一种核电厂长期静置水箱水质管理的方法与流程

1.本发明属于核技术领域，具体涉及一种核电厂长期静置水箱水质管理的方法。


背景技术：

2.华龙一号是我国自主研发的三代核电机组，该堆型采用了“能动与非能动相结合”的安全系统，其中，非能动安全壳热量导出系统(pcs)和二次侧非能动余热排出系统(prs)都是非能动换热系统，如图6所示，pcs和prs两者共用一个换热水箱，prs的换热器浸泡在pcs的换热水箱中，pcs的换热水箱的水也是pcs的换热器的冷源介质。由于pcs和prs都是用于应对超设计基准事故的措施，在正常工况下，两者长期处于备用状态，换热水箱在系统备用期间基本处于静置状态，这不仅会导致在水箱中滋生微生物，还会导致换热水箱中的设备和管道结垢腐蚀，造成设备换热能力下降或失效。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的以上不足，提供一种核电厂长期静置水箱水质管理的方法，通过研究长期静置水箱水质的变化趋势，为长期静置水箱水质的管理提供依据，从而减少或避免长期静置水箱中设备和管道的腐蚀，以及控制微生物滋生。
4.本发明解决上述技术问题的技术方案是：
5.本发明提供一种核电厂长期静置水箱水质管理的方法，
6.一种核电厂长期静置水箱水质管理的方法，包括：
7.s1，确定影响水质变化的关键参数；
8.s2，根据关键参数，进行实验，以分析得到水质变化趋势；
9.s3，根据水质变化趋势，确定核电厂长期静置水箱中水质的管理策略，以保证水质符合关键参数的目标值。
10.优选的是，所述关键参数包括核电厂长期静置水箱的水中的氯离子、氟离子、硫酸盐、钠离子的含量，以及电导率、ph、浊度；
11.所述根据关键参数进行实验，包括以下步骤：
12.s201，根据核电厂长期静置水箱，构建一组模拟水箱，其中，一部分模拟水箱为实验水箱，另一部分模拟水箱为对比实验水箱；
13.s202，将实验水箱和对比实验水箱均置于与核电厂长期静置水箱所处环境相同的环境中，在两者中分别充入等量的核电厂除盐水，并在对比实验水箱中分别加入药品，使各个对比实验水箱中的水的ph值呈梯度分布，且ph值处于5至12之间，以形成初始水质；
14.s203，每隔一段时间，从各个实验水箱和对比实验水箱中分别取等量的水样，并检测各个水样中的氯离子、氟离子、硫酸盐、钠离子的含量，以及电导率、ph、浊度，得到实验数据记录；
15.s204，根据实验数据记录，分析各个实验水箱和对比实验水箱中的水质变化趋势。
16.优选的是，所述步骤s202中加入的药品为双氧水或磷酸三钠晶体。
17.优选的是，所述对比实验水箱为三个，分别记为2#对比实验水箱、3#对比实验水箱、以及4#对比实验水箱，其中：
18.在对比实验水箱中分别加入药品，以使各个对比实验水箱中的水的ph值呈梯度分布，且ph值处于5至12之间，具体包括：
19.在2#对比实验水箱中加入双氧水，直至2#对比实验水箱中的水的ph值为5；
20.在3#对比实验水箱中加入双氧水，直至3#对比实验水箱中的水的ph值为5.5；
21.在4#对比实验水箱中加入磷酸三钠晶体，直至4#对比实验水箱中的水的ph值为11.3。
22.优选的是，所述关键参数还包括微生物含量；所述步骤s203还包括：检测各个水样中的微生物含量。
23.优选的是，所述步骤s203中取水样、以及检测水样中微生物含量的频率为一周至一个月。
24.优选的是，每个模拟水箱包括水箱本体和水封装置，所述水封装置的一端与所述水箱本体相连通，其另一端与外界环境相连通，所述从各个实验水箱和对比实验水箱中分别取等量的水样包括：从各个实验水箱的水箱本体中取样和从各个实验水箱的水封装置中取样，以及，从各个对比实验水箱的水箱本体中取样和从各个对比实验水箱的水封装置中取样。
25.优选的是，所述步骤s4中，根据水质变化趋势，确定核电厂长期静置水箱中水质的管理策略，包括以下步骤：
26.s401，根据对核电厂长期静置水箱水质的要求，确定每个关键参数的目标值；
27.s402，将各个关键参数在实验数据记录中的实验数值与其目标值进行对比：
28.当任一关键参数的实验数值小于等于该关键参数的目标值时，则确定该关键参数达标，当任一关键参数的实验数值大于目标值时，则确定该关键参数不达标；
29.s403，根据对比结果，制定水质调整方案。
30.优选的是，所述s403具体包括：
31.根据对比结果分析各个关键参数对水质的影响程度，给出药品添加建议和环境条件控制建议，以形成所述水质调整方案。
32.优选的是，当确定所有的实验水箱和所有的对比实验水箱中的各个关键参数在实验周期结束之前全部都不达标时，本方法还包括：
33.调整实验水箱和对比实验水箱中各自的初始水质的ph值，并重新执行步骤s202-s204。
34.本发明的核电厂长期静置水箱水质管理的方法，通过构建模拟水箱模拟核电厂长期静置水箱中水质的变化情况，从而为长期静置水箱水质的管理提供依据，从而减少或避免长期静置水箱中设备和管道的腐蚀，以及控制微生物滋生，进而减少对与该核电厂长期静置水箱中的水接触的不锈钢设备的腐蚀，保证使用该核电厂长期静置水箱的水作为冷源的换热设备的换热效率。
附图说明
35.图1为本发明实施例中核电厂长期静置水箱水质管理的方法的流程图；
36.图2为本发明实施例1中的实验数据记录表；
37.图3为本发明实施例1中氯离子含量变化趋势图；
38.图4为本发明实施例2中的实验数据记录表；
39.图5为本发明实施例2中氯离子含量变化趋势图；
40.图6为现有技术中的非能动安全壳热量导出系统和二次侧非能动余热排出系统的结构示意图。
具体实施方式
41.为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
42.实施例1
43.如图1所示，本实施例公开一种核电厂长期静置水箱水质管理的方法，其包括：
44.s1，确定影响水质变化的关键参数；
45.s2，根据关键参数，进行实验，以分析得到水质变化趋势；
46.s3，根据水质变化趋势，确定核电厂长期静置水箱中水质的管理策略，以保证水质符合关键参数的目标值。
47.具体来说，对于核电厂长期静置水箱，其水质恶化情况主要取决于以下因素：环境条件(包括空气含盐量、湿度等)；水箱与环境接触的表面积；水箱水装量；水质管理方案。
48.在一些实施方式中，本方法中的关键参数可以包括水箱内的水中的氯离子、氟离子、硫酸盐、钠离子的含量，以及电导率、ph、浊度等等，当然，也可以是上述关键参数中的一部分，即关键参数也可以是氯离子含量、氟离子含量、硫酸盐含量、钠离子含量、电导率、ph、浊度中一种或多种的组合。
49.本方法中的根据关键参数进行实验，包括以下步骤：
50.s201，根据核电厂长期静置水箱的结构和规格，构建一组模拟水箱，其中，一部分模拟水箱为实验水箱，另一部分模拟水箱为对比实验水箱；
51.s202，将实验水箱和对比实验水箱均置于核电厂长期静置水箱所处真实环境中或者与核电厂长期静置水箱所处真实环境相同或相似的环境中，在两者中分别充入等量的核电厂除盐水，并在对比实验水箱中分别加入药品，使各个对比实验水箱中的水的ph值呈梯度分布，且ph值处于5至12之间，以形成初始水质；
52.s203，每隔一段时间，从各个实验水箱和对比实验水箱中分别取等量的水样，并检测各个水样中的氯离子、氟离子、硫酸盐的含量，以及电导率、ph、浊度，得到实验数据记录；
53.s204，根据实验数据记录，分析各个实验水箱和对比实验水箱中的水质变化趋势。
54.本实施例中，核电厂长期静置水箱主要是指非能动安全壳热量导出系统(pcs)和二次侧非能动余热排除系统(prs)中的换热水箱，当然，也可以是核电厂内的长期处于静置状态的其他水箱，模拟水箱的结构与核电厂长期静置水箱的结构相同或相似。
55.在一些实施方式中，步骤s202中加入的药品可以为双氧水或者磷酸三钠晶体等酸性或碱性药品。
56.在一些实施方式中，实验水箱的数量优选为一个(也可以为多个)，对比实验水箱的数量为多个。通过设置对比实验水箱(2#、3#、以及4#)与实验水箱1#之间的对比，可以了解ph值对核电厂长期静置水箱水质的影响，建立ph值对核电厂长期静置水箱水质的影响的数据库，形成ph值从5至12的谱系，为管理核电厂长期静置水箱水质提供依据。
57.本实施例中，实验水箱的数量优选为一个，记为1#实验水箱，对比实验水箱的数量优选为三个，分别记为2#对比实验水箱、3#对比实验水箱、以及4#对比实验水箱，其中：在2#对比实验水箱中加入的双氧水，直至2#对比实验水箱中的双氧水含量为300ppm，此时，对应的水的ph值为5左右；在3#对比实验水箱中加入双氧水，直至3#对比实验水箱中的双氧水含量为70ppm，此时，对应的水的ph值为5.5左右；在4#对比实验水箱中加入磷酸三钠晶体，直至4#对比实验水箱中的磷酸根离子的含量为100-500ppm，此时，对应的水的ph值为11.3左右，更准确来说，ph值为11.2-11.5。
58.在一些实施方式中，本方法中的关键参数还可以包括微生物含量，步骤s203还可以包括：检测各个水样中的微生物(如藻类、细菌)含量。
59.在一些实施方式中，步骤s203中取水样、以及检测水样中微生物含量的频率优选为一周至一个月，具体可以根据实际情况进行调整。
60.在一些实施方式中，步骤s4中，根据水质变化趋势，确定核电厂长期静置水箱中水质的管理策略，包括以下步骤：
61.s401，根据对核电厂长期静置水箱水质的要求，确定每个关键参数的目标值；
62.其中，本实施例中核电厂长期静置水箱水质应满足表1所示要求，比如，钠离子不超过0.2mg/kg，氯离子不超过0.15mg/kg，氟离子不超过0.15mg/kg，硫酸根离子不超过0.15mg/kg。
63.表1核电厂长期静置水箱水质要求
[0064][0065]
s402，将各个关键参数在实验数据记录中的实验数值与其目标值进行对比：当关键参数的实验数值小于等于该关键参数的目标值时，则确定关键参数达标，当该关键参数的实验数值大于目标值时，则确定该关键参数不达标；
[0066]
s403，根据对比结果，制定水质管理方案。
[0067]
具体来说，步骤s403具体包括：根据对比结果分析各个关键参数对水质的影响程度，给出药品添加建议和环境条件控制建议，以形成所述水质调整方案，从而控制核电厂长期静置水箱中的水的上述不达标的关键参数达标。
[0068]
下面以一个实验水箱(1#)和三个对比实验水箱(2#、3#、以及4#)为例，对本方法的步骤s4进行详述，其中，检测频率为30天，每次检测的数据按图2所示的表格进行记录，氯离子含量的变化趋势如图3所示，其中，横坐标为检测时间(单位/天)，纵坐标为氯离子含量(单位/ppm，1ppm＝1mg/kg)。
[0069]
由图3可知，没有添加任何药品的1#实验水箱中的氯离子含量明显比添加了药品的2#对比实验水箱、3#对比实验水箱、以及4#对比实验水箱中的氯离子含量都增加的快，并且，1#实验水箱中的氯离子含量为0.25ppm左右(即0.25mg/kg左右)在实验进行到第八次检测时(第240天)已超过核电厂长期静置水箱水质要求中氯离子含量目标值(≤0.15mg/kg)，而2#对比实验水箱、3#对比实验水箱、以及4#对比实验水箱中的氯离子含量(均在0.1ppm以下,即0.1mg/kg以下)均满足核电厂长期静置水箱水质要求中氯离子含量目标值，也就是说，添加双氧水或磷酸三钠晶体可以有效抑制水中氯离子含量增加速度，并且，添加双氧水较多的3#对比实验水箱中的氯离子含量比添加双氧水较少的2#对比实验水箱中的氯离子含量要增加的慢，也就是说，双氧水浓度越高，抑制效果越好，此外，添加双氧水较多(300ppm)的3#对比实验水箱中的氯离子含量增加速度与添加磷酸三钠晶体的2#对比实验水箱中的氯离子含量增加的速度差不多，也就是说，添加磷酸三钠晶体与条件300ppm的双氧水的抑制效果差不多。因此，可通过在核电厂长期静置水箱的水中添加双氧水或三磷酸钠晶体等药品来抑制氯离子含量的增加速度。
[0070]
在一些实施方式中，当某个模拟水箱在预设的实验周期内(比如，12个月)的各个关键参数一直达标时，即实验结果达到预期，则可将该模拟水箱的实验条件作为依据来管理该核电厂长期静置水箱水质。
[0071]
在一些实施方式中，当确定所有的实验水箱和所有的对比实验水箱中的各个关键参数在实验周期结束之前均不达标时，则判断实验结果未达到预期，则所有的实验水箱和所有的对比实验水箱的实验条件均不利于管理该核电厂长期静置水箱水质以防止水质的恶化，此时，本方法还包括：
[0072]
调整实验水箱和对比实验水箱中各自的初始水质的ph值等实验条件，并重新执行步骤s202-s204。
[0073]
本实施例的核电厂长期静置水箱水质管理的方法，通过构建模拟水箱模拟核电厂长期静置水箱中水质的变化情况，从而为长期静置水箱水质的管理提供依据，通过控制水箱中与不锈钢腐蚀相关的离子含量和微生物滋生，进而减少对与该核电厂长期静置水箱中的水接触的不锈钢设备的腐蚀，保证使用该核电厂长期静置水箱的水作为冷源的换热设备的换热效率。
[0074]
实施例2
[0075]
本实施例公开一种核电厂长期静置水箱水质研究的方法，其与实施例1相比，区别在于：
[0076]
本实施例中的每个模拟水箱包括两个相互连通的部分，分别为水箱本体和水封装
置，水封装置的一端与水箱本体相连通，其另一端与外界环境相连通，即实验水箱和对比实验水箱两者的水箱本体分别通过各自对应的水封装置与外界环境相连通，每次检测从各个实验水箱和对比实验水箱取等量的水样包括：从各个实验水箱的水箱本体中取样和从各个实验水箱的水封装置中取样,以及，从各个对比实验水箱的水箱本体中取样和从各个对比实验水箱的水封装置中取样。
[0077]
本实施例中，水箱本体为立方体状，其水装量优选为1m3，其材质与核电厂长期静置水箱的材质一致，水箱本体上设有用于添加药品的加药口。水封装置可以采用立管，立管的上端敞口，以连通外界环境，立管的底端通过连接管与水箱本体相连通，以模拟核电厂长期静置水箱上的u型水封结构。立管优选为不锈钢管，立管与外界环境的接触面大小尽可能与实际情况接近，本实施例中，立管的直径可以为500-700mm，优选600mm。连接管与水箱或者立管的连通处设有pvc材质的挡板，挡板上设有一个或多个贯穿孔，以调节立管与水箱本体之间水流速度。
[0078]
下面以一个实验水箱(记为5#)和一个对比实验水箱(记为6#)为例，在5#实验水箱和6#对比实验水箱中分别充入等量的核电厂除盐水，此时，两者的水质参数如表2所示。开始实验，在6#对比实验水箱中加入双氧水(药品)，使6#对比实验水箱的水中的双氧水含量70ppm(此时，水的ph值变为5.5左右)，5#实验水箱不添加药品，每隔一段时间(如一个月或一个星期，具体根据前面的检测结果来调整后面的检测频率)，从5#实验水箱和6#对比实验水箱两者的水箱本体和立管中分别取样进行检测，连续检测13个月，每次检测的数据按图4所示的表格进行记录，对本实施例方法中的步骤s4进行详述。
[0079]
表2实验开始前的水质参数
[0080][0081]
由表2可知，5#实验水箱和6#对比实验水箱中的钠、氯、氟、硫酸根、以及电导率和浊度基本一致，即对比实验水箱5#和实验水箱的初始水质基本相同。
[0082]
以关键参数氯离子含量为例，图5为5#实验水箱和6#对比实验水箱两者的水箱本体/立管内的水中的关键参数氯离子含量的变化趋势图，其中横坐标为检测时间(单位/月)，纵坐标为氯离子含量(单位/ppb)。由图5可知：
[0083]
(1)同一检测时间的氯离子含量大小为：5#实验水箱的立管(简称5#立管)＞6#对
比实验水箱的立管(简称6#立管)＞6#对比实验水箱的水箱本体(简称5#水箱本体)＞5#实验水箱的水箱本体(简称5#水箱本体)，且无论各个立管和各个水箱本体中的水的氯离子含量变化趋势均为随时间增加而增加，分析其原因，主要在于：立管与外界大气环境连通，且空气(尤其是沿海地区)中氯含量较高，空气中的氯离子溶于水中导致立管内的水中的钠离子含量较高。立管内的水中的钠离子含量增加后从挡板上的贯穿孔扩散至水箱本体内，导致水箱本体内的水中的氯离子含量也增加，并且，水箱本体内的水中的氯离子含量远远小于其对应的立管内的水中的氯离子含量，也就是说，立管与水箱本体之间的挡板起到了良好的隔离作用，降低了空气中氯离子等各种离子对水箱本体内水质的影响。
[0084]
(2)6#水箱本体内的水中的氯离子含量大于5#水箱本体内的水中的氯离子含量，分析其原因，主要在于：由于在对6#对比实验水箱加药时需开启6#水箱本体上的加药口，导致6#水箱本体与外界环境中的空气直接接触，导致空气中的氯离子进入到6#水箱本体内从而造成6#水箱本体内的水中的氯离子含量增加。
[0085]
(3)在实验进行了13个月时，5#立管内的水中的氯离子含量已经超过目标值(150ppb)，且根据氯离子含量随时间的变化趋势，随时间增加氯离子含量会持续增长。此外，5#立管内水中的氯离子含量大于6#立管内的水中的氯离子含量，说明加入双氧水后可以抑制立管内的水中的氯离子含量增加，加药效果显著。
[0086]
(4)同一检测时间的6#水箱本体内的水中的氯离子含量小于6#立管内的水中的氯离子含量，说明挡板与水箱本体之间小流量联通以及加入双氧水可以减缓氯离子浓度的增长。
[0087]
本实施例的核电厂长期静置水箱水质管理的方法，通过构建模拟水箱模拟核电厂长期静置水箱中水质的变化情况，从而为长期静置水箱水质的管理提供依据，从而减少或避免长期静置水箱中设备和管道的腐蚀，以及控制微生物滋生，进而减少对与该核电厂长期静置水箱中的水接触的不锈钢设备的腐蚀，保证使用该核电厂长期静置水箱的水作为冷源的换热设备的换热效率。
[0088]
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。