核電乏池補水硼酸濃度控制的LabView仿真研究

劉文瓊

關鍵詞：乏池；硼濃度；液位。

核電廠乏池用于存儲從堆芯卸出的乏燃料以及即將裝入堆芯的新燃料以及在核電廠大修過程中用于燃料倒換操作存儲堆芯卸出或將裝入的核燃料。乏池中需注滿要求液位和濃度的硼酸水，以確保實現以下安全功能：通過覆蓋水層提供良好的生物防護；保證存放在乏池中的燃料組件處于次臨界狀態；同時通過設置的冷卻回路排出貯存地已輻照燃料元件所釋放的余熱。

? 一、核電廠乏池補水硼酸濃度控制需求分析

為確保上述安全功能，典型的M310堆型壓水堆核電廠《運行技術規范》要求乏池水位不低于19.3m，乏池硼酸濃度在2100ppm～2300ppm（平衡循環后要求乏池硼酸濃度控制在2300ppm～2500ppm間）。當乏池液位因為泄漏或是水蒸發引起下降時，需要對乏池及時進行補水（硼酸或除鹽水），以確保乏池液位和硼濃度滿足技術規范要求，確保其安全功能的實現。

LabVIEW是專為測試、測量和控制應用而設計的系統工程軟件，具有強大的仿真功能，圖形化編程功能強大，可以用于開展核電廠乏池補水硼酸濃度控制的研究和設計，開發實用的控制程序。

? 二、核電廠乏池補水的方法

乏池液位因為泄漏或是水蒸發引起下降時，可以通過液位監視和液位報警發現，需要及時進行補水提升液位。

由于乏池水分日常蒸發或設備故障引起的泄漏將導致乏池水位下降及硼酸流失，因此日常在乏池液位降低后，需要及時進行補水，由于乏池液位下降主要是蒸發引起的，日常乏池補水一般使用核島除鹽水系統（SED）對乏池補充除鹽水。

? 三、核電廠乏池補水計算方法

乏池由于蒸發引起液位下降，需執行對乏池進行補水操作。重新補充的SED水會使乏池硼濃度有一定的下降，根據補水前乏池的硼濃度CB0、乏池補水前后液位，利用乏池溶液中含有硼酸總量不變可以估算出補水完成后的硼濃度。

乏池液位初始液位標高為H1，初始取樣硼濃度CB0，執行乏池補水操作票，計劃補水到目標液位標高H2。由于乏池底部標高為7.5m，同時忽略循環回路中的硼水，進行計算：

CB0*（H1-7.5）*A=CB1*（H2-7.5）*A， A為乏池截面積乏池初始液位為H0=19.47m，初始硼濃度CB0=2232ppm，執行乏池補水操作票，目標液位H1=19.53m，由此進行估算。

由CB0*（H0-7.5）*A=CB1*（H1-7.5）*A，可得補水完成后的硼濃度CB1=2220.9ppm，經與補水后化學專業人員取樣測定的硼濃度為2223ppm，對比驗證說明該計算方法可信。

? 四、基于LabView仿真的核電廠乏池補水硼酸濃度控制程序設計：

? 1.設計思路?

根據上述計算方法，可將初始液位、初始硼濃度、目標液位作為輸入量，利用計算公式，計算出補水后的目標硼濃度，同時設定硼濃度低限，用于與目標硼濃度計算值比較，觸發報警燈用于提醒，考慮到硼濃度取樣地誤差，設置預報警燈（高于硼濃度低限50ppm）用于警示，若目標硼濃度計算值觸發預報警燈亮（紅色），則在乏池液位低，需要補水時，不能補充來自核島除鹽水系統（SED）的清水，而需要補充硼水。

利用LabVIEW軟件編程，在LabVIEW前面板中使用“液位計”控件，液位計量程和最高值參照乏池底部標高（7.5m）和最高水位（乏池滿溢液位19.65m）。設計乏池“初始液位”和“初始硼濃度”“目標液位設定值”“硼濃度低限設定值”“目標硼濃度計算值”輸入控件/顯示控件，設計繪制“小于低限報警”和“接近低限預報警”燈，用于進行預警和觸發報警提醒，避免補水引起硼濃度超限。程序設計使用“while”循環，當點擊退出程序時，即可退出循環程序。結合補水后乏燃料水池硼濃度計算方法，在LabVIEW中設計出程序框圖，如圖1所示：

在LabVIEW前面板工具欄中將設計的程序轉換成名為“核電廠乏燃料水池補水硼濃度計算程序”的exe格式應用程序，并進行安裝。當需要對乏池補水時，運行該程序，通過輸入初始液位、初始硼濃度、目標液位以及設定硼濃度低限，就可以計算出補水到目標液位后的目標硼濃度值，并對目標硼濃度與設定的硼濃度低限進行報警和預報預警判斷提醒，如圖2所示。

? 2.使用方法：

登錄“核電廠乏燃料水池補水硼濃度計算程序”界面后，按以下步驟執行：

①對界面中數據初始化，填寫乏池初始液位和初始硼濃度；

②填寫目標液位設定值和硼濃度低限設定值；

③運行仿真程序，計算出目標硼濃度計算值；

④確認“小于低限報警”和“接近低限預報警”燈狀態情況，若燈均為綠色，則可以根據目標液位設定值對乏池進行補水。

對于出現預報警的情況，可以采取減少補水目標液位，提升補水后的目標硼濃度，對于出現小于低限報警的情況，則需考慮采用硼酸箱（如換料水箱、硼酸溶液貯存箱）來的硼酸水對乏池進行補水提升液位。

綜上所述，通過LabVIEW編程設計出“核電廠乏燃料水池補水硼濃度計算程序”可以提前對乏池補水的硼濃度進行計算，提高了乏池補水硼濃度計算的工作效率，可有效避免人因失誤，用于指導乏池的補水工作，以避免補水失誤引起乏池硼濃度超低限，導致運行事件的發生。

參考文獻：

[1]臧希年.核電廠系統及設備[M].北京：清華大學出版社，2010.

[2]嚴雨，夏寧.LabVIEW入門與實戰開發100例[M].北京：電子工業出版社，2017.

（作者單位：衡陽市第八中學）