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        核電站硼表和氫表運(yùn)行原理概述

        2019-03-07 06:31:08代磊
        中小企業(yè)管理與科技 2019年3期
        關(guān)鍵詞:中子源中子校驗(yàn)

        代磊

        (大亞灣核電運(yùn)營管理有限責(zé)任公司,廣東 深圳 518000)

        1 硼表原理簡介

        硼表用于連續(xù)監(jiān)測反應(yīng)堆冷卻劑硼濃度,并顯示在主控室監(jiān)盤上,可以直讀及計(jì)算一定時(shí)間的平均值,由記錄儀記錄硼濃度的變化趨勢(shì),以確定在不同的停堆狀態(tài)下,反應(yīng)堆的有效停堆裕量,并對(duì)意外稀釋進(jìn)行監(jiān)測,對(duì)主控室操縱員加以提醒。

        由于硼對(duì)中子具有吸收性,所以硼表的探頭前有一中子源,在探頭和中子源之間有一容器,里面裝有取樣的REN的硼水。中子源為3ci的中子源,硼表的探頭為CFUM11/RTC型裂變電離室,當(dāng)REN的硼水經(jīng)過取樣容器時(shí),中子源發(fā)射的中子被硼水吸收后,剩余的中子進(jìn)入裂變電離室發(fā)生反應(yīng),產(chǎn)生脈沖信號(hào),進(jìn)入電子機(jī)柜進(jìn)行處理,再經(jīng)過軟件處理后,轉(zhuǎn)換成硼濃度值送到相應(yīng)的指示。此外,裂變電離室內(nèi)有1個(gè)溫度補(bǔ)償探頭,用于補(bǔ)償溫度對(duì)測量的影響。

        正常運(yùn)行情況下,硼表測量值存在波動(dòng)。波動(dòng)原因?yàn)橹凶釉窗l(fā)射中子的不穩(wěn)定性造成,根據(jù)維修手冊(cè),中子源發(fā)射中子的偏差為10%。這樣使得探頭測量到的中子數(shù)目不停變化,經(jīng)過板件處理后,就會(huì)造成指示的波動(dòng),正常情況下,波動(dòng)在正負(fù)50ppm以內(nèi),偶爾波動(dòng)70~80 ppm是有可能的。所以硼濃度應(yīng)以一段時(shí)期的平均值為準(zhǔn)——按下ESAD上的“AVERAGE”按鈕,所得為最近5次測量值的平均值。和取樣值比較的也應(yīng)是平均值,偶爾一次波動(dòng)導(dǎo)致偏差超過50ppm不具代表性。

        2 硼表測量值與取樣值存在偏差原因分析

        2.1 硼10的同位素硼11產(chǎn)生的影響

        硼酸溶液中包含硼10和硼11兩種同位素,對(duì)熱中子吸收產(chǎn)生主要作用的為硼10。從硼表測量原理上來看,硼表真實(shí)反映的是硼10濃度的變化,而OPC取樣分析的硼濃度是硼10與硼11的總和,兩種測量方法在被測對(duì)象上存在不同。

        硼表大修校驗(yàn)時(shí),是按照OPC給出的標(biāo)準(zhǔn)硼濃度(包括硼10與硼11)和硼表(僅為B10)產(chǎn)生的數(shù)據(jù),模擬一條二次曲線,確定硼表各項(xiàng)參數(shù),可以做到測量值與取樣值在偏差范圍內(nèi)。在硼表投運(yùn)后,一回路硼酸溶液中硼10與硼11的比例與校驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)溶液中比例不完全一致,造成測量值有偏差,原因?yàn)锽10與中子反應(yīng)的消耗,它與中子反應(yīng)式為B+n→Li+He,這樣就造成了硼10與硼11比例發(fā)生了改變。

        2.2 硼表校驗(yàn)方法引起誤差

        硼表校驗(yàn)的方法也會(huì)引起誤差,硼表校驗(yàn)是選取15個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)(X,Y)→(中子計(jì)數(shù)率,硼濃度),模擬一條二次曲線,由曲線計(jì)算出相關(guān)參數(shù)。并不是所有的中子計(jì)數(shù)率X對(duì)應(yīng)的硼濃度點(diǎn)Y都在這條二次曲線上,更多的是分布在曲線上下,從測量值來看就是偏低或偏高,這也造成了硼表的偏差。另外,校驗(yàn)過程中OPC的取樣和獲取數(shù)據(jù)對(duì)的過程中也會(huì)產(chǎn)生偏差,該偏差主要體現(xiàn)在曲線中,校驗(yàn)規(guī)程中硼表的再鑒定標(biāo)準(zhǔn)要求為1%的精度(1000ppm以上)和10ppm(1000ppm以下),硼表量程為0~2800ppm,所以在1000ppm以上時(shí)最大偏差為28ppm.

        2.3 取樣時(shí)一回路硼濃度不均勻

        在正常功率運(yùn)行期間,稀釋后,一回路硼濃度均勻需要一定的時(shí)間,取樣時(shí)間長短對(duì)于硼表的指示也存在影響。硼表有一個(gè)取樣罐,硼表測量的數(shù)值為取樣罐里的硼濃度,在大修進(jìn)行硼表校驗(yàn)時(shí),每個(gè)取樣點(diǎn)都需要25min以上才能穩(wěn)定。因此,在進(jìn)行稀釋后,需要穩(wěn)定后,取樣的結(jié)果才能與硼表的數(shù)值進(jìn)行對(duì)比,如果穩(wěn)定時(shí)間不夠,可能會(huì)產(chǎn)生偏差。

        3 硼表故障原理分析

        根據(jù)EFS統(tǒng)計(jì),從2005年到2011年,硼表共故障36次,分析發(fā)現(xiàn)硼表產(chǎn)生偏差的原因主要是硼表測量校驗(yàn)原理造成。

        硼表真實(shí)反映地是硼10濃度的變化,而OPC取樣分析的硼濃度是硼10與硼11的總和,一回路硼酸溶液中硼10與硼11的比例與校驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)溶液中比例不完全一致,造成測量值有偏差。

        大修中硼表的校驗(yàn)方法,采用模擬一條二次曲線,造成測量值有偏差。通過調(diào)整硼表內(nèi)部的參數(shù)RC對(duì)硼表的指示進(jìn)行修正,使硼表指示與OPC取樣值一致。

        可用性判斷如下:如果記錄儀、REN012ID、KIT等顯示消失時(shí),表明硼表的設(shè)備出現(xiàn)了故障,需通過檢查故障指示燈和板件指示燈狀態(tài),通過查詢故障代碼,確定故障情況。此情況下,硼表不可用;如果出現(xiàn)偏差報(bào)警,需要進(jìn)行檢查,判斷是正常報(bào)警還是異常報(bào)警,可以通過查詢歷史記錄進(jìn)行判斷,根據(jù)情況判斷硼表是否可用。

        4 氫表原理簡介

        為防止一回路水的輻射分解引起的氧化、鋯的氫脆以及防止蒸汽發(fā)生器600合金傳熱管的腐蝕,REN013MG用于在線連續(xù)測量一回路水中的溶解氫,并維持一回路氫含量不超過運(yùn)行限值,氫表為法國CITA公司生產(chǎn)的DH102型的氫表,其電極結(jié)構(gòu)原理圖如右:

        氫表探頭測量電極是一根金屬鈀絲,利用鈀具有很強(qiáng)吸附氫的能力,其阻值隨氫濃度成比例變化的特性來測量氫含量:

        鈀吸附氫后不能自行解析(使已吸附氫離開鈀絲非常困難),只能通過該表的再生功能:即通過反電極產(chǎn)生100mA的再生電流。在工作電極上由于電解產(chǎn)生氧,迅速與鈀絲上吸附的氫結(jié)合完成解吸附功能。反電極僅用于電極再生,即再生時(shí),在電極與反電極間加上直流電壓,通過取樣介質(zhì)產(chǎn)生再生電流。測量電極還安裝有PT100鉑電阻用于溫度測量,對(duì)測量結(jié)果進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

        5 硼表故障模式分析

        查詢氫表故障歷史,從EFS統(tǒng)計(jì)的氫表偏差的統(tǒng)計(jì)來看,從2012年到2017年,一共有19次,維修部門分析如下:

        ①檢查氫表探頭特性參數(shù)及電極均正常;

        ②檢查氫表介質(zhì)流量/壓力/溫度均正常,在設(shè)計(jì)范圍內(nèi);

        ③氫表漂移多出現(xiàn)在壽期末,硼濃度較低時(shí),隨著機(jī)組運(yùn)行到壽期末,一回路的硼濃度越來越低,根據(jù)化學(xué)技術(shù)規(guī)范的硼-鋰關(guān)系,一回路的鋰濃度也越來越低。當(dāng)硼濃度低于100ppm,鋰的濃度應(yīng)為0.8ppm左右,此時(shí)一回路的電導(dǎo)率約為8us/cm。

        氫表設(shè)計(jì)運(yùn)行條件要求:“被測介質(zhì)電導(dǎo)應(yīng)>8us/cm、<100us/cm(25度)”。當(dāng)硼濃度繼續(xù)下降時(shí),一回路電導(dǎo)率也會(huì)隨之下降低于8us/cm,此時(shí)電極與反電極間一回路水的阻抗會(huì)增加,導(dǎo)致再生電流達(dá)不到100mA要求,導(dǎo)致再生效果不佳,引起測量誤差。

        引起氫表測量誤差或故障的可能模式及分析:

        序號(hào) 可能的故障模式 支持的證據(jù) 反對(duì)的證據(jù) 可能性電極鈍化 更換電極后,故障仍存在1 2 3 4二次表頭故障取樣流量、壓力、溫度變化電極再生效果不好或再生功能失效引起測量誤差,以前出現(xiàn)過該故障板件故障會(huì)引發(fā)測量誤差異常波動(dòng)工況實(shí)測再生電流不足100mA專用電阻箱檢查正?,F(xiàn)場確認(rèn)取樣參數(shù)穩(wěn)定以前沒有發(fā)生該問題低 低低高

        通過分析可知,氫表故障主要是壽期末機(jī)組特性導(dǎo)致,目前采用以下改進(jìn)行動(dòng):在機(jī)組壽期末,氫表出現(xiàn)漂移時(shí)執(zhí)行臨時(shí)措施,“每次讀數(shù)前在主控室對(duì)氫表再生3次,每次1分鐘,間隔半分鐘,經(jīng)過1.5小時(shí)后讀數(shù)(以前是要求經(jīng)過1小時(shí)后讀數(shù))”,以保證機(jī)組壽期末對(duì)一回路氫濃度的測量及停堆前的一回路吹掃要求;由于壽期末再生能力不足,在執(zhí)行臨時(shí)措施后,不要進(jìn)行探頭零點(diǎn)的沖洗,避免出現(xiàn)讀數(shù)的偏差。

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