核电站一回路的硼补给方法与流程

1.本技术属于核电站硼和水补给系统技术领域，更具体地说，是涉及核电站一回路的硼补给方法。


背景技术：

2.核电站是指通过适当的装置将核能转变成电能的设施。核电站以核反应堆来代替火电站的锅炉，以核燃料在核反应堆中发生特殊形式的“燃烧”产生热量，使核能转变成热能来加热水产生蒸汽。
3.其中，压水堆核电站主要由反应堆、反应堆冷却剂系统(简称一回路)、蒸汽和动力转换系统(简称二回路)、循环水系统、发电机和输配电系统及其辅助系统组成。反应堆堆芯因核燃料裂变产生巨大的热能，由主泵泵入堆芯的水被加热成327度、155个大气压的高温高压水，高温高压水流经蒸汽发生器内的传热u型管，通过管壁将热能传递给u型管外的二回路冷却水，释放热量后又被主泵送回堆芯重新加热再进入蒸汽发生器，水这样不断地在密闭的一回路内循环，为蒸汽发生器源源不断提供热能。
4.cpr1000机组反应堆，在机组准备换料大修时，一回路随着温度压力的降低，按照核电站技术规范要求，最终需要将一回路硼化到冷停堆所需的硼酸浓度，以保证所需的次临界度，确保反应堆处于一种安全的状态，最终换料前需要将一回路硼化到2300-2500ppm。冷却过程中，一回路的溶液体积收缩，此时，需要向一回路注入溶液使一回路保持满载的状态，并且冷却结束后，一回路内的溶液的硼含量达到目标浓度。
5.但现有的硼补给方法为先在高温情况下，向一回路注入高浓度硼酸，置换出原一回路内的低浓度硼水，再开始冷却，冷却过程中注入目标浓度的硼酸溶液。此硼补给方法耗时长，效率低，且需要置换出原一回路中的硼水，造成了硼水的浪费。


技术实现要素：

6.基于此，本技术提供一种核电站一回路的硼补给方法，以解决现有技术中存在的硼化方法耗时长，效率低，且需要置换出原一回路中的硼水，造成硼水浪费的技术问题。
7.为实现上述目的，本技术采用的技术方案是：
8.一种核电站一回路的硼补给方法，设硼补给之前，一回路的初始温度为t0，此时初始液量为m0，初始硼酸浓度为b0；补给硼之后，一回路的目标温度为t
终
，充满一回路的最终液量为m
终
，最终硼酸浓度为b
终
；
9.硼补给方法包括以下步骤：
10.第一阶补给，一回路自初始温度开始冷却降温，向一回路注入浓度为b
浓
的高浓度硼酸，使一回路内溶液的硼酸浓度达到b
终
；
11.第二阶补给，一回路保持冷却降温，向一回路注入与b
终
浓度相同的稀硼酸溶液，直至一回路冷却至目标温度，使一回路满载；
12.其中，t0＞t
终
，m
终
＞m0，b
浓
＞b
终
＞b0。
13.可选地，稀硼酸溶液采用高浓度硼酸与水同时注入混合形成。
14.可选地，高浓度硼酸和水需要注入的量的计算方法为：
15.一回路自初始温度降至目标温度，一回路收缩的总液量为：
16.m
总
＝m
终-m0；
17.需要注入的总量等于一回路收缩的总液量。
18.设第一阶补给和第二阶补给注入的高浓度硼酸的总量为m
硼
，注入的水量为m
水
，
19.m
总
＝m
硼
m
水
，
20.m
硼
＝(m
终
*b
终-m0*b0)/b
浓
，
21.m
水
＝m
总-m
硼
＝m
总-(m
终
*b
终-m0*b0)/b
浓
，
22.第二阶补给所需要注入的稀硼酸溶液的浓度为b
终
，稀硼酸溶液为高浓度硼酸和水分别注入混合形成，第二阶补给所需要的高浓度硼酸量为：
23.m
二阶
＝b
终
*m
水
/(b
浓-b
终
)，
24.则，第一阶补给的高浓度硼酸的量为：
25.m
一阶
＝m
硼-m
二阶
。
26.可选地，不同温度下，水的密度及装满一回路所需要的液量如下表：
[0027][0028]
可选地，初始温度t0为180℃-300℃；和/或，初始硼酸浓度为1500-1900ppm。
[0029]
可选地，目标温度为20℃-60℃。
[0030]
可选地，最终硼酸浓度b
终
为2300-2500ppm。
[0031]
可选地，b
浓
为7000-7700ppm。
[0032]
可选地，一回路的降温速度为25℃/小时-30℃/小时。
[0033]
可选地，第一阶补给中，高浓度硼酸的注入速度为大于0，小于或等于10吨/小时。
[0034]
可选地，第二阶补给中，高浓度硼酸的注入速度为0-10吨/小时，水的注入速度为0-25.6吨/小时。
[0035]
本技术提供的核电站一回路的硼补给方法，在降温过程分为两阶向一回路补给硼，第一阶补给中，向一回路注入高浓度硼酸补偿体积收缩的同时，达到提高一回路内溶液硼酸浓度的目的；在第二阶补给中，向一回路稀硼酸溶液，稀硼酸溶液的硼酸浓度与一回路的目标硼酸浓度一致；过程无需置换原一回路内的硼水，减少了硼酸和水的使用，提高了经济效益，缩短了冷却时间、硼补给时间以及机组大修的工期。
附图说明
[0036]
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0037]
图1为本技术实施例核电站一回路的硼补给方法采用的补给系统的示意图。
[0038]
附图标记说明：
[0039]
除盐水箱11；除盐水泵12；除盐水流量调节阀13；硼酸箱21；硼酸泵22；硼酸流量调节阀23。
具体实施方式
[0040]
为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
[0041]
本技术实施例提供了一种核电站一回路的硼补给方法，设硼补给之前，一回路的初始温度为t0，此时初始液量为m0，初始硼酸浓度为b0；补给硼之后，一回路的目标温度为t
终
，充满一回路的最终液量为m
终
，最终硼酸浓度为b
终
；
[0042]
硼补给方法包括以下步骤：
[0043]
第一阶补给，一回路自初始温度开始冷却降温，向一回路注入浓度为b
浓
的高浓度硼酸，使一回路内溶液的硼酸浓度达到b
终
；
[0044]
第二阶补给，一回路保持冷却降温，向一回路注入与b
终
浓度相同的稀硼酸溶液，直至一回路冷却至目标温度，使一回路满载；
[0045]
其中，t0＞t
终
，m
终
＞m0，b
浓
＞b
终
＞b0。
[0046]
本技术实施例提供的核电站一回路的硼补给方法，在降温过程分为两阶向一回路补给硼，第一阶补给中，向一回路注入高浓度硼酸补偿体积收缩的同时，达到提高一回路内溶液硼酸浓度的目的；在第二阶补给中，向一回路注入稀硼酸溶液，稀硼酸溶液的硼酸浓度与一回路的目标硼酸浓度一致；过程无需置换原一回路内的硼水，减少了硼酸和水的使用，提高了经济效益，缩短了冷却时间、硼补给时间以及机组大修的工期。
[0047]
本技术实施例的一回路是指核电站的一回路。
[0048]
本技术实施例的硼补给是指补充硼酸，主要是向一回路补充硼酸溶液，使一回路内的硼酸溶液达到预设浓度。
[0049]
可选地，稀硼酸溶液采用高浓度硼酸与水同时注入混合形成。在第二阶补给中，向一回路注入水和高浓度硼酸的混合液体稀硼酸溶液，可通过调节水和高浓度硼酸的注入量和流速来调节稀硼酸溶液的硼酸浓度，保证注入后混合液体稀硼酸溶液硼酸浓度与一回路一致，可适应多种硼酸浓度的需求，操作灵活。
[0050]
为了达到给一回路补给硼的目的，核电站设计了反应堆硼和水的补给系统，反应堆硼和水的补给系统主要由硼酸补给部分和水补给部分组成，如图1所示。水补给部分主要用于向一回路注入清水，达到稀释降低一回路硼酸浓度的作用，水补给部分主要组成有依次连接的除盐水箱11、除盐水泵12、除盐水流量调节阀13，除盐水流量调节阀13的输出端连接一回路。
[0051]
硼酸补给部分主要用于向一回路注入高浓度硼酸，提高一回路硼酸浓度的作用，主要组成有依次连接的硼酸箱21、硼酸泵22、硼酸流量调节阀23，硼酸流量调节阀23的输出
端连接一回路。水补给部分和硼酸补给部分还可以同时使用，通过设定除盐水流量调节阀13和硼酸流量调节阀23的流量定值，使水和高浓度硼酸按一定比例混合，同时注入一回路，注入的硼溶液浓度与一回路硼酸浓度一致，用于补偿一回路水的流失。
[0052]
可选地，高浓度硼酸和水需要注入的量的计算方法为：
[0053]
一回路自初始温度降至目标温度，所需要注入的总溶液量为：
[0054]m总
＝m
终-m0；
[0055]
设第一阶补给和第二阶补给注入的高浓度硼酸的总量为m
硼
，注入的水量为m
水
，所需要注入的总溶液量等于注入高浓度硼水和注入的水量的总和，
[0056]m总
＝m
硼
m
水
；
[0057]
注入的硼量等于最终硼量与初始硼量的差值，所以
[0058]m硼
＝(m
终
*b
终-m0*b0)/b
浓
，则
[0059]m水
＝m
总-m
硼
＝m
总-(m
终
*b
终-m0*b0)/b
浓
，
[0060]
第二阶补给所需要注入的稀硼酸溶液的浓度为b
终
，稀硼酸溶液为高浓度硼酸和水分别注入混合形成，第二阶补给所需要的高浓度硼酸量为：
[0061]m二阶
＝b
终
*m
水
/(b
浓-b
终
)，
[0062]
则，第一阶补给的高浓度硼酸的量为：
[0063]m一阶
＝m
硼-m
二阶
。
[0064]
其中，初始温度t0、初始液量m0、初始硼酸浓度b0、高浓度硼酸的b
浓
为实际测量值，目标温度t
终
、最终液量m
终
、最终硼酸浓度b
终
为预设值，实际测量值和预设值均为已知值，那么上述计算公式中，m0、b0、b
浓
、m
终
、b
终
为已知值，m
总
、m
硼
、m
水
、m
一阶
、m
二阶
均可根据公式计算出来。
[0065]
可选地，不同温度下，水的密度及装满一回路所需要的液量如下表：
[0066][0067][0068]
温度降低，溶液的质量不变，但体积收缩，密度会增大，溶液体积收缩，装满一回路将需要加入更多的溶液，所以温度较低的情况下，一回路可装载较多的溶液。
[0069]
可选地，初始温度t0为180℃-300℃，本技术实施例提供的硼补给方法，在较高温度开始降温时，便可开始往一回路注入高浓度硼酸，以缩短因冷却而额外耗费的时间，所以初始温度t0一般选为180℃-300℃，更常用的初始温度t0可选为280℃-295℃。初始温度t0为180℃-300℃下，一回路内溶液的初始硼酸浓度可能为1500-1900ppm。
[0070]
可选地，目标温度为20℃-60℃。一回路最终的冷却温度可根据情况设定为合适的温度，以适应大修时的需要，一般情况下，一回路的冷却目标温度选为20℃-60℃，更常用的目标温度选为50℃-60℃。
[0071]
可选地，最终硼酸浓度b
终
为2300-2500ppm，此硼酸浓度可保证达到冷停堆的次临界度，确保反应堆处于一种安全的状态。
[0072]
可选地，b
浓
为7000-7700ppm，可在较低注入速度的情况下，注入所需的硼酸量使一回路内的溶液达到预设硼酸浓度，利于调整冷却速度和注入速度的配合。
[0073]
可选地，一回路的降温速度为25℃/小时-30℃/小时，可以理解地，若一回路的降温速度过快，例如降温速度大于30℃/小时，溶液的体积收缩过快，需要加快高浓度硼酸或稀硼酸溶液的注入速度，不利于一回路内溶液搅拌均匀；若一回路的降温速度过慢，例如降温速度小于25℃/小时，整个硼补给过程将会耗费较长时间，不利于缩短机组大修工期；所以一回路的降温速度一般选为25℃/小时-30℃/小时。
[0074]
可选地，第一阶补给中，高浓度硼酸的注入速度为大于0，小于或等于10吨/小时，高浓度硼酸的注入速度是根据一回路的降温速度调节的，降温速度直接影响一回路内溶液的体积收缩速度，一回路的降温速度一般选为25℃/小时-30℃/小时，高浓度硼酸的注入速度。
[0075]
可选地，第二阶补给中，高浓度硼酸的注入速度为0-10吨/小时，水的注入速度为0-25.6吨/小时，根据一回路的降温速度以及预设的一回路最终硼酸浓度，调节高浓度硼酸和水的注入速度，使两者混合后的硼酸浓度等于一回路最终硼酸浓度，并且两者的注入量与一回路的降温体积收缩量相协调。当计算公式中，m
总
＝m
硼
时，m
水
等于0，对应的m
二阶
等于0，即第一阶补给完成后，一回路内的溶液即可达到预设要求，无需进行第二阶补给，此时第二阶补给中，高浓度硼酸和水的注入速度为0。
[0076]
本技术提供的核电站一回路的硼补给方法，缩短了一回路的降温时间和硼补给时间，同时减少高浓度硼酸和除盐水的使用，提高了经济效益。
[0077]
以下通过多个实施例来举例说明核电站一回路的硼补给方法和系统及其制品，以及制品性能等方面。
[0078]
已知不同温度下，水的密度及装满一回路所需要的液量如下表：
[0079][0080]
实施例1
[0081]
本实施例一回路的初始温度t0为290℃，对应初始液量m0为223.9吨，初始硼酸浓度b0为1700ppm，高浓度硼酸的硼酸浓度b
浓
为7350ppm，设定一回路降温的目标温度t
终
为50℃，对应的最终液量m
终
为297吨，最终硼酸浓度b
终
为2400ppm。
[0082]
计算高浓度硼酸和水需要注入的量：
[0083]m总
＝m
终-m0＝297-223.9＝73.1吨，
[0084]
设第一阶补给和第二阶补给注入的高浓度硼酸的总量为m
硼
，注入的水量为m
水
，
[0085]m硼
＝(m
终
*b
终-m0*b0)/b
浓
＝(297*2400-223.9*1700)/7350＝45.2吨，
[0086]m水
＝m
总-m
硼
＝73.1-45.2＝27.9吨，
[0087]
第二阶补给所需要注入的稀硼酸溶液的浓度为b
终
，稀硼酸溶液为高浓度硼酸和水分别注入混合形成，第二阶补给所需要的高浓度硼酸量为：
[0088]m二阶
＝b
终
*m
水
/(b
浓-b
终
)＝2400*27.9/(7350-2400)＝13.5吨，
[0089]
第一阶补给的高浓度硼酸的量为：
[0090]m一阶
＝m
硼-m
二阶
＝45.2-13.5＝31.7吨。
[0091]
本实施例的核电站一回路的硼补给方法包括以下步骤：
[0092]
第一阶补给，一回路自初始温度开始冷却降温，降温速度为25℃/小时，向一回路注入31.7吨浓度为7350ppm的高浓度硼酸，注入速度为5吨/小时，使一回路内溶液的硼酸浓度达到2400ppm；
[0093]
第二阶补给，一回路保持冷却降温，向一回路注入13.5吨浓度为7350ppm的高浓硼酸和27.9吨水，高浓硼酸的注入速度为1.92吨/小时，水的注入速度为4吨/小时，直至一回路冷却至50℃，一回路满载。
[0094]
实施例2
[0095]
本实施例一回路的初始温度t0为280℃，对应初始液量m0为229.2吨，初始硼酸浓度b0为1900ppm，高浓度硼酸的硼酸浓度b
浓
为7000ppm，设定一回路降温的目标温度t
终
为60℃，对应的最终液量m
终
为295.5吨，最终硼酸浓度b
终
为2350ppm。
[0096]
计算高浓度硼酸和水需要注入的量：
[0097]m总
＝m
终-m0＝295.5-229.2＝66.3吨，
[0098]
设第一阶补给和第二阶补给注入的高浓度硼酸的总量为m
硼
，注入的水量为m
水
，
[0099]m硼
＝(m
终
*b
终-m0*b0)/b
浓
＝(295.5*2350-229.2*1900)/7000＝37.0吨，
[0100]m水
＝m
总-m
硼
＝66.3-37.0＝29.3吨，
[0101]
第二阶补给所需要注入的稀硼酸溶液的浓度为b
终
，稀硼酸溶液为高浓度硼酸和水分别注入混合形成，第二阶补给所需要的高浓度硼酸量为：
[0102]m二阶
＝b
终
*m
水
/(b
浓-b
终
)＝2350*29.3/(7000-2350)＝14.8吨，
[0103]
第一阶补给的高浓度硼酸的量为：
[0104]m一阶
＝m
硼-m
二阶
＝37.0-14.8＝22.2吨。
[0105]
本实施例的核电站一回路的硼补给方法包括以下步骤：
[0106]
第一阶补给，一回路自280℃开始冷却降温，降温速度为30℃/小时，向一回路注入22.2吨浓度为7000ppm的高浓度硼酸，注入速度为10吨/小时，使一回路内溶液的硼酸浓度达到2350ppm；
[0107]
第二阶补给，一回路保持冷却降温，向一回路注入14.8吨浓度为7000ppm的高浓硼
酸和29.3吨水，高浓硼酸的注入速度为10吨/小时，水的注入速度为20吨/小时，直至一回路冷却至60℃，一回路满载。
[0108]
实施例3
[0109]
本实施例一回路的初始温度t0为300℃，对应初始液量m0为217.9吨，初始硼酸浓度b0为1650ppm，高浓度硼酸的硼酸浓度b
浓
为7500ppm，设定一回路降温的目标温度t
终
为40℃，对应的最终液量m
终
为298.2吨，最终硼酸浓度b
终
为2500ppm。
[0110]
计算高浓度硼酸和水需要注入的量：
[0111]m总
＝m
终-m0＝298.2-217.9＝80.3吨，
[0112]
设第一阶补给和第二阶补给注入的高浓度硼酸的总量为m
硼
，注入的水量为m
水
，
[0113]m硼
＝(m
终
*b
终-m0*b0)/b
浓
＝(298.2*2500-217.9*1650)/7500＝51.5吨，
[0114]m水
＝m
总-m
硼
＝80.3-51.5＝28.8吨，
[0115]
第二阶补给所需要注入的稀硼酸溶液的浓度为b
终
，稀硼酸溶液为高浓度硼酸和水分别注入混合形成，第二阶补给所需要的高浓度硼酸量为：
[0116]m二阶
＝b
终
*m
水
/(b
浓-b
终
)＝2500*28.8/(7500-2500)＝14.4吨，
[0117]
第一阶补给的高浓度硼酸的量为：
[0118]m一阶
＝m
硼-m
二阶
＝51.5-14.4＝37.0吨。
[0119]
本实施例的核电站一回路的硼补给方法包括以下步骤：
[0120]
第一阶补给，一回路自初始温度开始冷却降温，降温速度为28℃/小时，向一回路注入37.0吨浓度为7500ppm的高浓度硼酸，注入速度为7吨/小时，使一回路内溶液的硼酸浓度达到2500ppm；
[0121]
第二阶补给，一回路保持冷却降温，向一回路注入14.4吨浓度为7500ppm的高浓硼酸和28.8吨水，高浓硼酸的注入速度为5吨/小时，水的注入速度为10吨/小时，直至一回路冷却至40℃，一回路满载。
[0122]
实施例4
[0123]
本实施例一回路的初始温度t0为290℃，对应初始液量m0为223.9吨，初始硼酸浓度b0为1600ppm，高浓度硼酸的硼酸浓度b
浓
为7700ppm，设定一回路降温的目标温度t
终
为60℃，对应的最终液量m
终
为295.5吨，最终硼酸浓度b
终
为2500ppm。
[0124]
计算高浓度硼酸和水需要注入的量：
[0125]m总
＝m
终-m0＝295.5-223.9＝71.6吨，
[0126]
设第一阶补给和第二阶补给注入的高浓度硼酸的总量为m
硼
，注入的水量为m
水
，
[0127]m硼
＝(m
终
*b
终-m0*b0)/b
浓
＝(295.5*2500-223.9*1600)/7700＝49.4吨，
[0128]m水
＝m
总-m
硼
＝71.6-49.4＝22.2吨，
[0129]
第二阶补给所需要注入的稀硼酸溶液的浓度为b
终
，稀硼酸溶液为高浓度硼酸和水分别注入混合形成，第二阶补给所需要的高浓度硼酸量为：
[0130]m二阶
＝b
终
*m
水
/(b
浓-b
终
)＝2500*22.2/(7700-2500)＝10.7吨，
[0131]
第一阶补给的高浓度硼酸的量为：
[0132]m一阶
＝m
硼-m
二阶
＝49.4-10.7＝38.8吨。
[0133]
本实施例的核电站一回路的硼补给方法包括以下步骤：
[0134]
第一阶补给，一回路自初始温度开始冷却降温，降温速度为25℃/小时，向一回路
注入38.8吨浓度为7700ppm的高浓度硼酸，注入速度为2吨/小时，使一回路内溶液的硼酸浓度达到2500ppm；
[0135]
第二阶补给，一回路保持冷却降温，向一回路注入10.7吨浓度为7700ppm的高浓硼酸和22.2吨水，高浓硼酸的注入速度为2.9吨/小时，水的注入速度为6吨/小时，直至一回路冷却至60℃，一回路满载。
[0136]
本技术实施例提供的核电站一回路的硼补给方法自最高温降温开始补给硼，无需置换原一回路内的硼水，减少了硼水的浪费和硼化时间，提高了经济效益和工作效率。
[0137]
以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。