核電廠RIS 硼酸波動箱補水頻繁原因分析及處理

張偉強

（中核核電運行管理有限公司，浙江海鹽 314300）

0 引言

核電廠安全注入系統（Safety Injection System，RIS）的功能之一是在反應堆冷卻劑系統發生失水事故或主蒸汽系統發生管道破裂事故時，向反應堆冷卻劑系統快速注入濃硼溶液，以補償由于不可控地產生蒸汽致使反應堆冷卻劑過冷而引起的容積變化和反應性的增加，從而可以使反應堆迅速安全停堆，防止反應堆重返臨界。

秦二廠4 臺機組RIS 濃硼回路由于運行溫度較高，濃硼回路水分蒸發量大補水頻繁，含硼蒸汽冷凝導致硼酸罐表面產生大量硼結晶，對現場設備造成不良影響。蒸發后硼酸波動箱（RIS021BA）液位下降，導致頻繁補水（最頻繁的平均每18 h 補水一次），補水導致濃硼回路中的硼濃度下降，而且按照技術規范要求每次補水完畢后均需要對硼濃度進行取樣監測，對機組安全穩定運行產生不利影響。為解決頻繁補水問題需要找到根本原因，提出解決的有效措施。

1 原因分析

1.1 運行現狀

對RIS021BA 現場進行檢查，設備所處房間通風系統只有排風沒有送風，導致負壓較大。RIS021BA 運行溫度較高，對比4臺機組溫度在80～90 ℃。現場設備上有較多硼結晶，尤其在RIS021BA 排氣孔下方最多，排氣口幾乎被硼結晶擋住，清理硼結晶后在排氣口能看到蒸汽冒出并掛有水滴，正是這些蒸發出的水汽最終導致RIS021BA 液位下降，水汽最后冷凝后變成了硼結晶。

1.2 影響分析

減少RIS021BA 水分蒸發過快最直接的方法是降低其回路運行溫度，而溫度與系統運行狀態、通風量大小等有關。

（1） 濃硼回路的運行狀態。濃硼回路包括硼酸注入箱（RIS004BA）、硼酸再循環泵（RIS02l、022PO）和硼酸波動箱（RIS021BA）組成，回路硼濃度控制在17 000×10-6～19 000×10-6。為防止硼結晶，濃硼回路設有正常和應急加熱器，正常加熱器啟停溫度控制在68～73 ℃，應急加熱器啟停溫度控制在63～68 ℃，實際回路運行溫度在80～90 ℃，大于電加熱器的運行設定值，因此電加熱器是不會啟動的。導致溫度高的原因是由于硼酸再循環泵處于運行狀態，給閉環的濃硼回路一直做功、加熱。

圖1 現場硼結晶

（2）通風量的大小。RIS021BA 所處房間只有排風，沒有送風，房間處于負壓狀態，因此不利于罐子散熱，也是導致了RIS021BA 溫度高的原因。RIS004BA 房間有送排風，但處于送風的末端，風量已無調節量，如要調節風量需對整個通風系統的風量進行重新調節，風險太大，因此不建議。

（3）系統設備管道等的保溫層厚度。保溫層的主要作用是防止高溫管道向環境散熱，降低系統的熱損失，同時還能防止人員燙傷。根據保溫要求規定，正常運行溫度大于60 ℃的管道及設備以及帶有電伴熱的管道均需要包裹保溫層。當管道直徑小于2 英寸（5.08 mm）時，安注系統濃硼回路的保溫層厚度為40 mm，否則為50 mm。而在本項目中，RIS004BA 和RIS021BA 的保溫層厚度均為40 mm。

系統設備的保溫層較厚，不利于散熱，因此可以適當減薄保溫層厚度以增加散熱量來降低回路溫度。但是散熱量與加熱量的平衡結算又是一個迭代的過程：散熱量的增加會降低回路的溫度，回路溫度的降低又會降低散熱量；散熱量增加會使房間溫度升高，房間溫度升高又會導致散熱量減小，且房間溫度的升高可以對周圍的設備運行造成影響，需要增加房間通風量，但是如果風量已基本不可調節。因此，減薄保溫層厚度來降低溫度的方法也不可取。

通過以上分析認為，從降低濃硼回路整體溫度來減少水分蒸發量很難。

1.3 分析結論

通過現場對RIS021BA 所處環境的查看分析，波動箱房間內只有排風、沒有送風，且房間負壓很大，箱子向上的呼吸管口有少量蒸汽冒出。波動箱上有3 英寸（7.62 mm）的溢流管通向核島疏水和排氣系統地坑（RPE002PS），查看RPE002PS 房間為微負壓，與RIS021BA 房間的負壓相比存在較大壓差，空氣可以從溢流管線向RIS021BA 流動最終從呼吸口排出。RIS021BA 內的水分就是通過這路空氣流不斷蒸發，導致需要頻繁補水。箱子內的含硼蒸汽從呼吸口被吸出冷凝后在保溫層上形成硼結晶。箱子內水分不斷蒸發被吸走的同時將再循環回路產生的熱量帶走，使回路溫度保持穩定（圖2）。

2 現場試驗驗證

為驗證上述原因分析，準備再進行試驗，具體步驟如下：

（1）拆除3RIS021BA 箱子上部保溫層，觀察發現其溫度下降4 ℃，但補水頻率沒有變化。

（2）辦理防火屏障打開申請后，將3RIS021BA 所在房間房門打開并保持開啟，破壞房間負壓，觀察到RIS021BA 排氣口無含硼蒸汽冒出，補水頻率明顯降低，連續4 d 未對3RIS021BA 補水，但3RIS021BA 溫度持續上升，從74 ℃上升至89 ℃。證明破壞房間負壓能減緩箱子水分蒸發，但是由于減少水分蒸發帶走熱量，溫度會升高。

圖2 水分蒸發氣流流向

（3）在4RIS021BA 溢流管線加裝盲板，因4 號機組上部保溫層未拆除，補水頻率雖然降低（期間未補水），但4RIS021BA溫度快速上漲，一天多的時間溫度就從77 ℃上升至90 ℃，且無法有效降溫（包括全開風閥、打開蓋板、加裝臨時風機吹風），只能拆除其溢流管線上加裝的盲板進行降溫。

（4）在3RIS021BA 溢流管線上加裝堵板，觀察補水頻率明顯降低（4 d 內無補水），溫度有上升但趨勢比4 號機組緩慢，而且通過開大房間風閥的方式可以使3RIS021BA 維持穩定。

（5）辦理防護屏障打開許可證，開啟3RIS021BA 所在房間NA512 防火門，以觀察開門對溫度的影響，經過一天時間的觀察發現，在“拆除保溫+溢流管加堵板+房間有抽風+防火門開啟”的情況下，房間溫度會緩慢上升，平均每小時上升0.08 ℃。

（6）對3RIS021BA 的保溫層進行了第二次拆除，拆除后其的保溫層剩余底部往上升50 cm 左右，進過幾天的觀察發現，3RIS021BA 的溫度由86.5 ℃緩慢下降至84.8 ℃后平穩，最后拆除全部保溫層后溫度維持在84 ℃左右。

通過以上在（3）、（4）RIS021BA 的相關試驗，證明前面所分析是正確的：①通過在溢流管線上加裝堵板的方式可以阻斷含硼蒸汽被吸出，降低補水頻率；②通過拆除箱子保溫層的方式加強散熱，可以使得RIS021BA 溫度保持在合理范圍內；③頻繁補水原因是溢流管有空氣吹向液面導致蒸發大，進而降低了RIS021BA 溫度，水蒸汽冷凝后使其周邊硼結晶（蒸汽中攜帶有30×10-6左右的硼），因此降低補水頻度后，同時能夠消除房間、DVN 風管到處硼結晶的現象。

3 解決措施

為解決RIS021BA 頻繁補水問題，可以通過堵住溢流管阻斷氣流來實現。具體處理措施是：對4 臺機組RIS021BA 溢流管線實施改造加裝等徑球閥，閥門正常期間保持關閉狀態阻斷氣流，并拆除箱體上的保溫層以加強散熱。加裝等徑球閥是考慮可能RIS021BA 內溫度太高影響回路再循環泵的運行，可以通過打開閥門加大蒸發的方式進行降溫、提供一種應急手段。

4 結語

導致硼酸波動箱補水頻繁的根本原因是由于箱子溢流管使得箱內形成空氣流通過呼吸管加速水分蒸發。通過改造后補水頻率在7 d 以上，有效減緩了RIS021BA 水分蒸發，減少了補水頻度、取樣頻度，提高了系統的安全性。