核电厂大修浓硼酸使用应对方式优化

摘 要：核电厂大修时浓硼酸的使用不仅关系到运行技术规范的要求，也关系到能否顺利换料，合理优化浓硼酸的使用应对方式，既可以确保满足技术规范的要求，也可以保证大修顺利进行，避免大修工期延误。

关键词：浓硼酸；使用；优化

核电厂大修时，为保证反应堆有足够的次临界深度，需要将一回路冷却剂的硼浓度提升到2300-2500ppm。大修下行时需要对一回路持续硼化至2300-2500ppm，硼酸使用量巨大，同时为了保证剩余的硼酸储量满足技术规范的要求，又需要尽量节约硼酸的使用，为同时满足大修进度的要求和技术规范的要求，浓硼酸使用应对方式就显得尤为重要，如果浓硼酸使用时控制不好，将直接制约大修时机组的下行，造成大修工前的延误，甚至会违反运行技术规范，造成运行事件。本文主要探讨核电厂大修期间浓硼酸使用情况和应对方式优化。

一、浓硼酸的来源

对于M310核电机组，每个机组单独配置一个浓硼酸储存箱，两个机组配置一个公用的浓硼酸储存箱，大修时公用浓硼酸储存箱归大修机组使用。三个浓硼酸储存箱可用容积均为81m3。对于单个机组大修，可用的浓硼酸为两个浓硼酸储存箱。三个浓硼酸储存箱均可以通过硼回收系统9TEP007BA或硼酸配料箱9REA005BA进行浓硼酸的配置。9TEP007BA单次向浓硼酸储存箱配置的浓硼酸量为5m3，9REA005BA单次向浓硼酸储存箱配置的浓硼酸量为3m3。

二、大修时浓硼酸的使用分析

大修换料需要在换料停堆模式执行，运行技术规范要求一回路冷却剂硼浓度为2300-2500ppm（平均值为2400ppm，后文均以2400ppm作为计算标准）。为了保证反应堆安全，运行技术规范还要求：单个硼酸储存箱的硼酸储量大于48.2m3，或者加上公用硼酸储存箱的硼酸储量大于50.6m3。为了满足技术规范的要求，可供使用的浓硼酸总量为162-50.6=111.4 m3。

在设计上，冷态时反应堆一回路冷却剂水装量为199 m3，大修下行时需要将一回路从接近0ppm硼化至2400ppm，假设浓硼酸储存箱的硼酸浓度为7000ppm，硼化所需要的硼酸量V=199ln[（7000-0）/（7000-2400）]=83.6m3。在反应堆下行过程中，一回路冷却剂温度将会从291℃降温至40℃，随着温度的下降，一回路冷却剂将收缩，为了维持一回路的水装量，需要补充硼酸补偿一回路冷却剂的收缩。291℃时，水的密度为073t/m3，40℃时，水的密度为0.99t/m3，通过公式V=m/ρ，可以计算出补偿一回路冷却剂收缩需要2400ppm的硼酸约为716 m3，折算成7000ppm的硼酸约为24.6 m3。

除上述的硼化和补偿收缩需要硼酸以外，在一回路燃料不破损的情况下，在反应堆热停时还需要投入TEP除气塔和9TEP006DE除盐床对一回路冷却剂进行进化，这也需要硼酸的消耗。TEP除气塔头箱中几乎为清水，为了防止TEP除气塔投入后引起一回路误稀释，需要将TEP除气塔头箱硼化到与一回路硼浓度一致，假设TEP除气塔头箱已排水至最低，内部仅10 m3冷却剂，则硼化到2400ppm需要的7000ppm浓硼酸量约为3.4 m3。如果头箱中的清水更多，将消耗更多的浓硼酸。9TEP006DE硼酸吸收量可通过以下方式估算：

9TEP006DE除盐床中树脂总体积为1500L，阴树脂的交换容量≥1.2eq/L，取1.2eq/L。由于物理吸附作用，每个交换点可以同2～3个硼酸分子结合一起，计算取3。因此，9TEP006DE能吸附的硼（B）量约为：1.2*1500*11*3=594000g=59.4Kg，折合成7000ppm的浓硼酸，体积约为8.5m3。这是理论计算结果。9TEP006DE除盐床投入后，随着一回路硼浓度的提高，除盐床出口硼浓度为达到平衡，还会继续消耗硼酸。

通过以上理论计算可知，消耗的硼酸量约为120.1m3，已超出可供使用的浓硼酸总量。

三、浓硼酸使用应对方式的优化

通过以上分析，浓硼酸使用应对方式可以从来源和使用控制两个方面进行优化。

（1）提高浓硼酸储存箱中浓硼酸的硼浓度，如果将浓硼酸的硼浓度提高至7700ppm，则消耗的硼酸量为109 m3，当然，为了满足技术规范中对浓硼酸的硼浓度不超7700ppm的要求，浓硼酸的硼浓度可以控制在7500ppm左右。

（2）大修开始前将两个浓硼酸储存箱尽量制硼至接近高液位，并且在9TEP007BA和9REA005BA提前配置好合格的浓硼酸，在浓硼酸的硼浓度具备条件时及时补充，以浓硼酸的消耗。

（3）利用一回路冷却的有利时机，通过补偿冷却剂收缩实现一回路硼浓度的提高，达到节省浓硼酸使用量的目的。冷却剂收缩时完全使用7000ppm的浓硼酸将使一回路硼化到1850ppm以上，这将大大节省浓硼酸用量。

（4）合理控制TEP除气塔头箱的液位，在实现除气塔可以连续运行的前提下减少为了提高TEP除气塔头箱硼浓度所消耗的硼酸。

（5）将9TEP006DE除盐床硼饱和提前至大修前执行，并且在一回路硼浓度尽量高时执行，9TEP006DE除盐床在硼饱和后投入运行仍将吸收硼酸，但吸收量已經大大降低，浓硼酸消耗量也会相应降低。

某电厂通过以上方式的优化，在将一回路硼化到2450ppm后，硼酸储存箱中剩余硼酸总量仍有58 m3，即满足了技术规范的需要，也保证了大修的顺利进行。

参考文献：

[1]FQX-REA-SDM-001 REA反应堆硼和水补给系统手册.版本：000，2016-09.

[2]FQX-TEP-SDM-001 TEP硼回收系统手册.版本：000，2016-09.

作者简介：丁强（1986-），男，安徽宣城人，本科，工程师，从事核电厂运行工作。