張　裕，方　軍，陳紅雨，林根仙，吳義兵，劉燦帥，張錦浙

壓水堆核電廠化學(xué)控制效能指標(biāo)計(jì)算方法研究

張?jiān)?，方軍，陳紅雨，林根仙，吳義兵，劉燦帥，張錦浙*

（大亞灣核電運(yùn)營(yíng)管理有限責(zé)任公司，廣東 深圳 518124）

壓水堆核電廠化學(xué)控制效能指標(biāo)將一二回路關(guān)鍵水化學(xué)參數(shù)組合成單一的控制指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了電廠化學(xué)控制有效性的直觀反映和超標(biāo)項(xiàng)的準(zhǔn)確反映，為化學(xué)控制改進(jìn)提供建議。目前，國(guó)內(nèi)外陸續(xù)提出了CPI指標(biāo)、CEI指標(biāo)、IPC指標(biāo)和中國(guó)壓水堆核電廠化學(xué)控制效能指標(biāo)。其中，CPI指標(biāo)僅從一個(gè)維度，控制二回路雜質(zhì)離子濃度、溶氧等關(guān)鍵的化學(xué)參數(shù)，未關(guān)注一回路水化學(xué)參數(shù)和雜質(zhì)超標(biāo)累積時(shí)間，存在季度隱藏和對(duì)標(biāo)天花板等局限性。CEI指標(biāo)和IPC指標(biāo)，將控制范圍擴(kuò)展到一回路雜質(zhì)離子濃度和源項(xiàng)等關(guān)鍵領(lǐng)域，從五個(gè)維度控制全廠化學(xué)指標(biāo)；另外，CEI指標(biāo)和IPC指標(biāo)關(guān)注雜質(zhì)離子的長(zhǎng)時(shí)間累計(jì)效應(yīng)，彌補(bǔ)了CPI指標(biāo)的“季度隱藏效應(yīng)”，突破了CPI指標(biāo)的“對(duì)標(biāo)天花板”，提高了對(duì)標(biāo)結(jié)果的區(qū)分度。國(guó)內(nèi)在充分借鑒CPI、CEI、IPC指標(biāo)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)核電機(jī)組特點(diǎn)提出了具有中國(guó)特色的化學(xué)控制效能指標(biāo)。中國(guó)壓水堆核電廠化學(xué)控制效能指標(biāo)針對(duì)國(guó)內(nèi)M310、CPR1000機(jī)組設(shè)計(jì)計(jì)算方法、參數(shù)類型及限值，從六個(gè)維度控制機(jī)組的水化學(xué)工況，關(guān)注在用水箱雜質(zhì)，為國(guó)內(nèi)壓水堆核電廠的一、二回路系統(tǒng)化學(xué)控制提供依據(jù)與指導(dǎo)，為國(guó)產(chǎn)核電機(jī)組走出去提供技術(shù)支撐。

化學(xué)控制效能指標(biāo)；化學(xué)參數(shù)；計(jì)算方式；對(duì)標(biāo)

化學(xué)控制效能指標(biāo)是在機(jī)組核功率超過(guò)一定水平情況下，將所選擇化學(xué)參數(shù)（雜質(zhì)和腐蝕產(chǎn)物含量）的測(cè)量平均值與各自的“限值”進(jìn)行比較，各項(xiàng)比值的加權(quán)平均值即為指標(biāo)數(shù)值，使用月度測(cè)量平均值計(jì)算得到“月度值”，季度測(cè)量平均值計(jì)算得到“季度值”，年度測(cè)量平均值計(jì)算得到“年度值”。該指標(biāo)將一二回路關(guān)鍵水化學(xué)參數(shù)組合成單一的控制指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了電廠化學(xué)控制有效性的直觀反映、超標(biāo)項(xiàng)的準(zhǔn)確反映，為化學(xué)控制改進(jìn)提供建議。

20世紀(jì)90年代，為了控制蒸汽發(fā)生器（SG）傳熱管二次側(cè)發(fā)生的晶間腐蝕（IGA）和沿晶應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（IGSCC），國(guó)際上最早提出了化學(xué)控制效能指標(biāo)（CPI）的概念，后續(xù)CPI指標(biāo)對(duì)標(biāo)和升版工作主要由世界核電運(yùn)營(yíng)者協(xié)會(huì)（WANO）開(kāi)展。2005年，CPI指標(biāo)升版至CPI-3，指標(biāo)關(guān)注范圍從SG水化學(xué)控制拓展到二回路水化學(xué)控制。

2006年，CPI指標(biāo)關(guān)注范圍進(jìn)一步拓寬到一回路水化學(xué)運(yùn)行控制，發(fā)展為全廠化學(xué)控制效能指標(biāo)（CEI），用以全面評(píng)估核電廠一、二回路水化學(xué)工況。2011年，法國(guó)電力公司（EDF）在借鑒CPI和CEI指標(biāo)的基礎(chǔ)上，結(jié)合法國(guó)機(jī)組特點(diǎn)和化學(xué)控制規(guī)范，提出法國(guó)化學(xué)控制效能指標(biāo)（IPC）。2017年1月，中廣核（CGN）在充分借鑒國(guó)外化學(xué)效能指標(biāo)的基礎(chǔ)上，考慮國(guó)內(nèi)機(jī)組（M310、CPR1000）的特點(diǎn)，提出了中國(guó)壓水堆核電站化學(xué)控制效能指標(biāo)（以下簡(jiǎn)稱“中國(guó)壓水堆化學(xué)指標(biāo)”）[1]，目前已在國(guó)內(nèi)部分核電機(jī)組實(shí)現(xiàn)月度對(duì)標(biāo)，并于2018年8月完成一次中國(guó)壓水堆化學(xué)指標(biāo)升版。上述發(fā)展歷程如圖1所示。

圖1　化學(xué)控制效能指標(biāo)的發(fā)展歷程

1　CPI指標(biāo)計(jì)算方法

1.1　應(yīng)用背景

CPI指標(biāo)是最早在國(guó)際上提出的化學(xué)控制效能指標(biāo)，目的是評(píng)估和控制SG傳熱管二次側(cè)IGA和IGSCC。CPI指標(biāo)涉及的水化學(xué)參數(shù)包括：SG排污水（SGBD）Na、Cl、SO4、陽(yáng)電導(dǎo)，給水Fe、Cu，凝結(jié)水O2等參數(shù)。

1.2　計(jì)算方式

CPI指標(biāo)計(jì)算方式與堆型、SG類型等有關(guān)，具體化學(xué)參數(shù)類型、限值和計(jì)算公式如表1所示。壓水堆（PWR）機(jī)組使用I-600合金時(shí)，CPI指標(biāo)計(jì)算涉及的水化學(xué)參數(shù)包括：SGBD Na、Cl、SO4，給水Fe、Cu。PWR機(jī)組使用I-800合金時(shí)，CPI指標(biāo)計(jì)算涉及的水化學(xué)參數(shù)包括：SGBD陽(yáng)電導(dǎo)、Na、Cl、SO4，給水Fe，凝汽器溶解O2。相比于使用I-600合金時(shí)，因I-800合金的二次側(cè)應(yīng)力腐蝕（ODSCC）抗性增大，雜質(zhì)濃度限值明顯提高，相應(yīng)地增加SGBD陽(yáng)電導(dǎo)參數(shù)，控制陰離子總含量。

表1　同堆型、不同類型SG的CPI指標(biāo)參數(shù)限制及計(jì)算公式

注：上述計(jì)算公式中，［］為各參數(shù)測(cè)量值，（）為各參數(shù)限值。

CPI指標(biāo)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)有如下特點(diǎn)：當(dāng)機(jī)組運(yùn)行功率＞30%滿功率時(shí)，水質(zhì)參數(shù)參與計(jì)算；當(dāng)某一項(xiàng)［］/（）＜1.00時(shí)，按1.00計(jì)算；每季度統(tǒng)計(jì)的結(jié)果取均值，計(jì)算CPI季度值，因此，季度值無(wú)法實(shí)時(shí)體現(xiàn)每月對(duì)標(biāo)情況，延遲化學(xué)控制的反應(yīng)速度，稱之為“季度隱藏效應(yīng)”；年度值按各季度運(yùn)行功率＞30%滿功率的天數(shù)進(jìn)行時(shí)間加權(quán)，計(jì)算CPI年度值。

1.3　應(yīng)用現(xiàn)狀

國(guó)外PWR核電機(jī)組廣泛使用CPI指標(biāo)對(duì)標(biāo)，圖2為2015年國(guó)外部分PWR機(jī)組1年、1.5年、2年、3年的CPI對(duì)標(biāo)結(jié)果，對(duì)比發(fā)現(xiàn)，不同時(shí)間周期的對(duì)標(biāo)結(jié)果較為統(tǒng)一，大部分電廠對(duì)標(biāo)1.00，只有少部分電廠的CPI＞1.00，不能準(zhǔn)確反映機(jī)組水化學(xué)控制的待改進(jìn)項(xiàng)。

圖2　國(guó)外核電廠2015年CPI指標(biāo)年度對(duì)標(biāo)情況

韓國(guó)核電有限公司（KNHP）對(duì)外使用CPI對(duì)標(biāo)，如表2所示，1999年和2000年對(duì)標(biāo)結(jié)果超標(biāo)現(xiàn)象較多，經(jīng)過(guò)水化學(xué)控制調(diào)整之后，近幾年（2017年和2018年）對(duì)標(biāo)結(jié)果均處于最佳值。該對(duì)標(biāo)結(jié)果說(shuō)明，CPI對(duì)標(biāo)能夠在一定程度上促進(jìn)水化學(xué)控制的調(diào)整優(yōu)化，但優(yōu)化效果有限，不能持續(xù)反映待改進(jìn)項(xiàng)。

表2　韓國(guó)15臺(tái)機(jī)組的CPI指標(biāo)年度對(duì)標(biāo)情況

續(xù)表

韓國(guó)199920002004200820162017 Kori 2 1.101.001.001.00 Kori 3 1.211.001.001.00 Kori 4 1.001.001.00 Shin-Kori 1 1.001.00 Shin-Kori 2 1.001.00 Shin-Wolsong 1 1.001.00 Shin-Wolsong 2 1.001.00

2　CEI指標(biāo)計(jì)算方法

2.1　應(yīng)用背景

鑒于CPI指標(biāo)存在的不足，2006年，WANO提出了化學(xué)控制效能指標(biāo)CEI。該指標(biāo)全面評(píng)估和控制核電機(jī)組一、二回路水化學(xué)工況，一經(jīng)提出便得到業(yè)內(nèi)廣泛認(rèn)可，為核電運(yùn)行水化學(xué)控制做出了巨大貢獻(xiàn)。截至2016年，已經(jīng)過(guò)CEI-2、CEI-R兩次升版。

2.2　計(jì)算方式

CEI指標(biāo)涉及一、二回路水化學(xué)參數(shù)，包括一回路冷卻劑F、Cl、SO4、H2、Li、58Co、60Co，SG排污水Na、長(zhǎng)期Na污染、Cl、SO4，給水Fe、Cu、O2等。該指標(biāo)計(jì)算方式與堆型、SG類型等有關(guān)，相應(yīng)的化學(xué)參數(shù)類型也存在差異。

針對(duì)PWR機(jī)組，CEI指標(biāo)涉及5個(gè)維度，維度1：一回路冷卻劑F、Cl、SO4，SG排污水Na、Cl、SO4，給水O2；維度2：給水Fe、Cu；維度3：一回路冷卻劑H2、Li；維度4：SG排污水長(zhǎng)期Na污染；維度5：一回路冷卻劑58Co、60Co。由于維度5的計(jì)算結(jié)果沒(méi)有顯著的差異性，CEI指標(biāo)升版到CEI-R后，指標(biāo)中不再涉及維度5。

每個(gè)維度的具體化學(xué)參數(shù)限值如表3所示，對(duì)于維度1，從CEI-1向CEI-2升版后，各參數(shù)限值均有所下降，而繼續(xù)向CEI-R升版后，一回路冷卻劑Cl又從15.0 μg/kg回升到CEI-1的20.0 μg/kg；對(duì)于維度2，從CEI-1向CEI-2和CEI-R升版后，給水Fe限值從5.0 μg/kg降低到3.0 μg/kg，給水Cu限值從1.0 μg/kg降低到0.2 μg/kg。對(duì)于維度3，從CEI-1向CEI-2和CEI-R升版后，H2的下限值從25 ml/kg提高到了30 ml/kg；對(duì)于維度4，從CEI-1向CEI-2升版后，SGBD Na的限值從0.8 μg/kg降低到0.6 μg/kg，繼續(xù)升版到CEI-R后，SGBD Na限值又重新回升到0.8 μg/kg；對(duì)于維度5，CEI-1放射性限值為0.005 μCi/mL，升版到CEI-2時(shí)，放射性限值降低到0.001 μCi/mL，繼續(xù)升版到CEI-R后，因計(jì)算結(jié)果無(wú)明顯差異，不再將維度5列入CEI指標(biāo)計(jì)算。

每個(gè)維度的計(jì)算公式如下：

1） CEI-1維度1=∑{[]×i(1)/(168×1)+5([]>2)+10([]>3)}×3

2）CEI-1維度2=∑{[]×i(1)/(168×1)}×2

3） CEI-1維度3=∑{i（1）/24}×2

4） CEI-1維度4=∑{[]×i(1)/(168×1)}×2

5） CEI-1維度5=∑{[]/0.005}+CRE

6） CEI=7.5*CEI維度1+5*CEI維度2+5*CEI維度3+ 5*CEI維度4+2.5*CEI維度5

其中1、2、3分別為各參數(shù)值的1、2、3級(jí)限制；［］為各參數(shù)記錄值，當(dāng)實(shí)測(cè)值＜1時(shí)，［］=0，當(dāng)實(shí)測(cè)值在1和2之間時(shí)，［］=實(shí)測(cè)值，當(dāng)實(shí)測(cè)值＞2時(shí)，［］=2；i（1）為實(shí)測(cè)值超過(guò)1限值的時(shí)間。

表3　PWR機(jī)組CEI指標(biāo)涉及的水化學(xué)參數(shù)及限值設(shè)置

相對(duì)于CPI指標(biāo)，CEI指標(biāo)具有顯著的優(yōu)勢(shì)。CEI指標(biāo)涉及一二回路水化學(xué)參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)全廠化學(xué)控制；使用月度對(duì)標(biāo)彌補(bǔ)“季度隱藏效應(yīng)”；考慮參數(shù)超標(biāo)的時(shí)間效應(yīng)；通過(guò)調(diào)整參數(shù)限值，打破對(duì)標(biāo)天花板，將對(duì)標(biāo)值控制在0～100之間，增加區(qū)分度。

2.3　應(yīng)用現(xiàn)狀

國(guó)外PWR核電機(jī)組在使用CPI指標(biāo)的同時(shí)，逐漸開(kāi)始CEI指標(biāo)對(duì)標(biāo)。圖3為2015年國(guó)外部分PWR機(jī)組1年、1.5年、2年、3年的CEI-2對(duì)標(biāo)結(jié)果，對(duì)比發(fā)現(xiàn)，不同時(shí)間周期的對(duì)標(biāo)結(jié)果同樣較為統(tǒng)一，大部分電廠CEI＞0，水化學(xué)控制有待提高，對(duì)標(biāo)值基本分布在0～60，具有很好的區(qū)分度。

圖3　國(guó)外部分PWR核電廠CEI指標(biāo)2015年對(duì)標(biāo)情況

南非KOEBERG電廠1號(hào)機(jī)組使用CEI指標(biāo)的對(duì)標(biāo)結(jié)果，如圖 4 所示。月度值和年度值

圖4　南非KOEBERG電廠CEI指標(biāo)對(duì)標(biāo)情況

均隨時(shí)間逐漸降低，說(shuō)明機(jī)組化學(xué)控制狀況逐漸改善。但是月度值波動(dòng)明顯高于年度值，說(shuō)明月度值具有更好的區(qū)分度，而年度值具有年度隱藏效應(yīng)，湮沒(méi)了短時(shí)間的指標(biāo)波動(dòng)。

從2010年開(kāi)始，EDF在借鑒CEI指標(biāo)制定規(guī)則的基礎(chǔ)上，結(jié)合自身化學(xué)控制規(guī)范，提出針對(duì)法國(guó)核電廠的IPC指標(biāo)[4,5]。IPC指標(biāo)同樣以0為指標(biāo)最佳值，100為指標(biāo)最差值，實(shí)行超標(biāo)加分累積。該指標(biāo)經(jīng)歷了IPC-1到IPC-2的升版過(guò)程，少量參數(shù)稍加改動(dòng)，但并沒(méi)有顯著變化。

法國(guó)CAT1核電廠在2011年進(jìn)行CPI指標(biāo)對(duì)標(biāo)，對(duì)標(biāo)值基本接近對(duì)標(biāo)天花板1.00，而針對(duì)相同監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也進(jìn)行了IPC對(duì)標(biāo)，如圖5所示，IPC對(duì)標(biāo)值在0～50之間均勻分布，具有很好的區(qū)分度，直觀體現(xiàn)了IPC對(duì)標(biāo)的優(yōu)勢(shì)。

圖5　法國(guó)CAT1核電廠2011年IPC月對(duì)標(biāo)結(jié)果

3　中國(guó)壓水堆化學(xué)指標(biāo)計(jì)算方法

3.1　應(yīng)用背景

我國(guó)壓水堆核電機(jī)組材料先進(jìn)，水化學(xué)控制工藝各異，CPI、CEI、IPC指標(biāo)已不能完全適應(yīng)我國(guó)機(jī)組特點(diǎn)，由此獲得的對(duì)標(biāo)結(jié)果無(wú)法對(duì)機(jī)組水化學(xué)控制優(yōu)化起到指導(dǎo)作用。

2017年1月，中廣核在充分借鑒CPI、CEI和IPC指標(biāo)的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)內(nèi)壓水堆機(jī)組（M310、CPR1000）的運(yùn)行工況，正式提出了適合國(guó)內(nèi)PWR機(jī)組對(duì)標(biāo)的中國(guó)壓水堆化學(xué)指標(biāo)，致力于優(yōu)化國(guó)內(nèi)PWR機(jī)組的水化學(xué)控制工藝。中國(guó)壓水堆化學(xué)指標(biāo)采用扣分統(tǒng)計(jì)，100分為最佳值，0分為最差值，6個(gè)維度計(jì)算得分為扣分項(xiàng)，超標(biāo)越多，扣分越嚴(yán)重。

3.2　計(jì)算方式

中國(guó)壓水堆化學(xué)指標(biāo)主要涉及水化學(xué)控制的6個(gè)維度，維度1：一二回路溶解污染物，一回路冷卻劑F、Cl、SO4，SG排污水Na、Cl、SO4，給水O2，控制腐蝕導(dǎo)致裂紋萌發(fā)和生長(zhǎng)[9]；維度2：給水向SG的金屬氧化物遷移，給水Fe，控制SG二次側(cè)結(jié)垢，結(jié)垢下局部區(qū)域裂紋萌生；維度3：一回路鋰氫控制，一回路冷卻劑H2、Li，控制一回路邊界氫致開(kāi)裂、控制燃料棒表面結(jié)垢和腐蝕、影響源項(xiàng)劑量[10-12]；維度4：二回路長(zhǎng)時(shí)間低濃度的鈉污染，SG排污水低濃度Na，控制SG腐蝕累積效應(yīng)，Na是雜質(zhì)代表性參數(shù)。根據(jù)蒸汽發(fā)生器中的Na濃度高于1.5 μg/kg的累積時(shí)間，計(jì)算該領(lǐng)域，計(jì)算中所考慮的Na濃度被限制為維度1的1級(jí)限值3.0 μg/kg，避免與維度1重復(fù)計(jì)算；維度5：放射性腐蝕活化源項(xiàng)，一回路冷卻劑58Co、60Co，控制輻射劑量；維度6：在用水箱雜質(zhì)，除鹽水儲(chǔ)存箱O2、Na、Cl、SO4，控制補(bǔ)水過(guò)程向一二回路引入雜質(zhì)，主要考慮各系統(tǒng)在用水箱。

中國(guó)壓水堆化學(xué)指標(biāo)是結(jié)合中國(guó)機(jī)組特征提出的，從6個(gè)維度按分配權(quán)重計(jì)算出一二回路化學(xué)控制效能扣分（0～100），最終得分100為最佳效果，0為最差效果，用以評(píng)估核電廠在一二回路核心化學(xué)參數(shù)控制成效。

每個(gè)維度的計(jì)算公式如下：

1）中國(guó)壓水堆化學(xué)指標(biāo)維度1=∑{[]×i(1)/(對(duì)標(biāo)值×1)+5([]＞2）+10([]＞3）}

2）中國(guó)壓水堆化學(xué)指標(biāo)維度2=∑{[]×i(1)/(對(duì)標(biāo)值×1)}

3）中國(guó)壓水堆化學(xué)指標(biāo)維度3=∑{i(1)/ 24+10([]＞1）}

4）中國(guó)壓水堆化學(xué)指標(biāo)維度4=∑{[]×i(1)/(24×1)}

5）中國(guó)壓水堆化學(xué)指標(biāo)維度5=∑{[]MAX+[]MIN}/{35×([Zn]MAX+[Zn]MIN）}

6）中國(guó)壓水堆化學(xué)指標(biāo)維度6=∑{[]×i(1)/(對(duì)標(biāo)值×1)+2([]＞2）+4([]＞L3）}

7）中國(guó)壓水堆化學(xué)指標(biāo)=100-（6*維度1+1.5*維度2+3*維度3+3*維度4+1.25*維度5+1.25維度6）

其中，1、2、3分別為各參數(shù)值的1、2、3級(jí)限制；［］為各參數(shù)記錄值，當(dāng)實(shí)測(cè)值＜1時(shí)，［］=0，當(dāng)實(shí)測(cè)值在1和2之間時(shí)，［］=實(shí)測(cè)值，當(dāng)實(shí)測(cè)值＞2時(shí)，［］=2；i（1）為實(shí)測(cè)值超過(guò)1限值的時(shí)間；對(duì)標(biāo)值為機(jī)組超出1限值后，允許運(yùn)行的時(shí)間；［Zn］為溶解Zn含量，當(dāng)［Zn］MAX和［Zn］MIN＜1 μg/kg時(shí)，［Zn］MAX=1，［Zn］MIN=1，當(dāng)［Zn］MAX或［Zn］MIN＞1 μg/kg時(shí)，記錄測(cè)量值。

3.3　國(guó)內(nèi)外應(yīng)用

從2018年開(kāi)始，國(guó)內(nèi)21臺(tái)機(jī)組采用中國(guó)壓水堆化學(xué)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)標(biāo)，年度對(duì)標(biāo)情況如圖 6所示。綜合分析發(fā)現(xiàn)，各電廠水化學(xué)控制情況差異明顯，其中19號(hào)機(jī)組的年度值扣分較多，很好地反映了新機(jī)組運(yùn)行初期水化學(xué)控制存在的諸多問(wèn)題。

圖6　國(guó)內(nèi)21臺(tái)機(jī)組2018年度中國(guó)壓水堆化學(xué)指標(biāo)對(duì)標(biāo)情況

表4為2018年國(guó)內(nèi)21臺(tái)機(jī)組的中國(guó)壓水堆化學(xué)指標(biāo)月度對(duì)標(biāo)情況，236次對(duì)標(biāo)結(jié)果中，有6次偏離，7次輕微偏離，其余223次接近最佳值。該對(duì)標(biāo)結(jié)果可以直接追溯扣分項(xiàng)，有利于及時(shí)反饋、改進(jìn)，這是中國(guó)壓水堆化學(xué)指標(biāo)應(yīng)用的良好開(kāi)端。

表4　2018年國(guó)內(nèi)21臺(tái)機(jī)組的中國(guó)壓水堆化學(xué)指標(biāo)月度對(duì)標(biāo)情況

4　對(duì)比分析

4.1　CPI、CEI、IPC、中國(guó)壓水堆化學(xué)指標(biāo)優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

CPI指標(biāo)將二回路雜質(zhì)離子濃度、溶氧等關(guān)鍵的化學(xué)參數(shù)組合成單一的控制指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了電廠運(yùn)行化學(xué)控制有效性的直觀反映；參數(shù)值≤限值時(shí)取限值，參數(shù)值＞限值時(shí)取測(cè)量值，從而避免了“對(duì)標(biāo)合格項(xiàng)”對(duì)“超標(biāo)項(xiàng)”的抵消作用；將技術(shù)層面要求轉(zhuǎn)變?yōu)槭┘拥诫姀S整體的壓力和動(dòng)力，有力的推進(jìn)了相關(guān)控制措施在電廠運(yùn)維和大修執(zhí)行中的落實(shí)和持續(xù)改進(jìn)，準(zhǔn)確地反應(yīng)超標(biāo)項(xiàng)，為運(yùn)行化學(xué)控制改進(jìn)提供建議。同時(shí)，CPI指標(biāo)也具有諸多局限性。例如，CPI指標(biāo)只關(guān)注了SG二次側(cè)水質(zhì)控制，未評(píng)估一回路水化學(xué)控制和活化源項(xiàng)控制；未關(guān)注雜質(zhì)濃度限值超出管理期望的累積時(shí)間，一些長(zhǎng)時(shí)間、低濃度雜質(zhì)污染被弱化或“隱藏至消失”；采取季度對(duì)標(biāo)，將3個(gè)月的統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行加權(quán)平均，存在“季度隱藏效應(yīng)”；CPI指標(biāo)涉及的幾個(gè)化學(xué)參數(shù)低于限值時(shí)，對(duì)標(biāo)結(jié)果記為1.00，即使繼續(xù)優(yōu)化控制，降低雜質(zhì)濃度，也無(wú)法突破1.00的“對(duì)標(biāo)天花板”，難以實(shí)現(xiàn)化學(xué)控制關(guān)鍵領(lǐng)域待改進(jìn)項(xiàng)的持續(xù)進(jìn)步。

相對(duì)于CPI指標(biāo)，CEI指標(biāo)和IPC指標(biāo)將控制范圍擴(kuò)展到一回路雜質(zhì)離子濃度和源項(xiàng)等關(guān)鍵領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了全廠化學(xué)控制；關(guān)注雜質(zhì)超標(biāo)的累積時(shí)間，能夠有效地體現(xiàn)雜質(zhì)離子的長(zhǎng)時(shí)間累計(jì)效應(yīng)；采取月度對(duì)標(biāo)，彌補(bǔ)了CPI指標(biāo)的即“季度隱藏效應(yīng)”；對(duì)標(biāo)結(jié)果一般在0～100之間分布，突破了CPI的“對(duì)標(biāo)天花板”，提高了對(duì)標(biāo)結(jié)果的區(qū)分度。同時(shí)，CEI指標(biāo)和IPC指標(biāo)也存在一些局限性。首先，這兩個(gè)指標(biāo)沒(méi)有考慮補(bǔ)給水水箱水質(zhì)控制，未從源頭上考慮控制各水化學(xué)參數(shù)；其次，因放射性核素指標(biāo)歸于CRE集體劑量指標(biāo)，CEI-R版本不再包含放射性核素指標(biāo)；第三，這兩個(gè)指標(biāo)針對(duì)國(guó)外機(jī)組堆型、材料提出，在我國(guó)直接應(yīng)用具有一定局限性。

中國(guó)壓水堆化學(xué)指標(biāo)是在充分借鑒CPI、CEI、IPC指標(biāo)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)核電機(jī)組特點(diǎn)提出的，是具有中國(guó)特色的化學(xué)控制效能指標(biāo)。中國(guó)壓水堆化學(xué)指標(biāo)針對(duì)國(guó)內(nèi)M310、CPR1000機(jī)組設(shè)計(jì)計(jì)算方法、參數(shù)類型及限值，考慮補(bǔ)給水水箱水質(zhì)控制，從源頭上控制各水化學(xué)參數(shù)，能夠更好地反映國(guó)內(nèi)機(jī)組的水化學(xué)控制工況。

4.2　CPI、CEI、IPC、中國(guó)壓水堆化學(xué)指標(biāo)限值對(duì)比

表5針對(duì)各指標(biāo)最新版本CEI-R、IPC-2、中國(guó)壓水堆化學(xué)指標(biāo)包含的化學(xué)參數(shù)類型和限值進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果如下：

針對(duì)維度1中一回路冷卻劑F、Cl、SO4，中國(guó)壓水堆化學(xué)指標(biāo)緊縮了各級(jí)限值，說(shuō)明中國(guó)壓水堆化學(xué)指標(biāo)對(duì)一回路雜質(zhì)含量的控制較為嚴(yán)格；但是中國(guó)壓水堆化學(xué)指標(biāo)將一回路冷卻劑SO4的一級(jí)限值提高到100 μg/kg，這是充分考慮到目前國(guó)內(nèi)大部分機(jī)組SO4超標(biāo)的現(xiàn)狀；一回路冷卻劑SO4主要促進(jìn)600合金發(fā)生SCC[13-15]，但國(guó)內(nèi)機(jī)組SG傳熱管材料已不再使用600合金，取而代之的是690合金或800合金，所以可以適當(dāng)放寬SO4的限值[16-18]，100 μg/kg限值是否合理需要進(jìn)一步研究確定[19-21]；針對(duì)維度1中SG排污水Na、Cl、SO4和給水O2，中國(guó)壓水堆化學(xué)指標(biāo)同樣緊縮了各級(jí)限值，說(shuō)明中國(guó)壓水堆化學(xué)指標(biāo)對(duì)二回路雜質(zhì)控制也較為嚴(yán)格。

針對(duì)維度2，中國(guó)壓水堆化學(xué)指標(biāo)只包含給水Fe，這是考慮到國(guó)內(nèi)大部分核電機(jī)組二回路不再使用Cu合金[22-24]，且Fe測(cè)量值具有很好的腐蝕情況代表性；同樣考慮到SG傳熱管材料耐蝕性的提高，中國(guó)壓水堆化學(xué)指標(biāo)放寬了給水Fe限值。

針對(duì)維度3中一回路冷卻劑H2，相比于CEI-R指標(biāo)和IPC-2指標(biāo)，中國(guó)壓水堆化學(xué)指標(biāo)降低了H2下限值，這是借鑒了日本的研究結(jié)果，認(rèn)為當(dāng)氫濃度降低時(shí)，燃料包殼底部沉積物中的Ni金屬含量減少，從而降低了輻射場(chǎng)。但是根據(jù)現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)，仍無(wú)法排除低氫環(huán)境帶來(lái)的SCC風(fēng)險(xiǎn)[25,26]，有必要在低氫含量環(huán)境中驗(yàn)證690合金的SCC敏感性。

針對(duì)維度4，SG排污水長(zhǎng)期Na污染的限值在CEI-R、IPC-2、中國(guó)壓水堆化學(xué)指標(biāo)中分別為0.8 μg/kg、1.0 μg/kg、1.5 μg/kg，中國(guó)壓水堆化學(xué)指標(biāo)增大了長(zhǎng)期Na污染的限值，這是考慮到690合金的SCC敏感性降低，允許少量Na的長(zhǎng)期存在。

針對(duì)維度5，CEI-R已不再考慮此維度參數(shù)，而IPC-2和中國(guó)壓水堆化學(xué)指標(biāo)測(cè)量的參數(shù)和限值相同，包括一回路冷卻劑58Co、60Co，且總活度限值為35 MBq/t。

維度6在中國(guó)壓水堆化學(xué)指標(biāo)中首次提出，用于管控在用水箱雜質(zhì)，包括除鹽水儲(chǔ)存箱O2、Na、Cl、SO4。

綜上所述，中國(guó)壓水堆化學(xué)指標(biāo)結(jié)合了CEI指標(biāo)和IPC指標(biāo)的特點(diǎn)，從材料耐蝕性和機(jī)組控制現(xiàn)狀出發(fā)，適當(dāng)放寬了一回路SO4、給水Fe和SG排污水長(zhǎng)期Na污染的限值，降低一二回路雜質(zhì)離子濃度的限值。

表5　CEI-R、IPC-2、中國(guó)壓水堆化學(xué)指標(biāo)化學(xué)參數(shù)限值對(duì)比

續(xù)表

維度化學(xué)參數(shù)化學(xué)參數(shù)限值L1-L2-L3/（μg/kg） CEI-RIPC-2中國(guó)壓水堆化學(xué)指標(biāo) 維度2 給水腐蝕產(chǎn)物物遷移給水Fe＜3可溶＜3＜5 給水Cu＜0.2可溶＜3- 給水物-＜5- 維度3 一回路氫鋰控制協(xié)調(diào)硼鋰根據(jù)實(shí)際硼鋰協(xié)調(diào)平衡 一回路冷卻劑 H230＜H2＜50 ml/kg35＜H2＜45 ml/kg22＜H2＜40 ml/kg 維度4 二回路長(zhǎng)期鈉污染SG排污水長(zhǎng)期Na污染＜0.8＜1.0＜1.5 維度5 放射性腐蝕活化源項(xiàng)一回路冷卻劑58Co + 60Co-35 MBq/t35 MBq/t 維度6 在用水箱雜質(zhì)除鹽水儲(chǔ)存箱O2--80-100-200 除鹽水儲(chǔ)存箱Na--2-5-10 除鹽水儲(chǔ)存箱Cl--2-5-10 除鹽水儲(chǔ)存箱SO4--2-5-10

5　結(jié)論

針對(duì)壓水堆核電廠化學(xué)控制工況的評(píng)估與改進(jìn)，國(guó)內(nèi)外陸續(xù)提出了CPI指標(biāo)、CEI指標(biāo)、IPC指標(biāo)和中國(guó)壓水堆化學(xué)指標(biāo)。其中，CPI指標(biāo)是最早在國(guó)際上提出的化學(xué)控制效能指標(biāo)，僅從一個(gè)維度控制二回路雜質(zhì)離子濃度、溶氧等關(guān)鍵的化學(xué)參數(shù)，未關(guān)注一回路化學(xué)參數(shù)和雜質(zhì)超標(biāo)的累積時(shí)間，存在季度隱藏、對(duì)標(biāo)天花板等局限性。

CEI指標(biāo)和IPC指標(biāo)，將控制范圍擴(kuò)展到一回路雜質(zhì)離子濃度和源項(xiàng)等關(guān)鍵領(lǐng)域，從五個(gè)維度控制全廠化學(xué)指標(biāo)；另外，CEI指標(biāo)和IPC指標(biāo)關(guān)注雜質(zhì)離子的長(zhǎng)時(shí)間累計(jì)效應(yīng)，彌補(bǔ)了CPI指標(biāo)的“季度隱藏效應(yīng)”，突破了CPI指標(biāo)的“對(duì)標(biāo)天花板”，提高了對(duì)標(biāo)結(jié)果的區(qū)分度。

國(guó)內(nèi)在充分借鑒CPI、CEI、IPC指標(biāo)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)核電機(jī)組特點(diǎn)提出了具有中國(guó)特色的中國(guó)壓水堆化學(xué)指標(biāo)。中國(guó)壓水堆化學(xué)指標(biāo)針對(duì)國(guó)內(nèi)M310、CPR1000機(jī)組設(shè)計(jì)計(jì)算方法、參數(shù)類型及限值，從六個(gè)維度控制機(jī)組的水化學(xué)工況，關(guān)注在用水箱雜質(zhì)，為國(guó)內(nèi)壓水堆核電廠的一、二回路系統(tǒng)化學(xué)控制提供依據(jù)與指導(dǎo)，為國(guó)產(chǎn)核電機(jī)組走出去提供技術(shù)支撐。

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Review on Application of Pressurized Water Reactor Chemistry Effectiveness Indicator

ZHANG Yu，F(xiàn)ANG Jun，CHEN Hongyu，LIN Genxian，WU Yibing，LIU Canshuai，ZHANG Jinzhe*

（Daya Bay Nuclear Power Operation and Management Co.，Ltd. Shenzhen of Guangdong Prov. 518124，China）

Chemistry effectiveness indicator combines the key hydrochemical parameters of primary and secondary circuits into a single control index，which realizes the intuitive reflection of chemical control effectiveness and the accurate reflection of over-standard items in power plants，and provides suggestions for chemical control improvement. CPI，CEI，IPC，Chinese index have been used gradually. CPI index controls the key chemical parameters such as impurity ion concentration and dissolved oxygen in the secondary circuit from a single dimension. It realizes the intuitive reflection of the effectiveness of chemical control in power plant operation. However，CPI indicators also have some limitations，such as not paying attention to the primary loop control，not paying attention to the cumulative time，hiding the quarter，and benchmarking the ceiling. On the basis of CPI index，CEI index and IPC index were put forward abroad，which extended the control range to key areas such as impurity ion concentration and source term in the primary circuit，and realized chemical control in the whole plant from five dimensions. Paying attention to the accumulation time of impurity exceeding the standard can effectively reflect the long-term accumulation effect of impurity ions. Monthly benchmarking has made up for the "quarterly hidden effect" of CPI indicators. The benchmarking results break through the "benchmarking ceiling" of CPI and improves the discrimination of benchmarking results. On the basis of fully drawing on the advantages of CPI，CEI and IPC indicators，and combining with the characteristics of nuclear power units in China，Chinese indicators with Chinese characteristics are put forward. According to the design calculation method，parameter types and limits of domestic M310 and CPR1000 units，chinese index can better reflect the hydrochemical control conditions of domestic units from six dimensions. It focus on chemistry of using tank，and it can provide basis and guidance for chemical control of primary and secondary loop systems of domestic PWR nuclear power plants，and provide technical support for domestic nuclear power units to go global.

Chemistry effectiveness indicator；Chemistry parameter；Calculation；Benchmarking

TL48

A

0258-0918（2021）05-0948-10

2021-01-11

張 裕（1977—），男，湖北鄂州人，學(xué)士，高級(jí)工程師，現(xiàn)主要從事核電化學(xué)方面研究

張錦浙，E-mail：zhangjinzhe@cgnpc.com.cn