核電廠大修濃硼酸使用應對方式優化

摘 要：核電廠大修時濃硼酸的使用不僅關系到運行技術規范的要求，也關系到能否順利換料，合理優化濃硼酸的使用應對方式，既可以確保滿足技術規范的要求，也可以保證大修順利進行，避免大修工期延誤。

關鍵詞：濃硼酸；使用；優化

核電廠大修時，為保證反應堆有足夠的次臨界深度，需要將一回路冷卻劑的硼濃度提升到2300-2500ppm。大修下行時需要對一回路持續硼化至2300-2500ppm，硼酸使用量巨大，同時為了保證剩余的硼酸儲量滿足技術規范的要求，又需要盡量節約硼酸的使用，為同時滿足大修進度的要求和技術規范的要求，濃硼酸使用應對方式就顯得尤為重要，如果濃硼酸使用時控制不好，將直接制約大修時機組的下行，造成大修工前的延誤，甚至會違反運行技術規范，造成運行事件。本文主要探討核電廠大修期間濃硼酸使用情況和應對方式優化。

一、濃硼酸的來源

對于M310核電機組，每個機組單獨配置一個濃硼酸儲存箱，兩個機組配置一個公用的濃硼酸儲存箱，大修時公用濃硼酸儲存箱歸大修機組使用。三個濃硼酸儲存箱可用容積均為81m3。對于單個機組大修，可用的濃硼酸為兩個濃硼酸儲存箱。三個濃硼酸儲存箱均可以通過硼回收系統9TEP007BA或硼酸配料箱9REA005BA進行濃硼酸的配置。9TEP007BA單次向濃硼酸儲存箱配置的濃硼酸量為5m3，9REA005BA單次向濃硼酸儲存箱配置的濃硼酸量為3m3。

二、大修時濃硼酸的使用分析

大修換料需要在換料停堆模式執行，運行技術規范要求一回路冷卻劑硼濃度為2300-2500ppm（平均值為2400ppm，后文均以2400ppm作為計算標準）。為了保證反應堆安全，運行技術規范還要求：單個硼酸儲存箱的硼酸儲量大于48.2m3，或者加上公用硼酸儲存箱的硼酸儲量大于50.6m3。為了滿足技術規范的要求，可供使用的濃硼酸總量為162-50.6=111.4 m3。

在設計上，冷態時反應堆一回路冷卻劑水裝量為199 m3，大修下行時需要將一回路從接近0ppm硼化至2400ppm，假設濃硼酸儲存箱的硼酸濃度為7000ppm，硼化所需要的硼酸量V=199ln[（7000-0）/（7000-2400）]=83.6m3。在反應堆下行過程中，一回路冷卻劑溫度將會從291℃降溫至40℃，隨著溫度的下降，一回路冷卻劑將收縮，為了維持一回路的水裝量，需要補充硼酸補償一回路冷卻劑的收縮。291℃時，水的密度為073t/m3，40℃時，水的密度為0.99t/m3，通過公式V=m/ρ，可以計算出補償一回路冷卻劑收縮需要2400ppm的硼酸約為716 m3，折算成7000ppm的硼酸約為24.6 m3。

除上述的硼化和補償收縮需要硼酸以外，在一回路燃料不破損的情況下，在反應堆熱停時還需要投入TEP除氣塔和9TEP006DE除鹽床對一回路冷卻劑進行進化，這也需要硼酸的消耗。TEP除氣塔頭箱中幾乎為清水，為了防止TEP除氣塔投入后引起一回路誤稀釋，需要將TEP除氣塔頭箱硼化到與一回路硼濃度一致，假設TEP除氣塔頭箱已排水至最低，內部僅10 m3冷卻劑，則硼化到2400ppm需要的7000ppm濃硼酸量約為3.4 m3。如果頭箱中的清水更多，將消耗更多的濃硼酸。9TEP006DE硼酸吸收量可通過以下方式估算：

9TEP006DE除鹽床中樹脂總體積為1500L，陰樹脂的交換容量≥1.2eq/L，取1.2eq/L。由于物理吸附作用，每個交換點可以同2～3個硼酸分子結合一起，計算取3。因此，9TEP006DE能吸附的硼（B）量約為：1.2*1500*11*3=594000g=59.4Kg，折合成7000ppm的濃硼酸，體積約為8.5m3。這是理論計算結果。9TEP006DE除鹽床投入后，隨著一回路硼濃度的提高，除鹽床出口硼濃度為達到平衡，還會繼續消耗硼酸。

通過以上理論計算可知，消耗的硼酸量約為120.1m3，已超出可供使用的濃硼酸總量。

三、濃硼酸使用應對方式的優化

通過以上分析，濃硼酸使用應對方式可以從來源和使用控制兩個方面進行優化。

（1）提高濃硼酸儲存箱中濃硼酸的硼濃度，如果將濃硼酸的硼濃度提高至7700ppm，則消耗的硼酸量為109 m3，當然，為了滿足技術規范中對濃硼酸的硼濃度不超7700ppm的要求，濃硼酸的硼濃度可以控制在7500ppm左右。

（2）大修開始前將兩個濃硼酸儲存箱盡量制硼至接近高液位，并且在9TEP007BA和9REA005BA提前配置好合格的濃硼酸，在濃硼酸的硼濃度具備條件時及時補充，以濃硼酸的消耗。

（3）利用一回路冷卻的有利時機，通過補償冷卻劑收縮實現一回路硼濃度的提高，達到節省濃硼酸使用量的目的。冷卻劑收縮時完全使用7000ppm的濃硼酸將使一回路硼化到1850ppm以上，這將大大節省濃硼酸用量。

（4）合理控制TEP除氣塔頭箱的液位，在實現除氣塔可以連續運行的前提下減少為了提高TEP除氣塔頭箱硼濃度所消耗的硼酸。

（5）將9TEP006DE除鹽床硼飽和提前至大修前執行，并且在一回路硼濃度盡量高時執行，9TEP006DE除鹽床在硼飽和后投入運行仍將吸收硼酸，但吸收量已經大大降低，濃硼酸消耗量也會相應降低。

某電廠通過以上方式的優化，在將一回路硼化到2450ppm后，硼酸儲存箱中剩余硼酸總量仍有58 m3，即滿足了技術規范的需要，也保證了大修的順利進行。

參考文獻：

[1]FQX-REA-SDM-001 REA反應堆硼和水補給系統手冊.版本：000，2016-09.

[2]FQX-TEP-SDM-001 TEP硼回收系統手冊.版本：000，2016-09.

作者簡介：丁強（1986-），男，安徽宣城人，本科，工程師，從事核電廠運行工作。