在线硼浓度计在压水堆核电站中的应用

第３５卷２０１５年第２期　２月　核电子学与探测技术　Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ＆Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖ０１．３５　Ｎｏ．２　Ｆｅｂ．　２０１５　在线硼浓度计在压水堆核电站中的应用　饶仲群　（海南核电有限公司，海南省昌江县５７２７３３）　摘要：国内压水堆核电站在线硼浓度计使用方法有中子吸收法、滴定法和密度法等。文章介绍了　在线硼浓度计的测量原理，及其相应的在线监测硼浓度分析仪在国内压水堆核电站实际应用和维护情　况，并分析比较了这几类硼浓度计的优缺点。为核电站在线硼浓度计的选型、使用、检修、维护以及提高　在线仪表的可用率提供参考。　关键词：核电站；硼浓度计；在线监测；应用　中图分类号：ＴＬ　８　文献标志码：Ａ　文章编号：０２５８－０９３４（２０１５）０２－０１８５－０３　硼具有较好的中子吸收性，其化合物硼酸　是一种最常用的可溶性中子毒物，溶解于压水　堆的一回路冷却剂中，用以控制和调节反应堆　的反应性…。在核电厂一些重要系统中设置　在线监测仪表，以实现对硼浓度的实时监测，为　反应堆操纵人员提供实时监测的数据，保证机　组的安全稳定运行。目前，国内压水堆核电厂　在线监测硼浓度最常用的方法是中子吸收　法［２】。随着技术的进步，一些新的在线监测技　出相应的加Ｂ的浓度，由于　。Ｂ在自然界中的丰　度是稳定的，约占１９．８％，通过测量　Ｂ的量即　可得到相应硼酸浓度。　中子源硼浓度计由中子源、传感器和信息　处理装置三部分组成。其中，中子源产生稳定　的中子流，常用的中子源为Ａｍ—Ｂｅ或Ｐｕ—Ｂｅ　中子源；传感器用于探测中子通量，并将探测到　的信号以矩形脉冲形式发送信息处理装置；信　息处理装置是一个微处理机系统，将接收到的　术应用到核电厂的硼浓度监测中。文章将介绍　不同在线硼浓度监测仪表监测原理，并对相关　在线硼浓度计在核电站中的应用和运行与维护　情况进行分析评价。　信息处理成硼含量的信息，并将该信息以４—　２０　ｍＡ模拟信号远传至主控室。　１．２滴定法　滴定法硼浓度计的监测采用电位滴定原　理，在硼酸溶液中加入甘露醇后，用标准碱溶液　１监测原理　１．１中子吸收法　由于硼的同位素　Ｂ对中子具有良好的吸　直接进行滴定，检测滴定终点所对应的浓度为　硼酸浓度。该方法与实验室中离线分析硼酸含　量的方法原理一致。在线滴定硼浓度分析仪由　收性，当一束中子流通过硼溶液时，一部分中子　被加Ｂ吸收，未被吸收的部分被中子探测器记　进样管路和试剂部件、滴定反应部件和过程控　制ＰＣ部件三部份组成，分别执行样品准备、化　液滴定至等终点时，由ＰＣ部件根据取样体积，　录。通过测量吸收前后中子通量的比值就可求　学反应计量和控制计算的功能。当用标准碱溶　收稿日期：２０１４—１１—１９　标准碱液的浓度以及所消耗标准碱溶液的体　作者简介：饶仲群（１９６９一），女，四川彭山县人，高级　积，自动计算出样品中硼酸浓度，就地显示在仪　工程师，从事核电站设备采购与管理工作。　表盘上，并将信号远传至主控室。　１８５　１．３密度法　最广泛，所有核电厂都使用了中子源硼浓度计　对于某一种组份单一的溶液而言，在一定　的范围内，其浓度与密度成线性对应关系。由　于在核电厂一些系统中硼酸溶液的组成满足相　对单一的条件，所以可以通过监测溶液的密度，　并与已知标准样品相比较，测得硼酸浓度。　在线监测硼酸溶液的密度一般采用音叉技　术，因不同密度的硼酸溶液中在音叉上产生的　作在线监测；而田湾核电厂的在线硼浓度计不　仅数量较多，而且种类也较多。表２中列出了　田湾核电厂在线硼浓度分析仪的性能参数。　表１在线硼浓度计在国内核电厂的使用情况　共振频率是不同的，通过监测音叉的共振频率，　可以间接确定溶液中的硼酸浓度。　２应用情况　国内压水堆核电厂所用的在线硼表情况见　表１。从表１中可知：中子源硼浓度计的应用　表２几种在线硼浓度分析仪的性能参数　３运行与维护　３．１中子源硼浓度计　３．２滴定法硼浓度计　仪表在常温常压下工作，所取样品须经过　中子源硼浓度计在监测过程中不会改变被　测样品的性质，不产生二次废液。由于中子源　硼浓度计直接监测的是溶液中的加Ｂ的含量，　随着燃耗的加深，一部分ｍＢ因吸收中子生成　’Ｌｉ和　Ｈｅ而被消耗掉，其丰度会逐渐降低，而化　学分析的是全部硼含量，这就造成了用中子源　硼浓度计测出的硼含量会比化学分析得到的硼　浓度偏低的结果。　为了保证中子源硼浓度计的测量准确度，　减压、降温、限流处理，再由仪表自动取样程序　控制完成取样过程。滴定法是采用标准碱溶液　直接滴定检测硼酸浓度，但在核电厂的实际运　行时，为减少对设备的腐蚀，在一回路冷却剂中　需要加入一定的碱性物质，将冷却剂ｐＨ调整　到中性甚至弱酸性，这实际上已经中和了一部　分硼酸，在滴定中应考虑这部分硼酸的含量，否　则会造成测得的硼酸浓度比实际浓度偏低，所　以在用滴定分析硼浓度时，需要先将样品的ｐＨ　调整至５．４左右，再用标准碱溶液进行滴定至　终点　引。　在仪表的使用过程中，可以根据实际工况　的监测需要调整对样品的分析频率，待测样品　中硼酸浓度变化大时，可增加分析频度；当硼酸　需要对其进行定期试验和维护，以保证硼浓度　和中子计数率的对应关系。定期试验和维护工　作一般安排在机组大修期间或不影响监测任务　前提下的任一时间进行。仪表所用中子源的活　度较大（一般其强度可达到３居里），而中子具　有很强的穿透性，在使用和维护过程中需要采　取屏蔽措施，以保证工作人员的安全。另外，在　仪表附近的进行其他设备检修活动时，也应采　取相应的屏蔽措施，特殊情况下也可能采取先　变化较小时，可延长分析间隔。分析频率的调　整，利于减少仪表维护工作量和试剂使用量，同　时减少了废液的产生量。　标准碱溶液在使用过程中，易受空气中二　氧化碳的影响，溶液浓度变小或者变质，导致分　拆除仪表中子源来减少附近设备检修人员受　照，待检修工作完成后再回装中子源。中子源　拆、装前，需要对操作人员进行特殊培训并制定　相应的应急预案。　１８６　析结果异常，因此试剂存放时一定要密封，试剂　使用一段时间后，应根据仪表分析数据与实验　室离线分析值进行比对，判断仪表分析值是否　超过允许误差，对所使用的标准碱溶液进行重　新标定。试剂不宜贮存太久，最好新鲜配制后，　及时使用，以保证分析结果的准确性。　使用滴定法硼浓度计在线监测硼浓度过程　中，应根据样品浓度的变化，适时更换不同浓度　的标准碱溶液，以获得仪表的最佳工作状态。　例如：在机组冷停堆　热态＿÷临界　机组并网　期间硼稀释过程中，或者从满功率运行＿＋解列　－＋冷停堆过程中，反应堆一回路冷却剂中硼浓　度变化很大，而且变化时间较短。仪表维护人　员需要积极跟踪机组状态，及时更换标准碱溶　液。同时，需要加大分析频率，满足硼浓度的监　测分析要求。在此期间，由于系统介质的压力　和浓度等变化也相对较大，仪表工作的稳定性　受到影响，仪表故障率可能会增加。机组在事　故状态下发生安注或者应急注硼时，一回路中　冷却剂中硼浓度急剧升高，如果仪表维护人员　未能及时对硼浓度计进行调整，则会出现分析　错误信息甚至可能死机的情况。　硼浓度计使用复合ｐＨ电极，电极在使用　过程中易受到样水中杂质干扰，产生老化现象，　使得检测性能下降，测量结果产生偏差，需要对　电极进行定期维护和标定。每次大修中也必须　对仪表进行全面检查。　仪表分析过程中将产生一定量的废液，这　些废液中因加入了甘露醇、标准碱液等化学物　质而不能回收利用，将增加废物处理系统的负　担。而且，由于采用滴定法监测硼浓度时，需要　将待测样品从系统中引出，为保证所取样品的　实时性和真实性，样品需要保持一定的流量，在　计算回路泄漏率时应考虑此部分损失。　３．３密度法硼浓度计　密度法硼浓度计是一个全焊接传感器，采　用法兰水平地安装在管道或容器中，结构简单，　操作方便，仪表在监测工作过程中，不会造成样　品的损失，也不引入其它杂质。在该仪表投用　前需要用已知浓度的硼酸进行标定，在使用过　程中还需要对系统中的硼酸溶液进行定期取　样，并将实验室分析结果与仪表所显示值进行　比较，以校验仪表。　密度法硼浓度计监测法属于相对监测法，　容易受被测液体的密度变化的影响，要求被测　样品成分单一、均匀、稳定。被测样品内杂质成　分的干扰、样品温度、样品粘度、监测的液体之　内存在气体或气泡、和系统的扰动都可能造成　分析结果不准确。在低浓度范围内，硼酸溶液　的密度受其浓度的影响较小，所测得结果的误　差也较大。　如果出现杂质或样品结晶物沉积到传感器　上面而造成监测误差，可以对传感器进行探头　部分进行清洗，以消除这些干扰。在清洗过程　中，要尽量避免引入清水或其它化学物质，以免　引起监测误差　Ｊ。　４结论　上述在线硼浓度计的监测原理、监测方式　以及监测的结果各不相同：（１）中子源硼浓度　计具有监测硼酸浓度变化范围大，但测量精度　不高的特点，故障率低但维修难度较大；（２）滴　定法硼浓度计的监测精度高，完全满足机组在　正常运行期间各种工况下的硼浓度测定，但在　运行过程中要产生一定量的放射性废液，需要　更换试剂，标定周期短，日常维护量相对较大；　（３）密度法硼浓度计结构简单，操作方便，适合　于对成分单一、且浓度和温度变化不大的硼酸　溶液的在线监测，但受样品系统影响较大，需要　根据手动分析结果修正测量值。在仪表选用过　程中，需要根据仪表不同的特点及样品介质监　测系统的需要来选用合适的硼浓度计，实现对　硼的最佳在线监测。　参考文献：　［１］陈济东主编．大亚湾核电站系统及运行［Ｍ］．原子　能出版社，北京，１９９４：３８３—３８４．　［２］卢才华，饶贤民，庄昀，等．压水堆核电站一回路硼　浓度监测［Ｊ］．核电子学与探测技术，２００４，２４（３）：　２６２—２６４．　［３］饶仲群．在线滴定硼浓度在线分析仪在核电厂的应　用［Ｊ］．自动化与仪器仪表，２０１５，１８３（１）：１０８一　ｌ１２．　［４］蔡云达．密度式硼浓度仪清洁及标定装置［Ｐ］．中　国专利：ＣＮ２０１３３１９３２，２００９—１０—２１．　（下转第１９２页，Ｃｏｎｔｉｎｕｅｄ　ｏｎ　ｐａｇｅ　１９２）　ｌ８７　Ｃａｒｌｏ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｆｏｒ　ＮａＩ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ＷＡＮＧ　Ｒｅｎ—ｂｏ　。ＹＡＮＧ　Ｋｕｉ　，　（１．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆＮｕｃｌｅａｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ　ｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，　Ｅａｓｔ　Ｃｈｉｎａ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ　３３００１３，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｅａｓｔ　Ｃｈｉｎａ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｆｕｚｈｏｕ　４４ＯＯＯ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＮａＩ　ｄｅｔｅｃｔｏｒ　ｈａｓ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｅｎｅｒｇｙ　ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ　ｔｏ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｇａｍｍａ　ｒａｙｓ，Ｔｏ　ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ　ｍｅａｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ｄｏｓｅ　ｏｆ　ｇ￣ｍｍａ　ｒａｄｉａｔｉｏｎ，ｅｎｅｒｇｙ　ｅｓｐｏｎｒｓｅ　ｏｆ　ＮａＩ　ｄｅｔｃｔｅｏｒ　ｎｅｅｄｓ　ｔｏ　ｂｅ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｕｔｉｌｉｚｅｓ　ｔｈｅ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｏｆ　ＭＣＮＰ　ｔｏ　ｓｉｍｕｌａｔｅ　ｔｈｅ　ＮａＩ　ｃｒｙｓｔａｌ　８（ｓｉｚｅ：￣３０　ｎ吼×２０　ｍｍ）ｅｎｅｒｇｙ　ｅｓｐｒｏｎｓｅｓ　ｕｎｄｅｒ　ｌｅａｄ　ｓｈｉｅｌｄ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｓｈａｐｅｓ　ａｎｄ　ｓｉｚｅｓ．Ｂｙ　ｃｏｍｐａｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｔａｎｄａｒｄ　ｄｅｖｉａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｌｅａｄ　ｍｏｄｅｌｓ，ｗｅ　ｓｅｌｅｃｔ　ｔｈｅ　ｌｅａｄ　ｓｈｉｅｌｄ　ｗｉｔｌｌ　ｈｅ　ｔｉｆｔｔｓｔｅ　ｈａｐｅ　ｓａｎｄ　ｓｉｚｅ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｈｅ　ｔｅｓｕｌｒｔ　ｏｆｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，Ｎａｌ　ｄｅｔｅｃｔｏｒ　ｈａｓ　ｂｅｓ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