核電廠硼濃度監(jiān)測系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置

胡永強(qiáng) 盧裕夫 涂序平 伍東明

中圖分類號(hào)：TM623 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)：A 文章編號(hào)：1674-1145（2019）5-184-01

摘 要 硼表對壓水堆一回路硼濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，對調(diào)節(jié)堆芯控制反應(yīng)性有著重要的意義，本文介紹了硼表高壓參數(shù)、甄別域參數(shù)值得選定方法，對硼表系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行以及維護(hù)有參考意義。

關(guān)鍵詞 核電廠 硼酸濃度 參數(shù)設(shè)置

在壓水堆一回路中，采用硼酸作為化學(xué)毒物來進(jìn)行反應(yīng)性的補(bǔ)償控制。通過調(diào)節(jié)一回路冷卻劑中的硼濃度來達(dá)到調(diào)節(jié)和控制反應(yīng)性的目的。反應(yīng)性控制作為核電廠運(yùn)行的重中之重，因此必須有監(jiān)測一回路冷卻劑硼濃度的設(shè)備，并以此設(shè)備測量所得的數(shù)據(jù)實(shí)施反應(yīng)堆反應(yīng)性控制策略。

在核電站常用的硼濃度測量中，主要有兩種方法：第一個(gè)是酸堿中和滴定法，化學(xué)人員對一回路冷卻劑進(jìn)行取樣，然后在試驗(yàn)室中使用滴定法分析得到硼濃度；第二個(gè)方法就是在線硼表測量，采用硼表對一回路的硼濃度進(jìn)行在線測量。硼表測量系統(tǒng)主要由探測裝置、標(biāo)定裝置、機(jī)柜、就地顯示箱及溫度變送器箱組成，本文將著重介紹該系統(tǒng)機(jī)柜中的參數(shù)設(shè)置。

一、硼表測量原理

通過探測裝置與核取樣回路連接，構(gòu)成一個(gè)完整和獨(dú)立的反應(yīng)堆及一回路系統(tǒng)硼濃度測量系統(tǒng)；探測裝置內(nèi)部安裝有中子探測器和中子源，核電站主回路中的硼對熱中子具有很大的吸收截面。探測器輸出的脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)率與探測器接收到的熱中子數(shù)成正比。硼濃度監(jiān)測道通過對脈沖信號(hào)進(jìn)行采集，數(shù)據(jù)處理單元通過中子計(jì)數(shù)率計(jì)算出回路中的硼濃度。通過長期在線監(jiān)測反應(yīng)堆及一回路系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)水中的硼濃度，當(dāng)一回路中的硼濃度稀釋時(shí)，如果硼濃度偏差（相對于“設(shè)定值”）大于預(yù)設(shè)值（Δmg/L）時(shí)產(chǎn)生硼濃度偏差報(bào)警，防止堆功率的意外增長，確保運(yùn)行安全；如果硼濃度值大于高值報(bào)警預(yù)設(shè)值，產(chǎn)生高值報(bào)警；如果硼濃度小于低值報(bào)警預(yù)設(shè)值時(shí)，產(chǎn)生低值報(bào)警。

二、高壓最優(yōu)值的選取

涂硼正比計(jì)數(shù)管是一金屬圓管做成的，管內(nèi)充以三氟化硼氣體。硼吸收中子后發(fā)出粒子使三氟化硼電離，一次電離所產(chǎn)生的電子在計(jì)數(shù)管內(nèi)電場作用下加速并向集電極移動(dòng)，它獲得的能量足以使其它分子電離，這些電子全部到達(dá)中心電極后，在負(fù)載電阻上就產(chǎn)生一個(gè)電壓脈沖，脈沖頻率與中子注量率水平成線性關(guān)系。

換言之，當(dāng)工作電壓足夠大時(shí)，入射中子使BF3氣體發(fā)生所謂“氣體放大”，即次級(jí)電子在高電場作用下，在與氣體分子作相鄰兩次碰撞之間的自由程中積累了足夠的能量，以至可以使氣體分子再次被電離，每碰撞一次，電荷載流的數(shù)目增加一倍，電流以倍增系數(shù)A=2n（n為初級(jí)電子達(dá)到陽極的路徑上與氣體分子碰撞的平均次數(shù)）被放大，這就是說，中子探測器工作在“正比區(qū)”，利用正比氣體放大的特點(diǎn)制作的中子探測器叫“BF3正比計(jì)數(shù)管”，它的氣體放大倍數(shù)A在一定的外加電壓下是常數(shù)，A值甚至可以達(dá)到106。為了選取合適的工作電壓，實(shí)驗(yàn)記錄了600V-820V中10個(gè)點(diǎn)的平均計(jì)數(shù)率，最后做出坪曲線圖，選取最平坦的一段作為工作電壓，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖1所示：

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)繪制坪曲線圖，可以看出電壓在750V-800V之間坪曲線較平坦，可選780V作為探測器工作電壓。

三、甄別放大器最優(yōu)電壓選取

為使硼表測量數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，需盡量剔除本底噪聲信號(hào)，設(shè)置合理的甄別閾是剔除本底噪聲的有效方法。將探測器工作高壓調(diào)節(jié)到工作值后穩(wěn)定5分鐘，從低到高逐步改變甄別閾值0.3V-1.4V，每10秒記錄一個(gè)點(diǎn)，待計(jì)數(shù)率穩(wěn)定后記錄lO個(gè)數(shù)據(jù)并求平均計(jì)數(shù)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖2所示：

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)繪制閾壓曲線圖，可以看出甄別放大器電壓電壓在1.1V-1.2V范圍較平坦，可選1.2V作為甄別放大器電壓工作電壓。

四、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

驗(yàn)證試驗(yàn)是在（30±1）℃的回路硼溶液溫度下，通過不斷改變回路中的硼溶液濃度獲取相應(yīng)的中子計(jì)數(shù)率，通過上位機(jī)上顯示的硼濃度與化學(xué)滴定濃度進(jìn)行比較。

采用等量置換方法將硼溶液濃度從高到低改變，根據(jù)硼濃度測量范圍0-2500mg/L，將量程分成兩段并分段擬合，第一段為0～1000mg/L，另一段是 1000mg/L-2500mg/L。

等量置換是指通過用一定體積的去離子水置換相同體積的硼溶液以達(dá)到將硼溶液稀釋到預(yù)計(jì)硼濃度的目的。等量置換公式為：Xn=P0 （V0-Vd）n / V0n，P0 為初始硼濃度，V0為回路內(nèi)初始硼溶液體積，n為置換次數(shù)，Xn為對應(yīng)置換次數(shù)下的理論硼濃度。上位機(jī)采集時(shí)間設(shè)置為10s，每個(gè)濃度采集10個(gè)點(diǎn)，計(jì)算出10個(gè)點(diǎn)的平均濃度。

待計(jì)數(shù)率穩(wěn)定后進(jìn)行取樣滴定分析，同時(shí)對兩組樣品進(jìn)行滴定分析，計(jì)算滴定平均值，記錄計(jì)滴定濃度。與此同時(shí)，記錄下上位機(jī)計(jì)算出的10個(gè)點(diǎn)的平均值，記錄數(shù)據(jù)。待兩組數(shù)據(jù)都記錄完成后，取出3.5L體積的硼溶液，加入3.5L體積的去離子水，此時(shí)回路硼濃度理論值為2294.80 mg/L，待計(jì)數(shù)率穩(wěn)定后進(jìn)行取樣滴定分析，同時(shí)記錄上位機(jī)數(shù)據(jù)，完成14組滴定濃度、硼表濃度數(shù)據(jù)對獲取，記錄數(shù)據(jù)，繪制出滴定濃度與硼表濃度曲線，如圖3所示：

通過驗(yàn)證試驗(yàn)圖可以看出，在最優(yōu)高壓值、最優(yōu)甄別放大區(qū)電壓值下，滴定硼濃度曲線、硼表顯示濃度兩條曲線基本相似?？梢哉J(rèn)為780V為涂硼正比技術(shù)官最佳工作電壓值，1.1V為甄別放大器最優(yōu)電壓值。

五、結(jié)語

本文對壓水堆硼濃度監(jiān)測系統(tǒng)的參數(shù)選擇做了詳細(xì)的闡述，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出探測器、甄別放大器的最佳工作電壓。通過與化學(xué)滴定硼濃度值得對比，表明硼表測量值非常準(zhǔn)確，驗(yàn)證了探測器、甄別放大器電壓設(shè)定的合理性，對硼濃度監(jiān)測系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有一定的參考意義。