秦山第二核电厂硼和水补给系统制硼方案的研究与改进

□王绪懿 程嘉林 刘 通

一、秦二厂制硼操作在运行过程中遇到的问题分析

反应堆硼和水补给系统(简称REA系统)制硼操作是核电厂为补偿正常运行或大修时各种操作时损失的硼酸正常损失，或在事故、暂态及大修意外跑水等情况下满足补水需要，进行的一项硼水配比操作，需要满足技术规范的要求。

(一)目前制硼操作时间较长。这里按照典型操作票C8REA002规程4%硼浓度现场执行情况加以说明，按照以上制硼操作简要步骤，2名熟练现操REA系统在线及执行准备所需时间T1正常为15min，充水时间T2正常为15min(依据进水阀门开度有所不同)，加热到35℃所需时间T3为2.5h，传硼及恢复在线时间T4为30min左右。总共T1+T2+T3+T4大约在3.5～4h左右，操作效率不高，由于加热器设计的问题，大部分时间都在等待烧水，一轮班8小时最多执行2次操作。

(二)设备安全裕量减少。按照扩建机组长燃料循环技术论证结果，安注系统(RIS)硼注入箱及缓冲硼酸箱的硼浓度由12,000～14,000ppm提高到15,000～17,000ppm，硼酸溶解度温度定值对应提高2℃，在用制硼箱制配该浓度时原操作票对应的加热器功率需要提高或加热时间需要增加，设备运行安全裕量减小。

(三)硼酸需求量增加。按照扩建机组长燃料循环技术论证结果，实施提高换料燃料富集度管理策略后，在各种运行工况下，因反应堆冷却剂中的硼浓度有所提高，设计院对硼酸贮存箱的容量和液位定值进行了修正如下：高液位定值保持8.12m不变，低3液位定值0.47m不变，低1定值由5.14m修改为4.65m，低2定值由4.8m修改为4.31m。

设计院给出的方案是在不改变硼酸贮存箱的容积情况下降低其液位定值，以防在长燃料循环下硼酸的使用量超出原设计值而不满足运行技术规范要求。相对于扩建机组，秦二厂1、2号机组则采用通过技改提高了硼酸贮存罐的液位定值的方法，使得其硼酸贮存量的余量得到保证，低液位定值由原来的5.14m调整到5.77m，低2液位由4.8m调整到5.43m，这种方案的优点是硼酸有足够的余量，但是需要提高相应的保持液位，在正常运行使用硼酸情况下，使得由于低液位产生I0的可能性增加，导致间断补硼的操作次数要增加，同时到高报的余量也减小。

以上方案是在修改相关定值而没有增加制硼量，由于长燃料循环的需要硼酸需求增量是增加的，这就要求制硼量有所增加；大修期间由于制硼的时间紧迫，有可能使REA系统的硼贮存罐由于其液位不满足技术规范的要求，从而延误大修进程，影响机组运行的经济性。

(四)制硼系统没有冗余设置。大修期间由于一回路及相关系统的充排水及寿期末的除硼等因素的硼损失，在使用完TEP硼回收贮存槽的硼酸时，需要及时制硼以使REA00304BA及PTR001BA满足技术规范的液位要求，按照以往大修的经验，每次大修需制硼含量为7,000ppm的硼酸10～11次左右，对应所消耗的硼酸量27m3，由于制硼系统设计的原因，没有采取冗余设置，任何与制硼相关设备一旦出现故障，在总体机组追求负荷因子缩减大修时间的条件下，有可能延误大修时间，造成经济损失。

二、制硼方案的研究及改进

基于以上存在的问题及潜在的风险，尽可能多地考虑到了运行方面对于制硼系统的设计改进满足实际需要，结合二厂实际，给出适用于二厂扩建机组的制硼优化方案。

(一)方案说明。

第一，这种方案是在8REA005BA之前增加一个热水箱、加热器及热水泵；考虑到现场NB685房间的存放空间、人力消耗、容器重量及辅助吊车的有效吊运标高等限制条件，将热水箱的有效容积设为6m3，即热水箱的有效容积为8REA005BA的两倍左右，这样在制硼操作时可以保证连续加热冷水并连续提供给8REA005BA制硼，使得8REA005BA在制硼时将加热水源的时间完全节省掉。第二，加热器的限制条件必须满足将热水箱一半有效体积即3m3的水在制硼时间的T1+T4(制硼在线准备时间+制硼传输及恢复在线时间)约45min内温度从0℃(冬季大修极限状态)提升到35℃以上，以保证制硼的连续进行。为保证足够的加热裕量，建议加热器的选型应该使其在45min内提高到40℃，因为这里忽略了热水罐的自然辐射散热及热水传输管道的散热。按照以上条件，加热功率Q=CmΔTV/T2其中水的比容Cm=4.2KJ/Kg℃，加热温差ΔT=40～0(℃)=40℃，加热时间T2=45min，单位换算后计算得Q=186.7KW，按照加热器的选型标准，考虑热水箱底部尽量平行安装，且单个电加热器的功率不宜太大，否则造成线缆及控制箱及接线端选择出现困难，选择4*50KW或5*40KW可以满足要求。第三，热水箱的温度设定也可参照8REA005BA设定，可以考虑将温度定值低1设定为35℃，低于此温度禁止向8REA005BA传水；高1设定为40℃左右，在8REA003-007RS可用状态下向8REA005BA传水；设定高2定值为50℃左右，在8REA003-007RS不可用状态下直接加热到此定值温度以加速溶解硼酸，同时也满足制备16,000ppm(结晶温度44℃左右)的要求。

(二)方案的优点。第一，在原制硼设备基础上，增加一套水源加热的冗余设置。在原制硼设备出现故障时，可以直接将热水罐内的水直接传到8REA005BA内，在40℃下加速将硼酸溶解完成制硼操作；第二，正常制硼时间将缩短到1h以内；第三，参照辽宁红沿河第一次给PTR001BA及乏池制硼的临时设备选型参数，以上热水箱容量及加热器功率可以适当修改使与其吻合，在新建核电厂为PTR001BA及乏池制硼时的临时制硼设备就直接设定为热水箱各个设备的规格，在完成第一次的PTR001BA及乏池制硼后将设备直接移装到8REA005BA前面作为热水箱使用，节省设备成本。

三、结语

本文的硼和水补给系统的制硼改进方案是在秦山第二核电厂正常运行且不影响原系统设计功能的基础上，结合目前实施的长燃料循环、提高换料燃料富集度管理策略及更好地适应运行人员制硼操作的需要，可以很好地解决REA系统由于核电厂以上的工况变化后出现的各种潜在问题和风险，同时此项改进增加的设置也对原系统起到了冗余设置作用；另外，以上方案也可用于新建核电厂的第一次给PTR001BA及乏燃料水池的制硼工作方案的应用，并不断修改和完善，将进一步缩短制硼周期，提高经济效益。