鋰簡要分析

任靖宇

【摘 要】秦二廠1/2號機組一回路主系統正常運行時保持偏堿性，隨著壽期初到壽期末硼濃度的變化，需要參照化學技術規范對一回路鋰濃度進行不斷調整，具體方式是通過添加氫氧化鋰或者通過除鹽床除鋰。這樣保持整個壽期內一回路主系統偏堿性，可以避免一回路管道及設備的腐蝕及活化腐蝕產物的積累，降低放射性。

【關鍵詞】一回路主系統;氫氧化鋰;PH;除鹽床

中圖分類號： TM623 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）08-0226-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.08.098

0 前言

核電廠對一回路水質的要求很高，水質好壞直接影響機組的安全運行。一回路水質變差會使管道變薄，增加管道破裂幾率，活化腐蝕產物則會使包殼傳熱效率大大下降，進而使包殼表面過熱燒毀導致放射性物質直接進入一回路增加放射性。正常功率運行期間一回路冷卻劑一方面通過正常下泄除鹽凈化，另一方面通過除鋰來控制合理的PH值。本篇文章主要講述PH的控制，即除鋰的流量、時間如何確定，通過精確的計算保證一回路水質滿足要求也盡量減少不必要的廢水產生。

1 一回路主系統除鋰的目的

除鋰的目的就是保證鋰濃度在硼鋰協調曲線規定的范圍內，保證一回路有合適的PH值。請參見下圖運行使用的化學技術規格書中的硼鋰協調曲線。

2 一回路添加藥劑的選擇與控制

一回路添加氫氧化鋰的目的是中和硼酸，保持一回路冷卻劑為偏堿性，降低系統材料腐蝕。之所以選擇氫氧化鋰作為添加劑原因如下：

1）是一種強堿，相對而言，其溶解度不太大，所以，限制了局部濃縮現象的發生，引起腐蝕的風險較小。

2）在自然界中，鋰的同位素分布6Li占7.42%，7Li占92.58%，6Li與中子的反應產生氚：

在反應堆啟動升溫到80℃時要向一回路添加氫氧化鋰調節PH值，保證一回路水處于偏堿性，因為換料后的堆芯剩余反應性大，為了抵消這部分反應性的硼濃度值也相對較高，所以壽期初鋰的濃度相對較高。

壽期初：鋰含量保持在3.0ppm，為了防止堿濃縮造成腐蝕，對鋰濃度規定了上限，因此在燃料循環初期硼濃度較高時，一回路PH值達不到7.2，一般PH值在6.9。

壽期中：隨著硼濃度的逐步降低，鋰濃度也隨之降低，這時pH值保持在7.2。

壽期末：當硼濃度降到100 ppm以下時，鋰濃度保持在0.35ppm的水平，是為了避免在硼化時的pH太低。pH值太低會造成腐蝕的增加和腐蝕產物在堆芯的沉積。這從劑量率方面來看是很有害的。

3 運行除鋰操作一些要點

3.1 除鋰時間與流量的確定

1）除鋰時間

正常功率期間一回路除鋰時間計算如下：

當前鋰濃度C0，目標鋰濃度C，下泄流量F（t/h），RCP體積V（m3），

正常功率期間RCP體積V=165m3，下泄流量F=14.5 t/h，則除鋰所需時間T，

T=V/F ln（C0/C）=165/14.5 ln（C0/C）=11.38ln（C0/C）

根據我們機組實際除鋰流量6 t/h計算得出，

T= V/F ln（C0/C）=165/6 ln（C0/C）=27.5 ln（C0/C）

其中目標鋰濃度C根據硼鋰協調曲線中縱坐標的數值來定，當前鋰濃度C0則源于化學每日的取樣結果，一旦當前鋰濃度C0預期超出運行上限則根據以上計算式計算出除鋰時間。此外，除鋰時間還要考慮RCV003DE的效果，綜合這兩點得出除鋰時間。至于除鋰的頻率和硼濃度有關，在硼鋰協調曲線上可以看出有兩個階段鋰濃度隨著硼濃度的下降較為明顯，因此這兩個時間段除鋰會相對頻繁。

2）除鋰流量

計算除鋰流量前我們先看看陽床除鹽器RCV003DE的簡介，該陽床除鹽器裝有H型陽樹脂，它用于間斷運行以控制7Li濃度;而反應堆冷卻劑中7Li濃度的增長來自于 B10+（n，a） 7Li反應。設計上在1%燃料棒破損情況下，該除鹽床有足夠的交換能力，維持反應堆冷卻劑中銫濃度低于3.7×104Bq/cm3。它的大小適應正常下泄流量（設計流量是13.6T/H）。我們機組上最初除鋰時也是按13.6T/H的流量來進行，但是實際使用中發現因為流量和壓力過大導致樹脂從除鹽床頂部溢流出來，現在功率期間都采用半流量（6T/H）除鋰，

只有大修時才采用全流量除鋰。

3.2 除鋰沖洗時間的確定

這個時間的長短其實主要取決于兩次除鋰之間硼濃度的改變量，可以查看兩次除鋰時一回路硼濃度的差值，如果硼濃度差不大則可以不用沖洗，這樣可以減少排到TEP的廢水量，降低三廢運行成本。那么兩次硼濃度差值多大可以這樣考慮：首先整個壽期內硼濃度是逐漸降低的，所以每次除鋰時除鹽床中保留的其實是上次除鋰時的一回路硼濃度，直接投入必定會增加一回路的硼濃度，相當于誤硼化，這樣便會導致一回路平均溫度降低從而引起控制棒自動提升，使△I出現意外波動，這是我們不愿意看到的，所以現在就以控制棒不動作為限制來計算一下，如下：

4 一回路除鋰實際操作的注意點

1）以前發生過閥門與閥體脫開事件，即閥門操作已經全開，但閥瓣處于全關狀態，比如RCV024、025VP任一個閥出現該情況，那么在開始緩慢關閉RCV023VP時就會導致RCV的下泄流量減少甚至中斷，進一步導致穩壓器液位和容控箱液位的波動。所以在緩慢關閉RCV023VP的同時，要密切關注現場008LD的讀數是否上漲，另外根據RCV007LP憋壓上升來判斷出故障。

2）投運除鹽床應先開啟出口閥，后開入口閥，目的是防止除鹽床憋壓。

3）對RCV009LP的讀數要準確并記錄在操作單上，以便對比前后數據以及時發現樹脂是否泄漏。

4）主控在投運RCV003DE前將下泄流通過RCV030VP導向TEP的目的是避免對一回路的誤稀釋或硼化。誤稀釋可能發生在更換過樹脂后，硼飽和不足而導致：而誤硼化可能發生在兩次除鋰相隔的時間較長，即因為一回路每天要進行稀釋，所以前一次留在陽床里的硼濃度肯定高于第二次除鋰時的一回路硼濃度。

5）將RCV030VP切至TEP前一定要檢查REA是否在自動補給狀態，且硼水流量比例設置是否正確。有兩個風險點，一是RCV030VP切至TEP后容控箱液位下降到低定值如果自動補給未能動作有可能會導致上充泵入口切換到換料水箱取水，二是硼水比例不正確，會導致誤稀釋或誤硼化！

5 結論

核電站對一回路冷卻劑水質要求很高，通過以上計算我們知道了在功率運行期間對PH值控制時的一些要點，本文闡述內容主要目的是為了在滿足合適的除鋰頻度同時能通過計算得出每次除鋰沖洗的時間，以減少廢水量的產生，緩解三廢系統的處理壓力，降低運行成本。

【參考文獻】

[1]秦山二期，353培訓教材.

[2]秦山二期，化學技術報告.

[3]秦山第二核電廠反應堆物理手冊.

[4]運行事件報告.