劉超杰 林佳

（中國核電工程有限公司 北京 100048）

M310機組硼回收系統(tǒng)為兩個反應(yīng)堆共用，具有下列功能：收集化學和容積控制系統(tǒng)（RCV）下泄管線和核島疏水排氣系統(tǒng)（RPE）［1］的反應(yīng)堆冷卻劑排水槽來的含氫反應(yīng)堆冷卻劑；處理含氫的反應(yīng)堆冷卻劑，以得到反應(yīng)堆級的補給水和重量百分比為4%［2］的硼酸溶液，復用于反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)；對來自化學和容積控制系統(tǒng)（RCV）系統(tǒng)的含硼濃度較低的反應(yīng)堆冷卻劑進行除硼處理。由上述功能系統(tǒng)可分為3 個部分，即凈化部分、蒸發(fā)單元、除硼部分。

1 蒸發(fā)單元概述

蒸發(fā)單元用于將除氣后的堆冷卻劑分離成硼酸（濃縮液）和反應(yīng)堆級補給水（蒸餾液）。硼回收系統(tǒng)設(shè)有兩套相同的蒸發(fā)單元，每個單元包括一臺蒸發(fā)器EV、一臺加熱器RE、一臺蒸發(fā)器蒸餾液冷凝器CS、一臺強制循環(huán)泵PO、一臺蒸發(fā)器蒸餾液泵PO 等設(shè)備。蒸發(fā)單元流程圖如圖1所示。

圖1 TEP蒸發(fā)單元流程簡圖

根據(jù)《除氣及蒸發(fā)單元設(shè)備技術(shù)規(guī)格書》的要求，蒸發(fā)單元應(yīng)具有如下性能參數(shù)：蒸發(fā)能力3.85t/h、內(nèi)部去污系數(shù)≥5×106、處理流體及不凝氣體出口溫度≤103℃、除氧系數(shù)≥1×102、蒸餾液硼含量≤5ppm、濃縮液硼含量7000～7700ppm、SVA 加熱蒸汽消耗量偏差+10%、額定流量下熱交換器（TEP001/002RE）的壓降≤0.012MPa。

蒸發(fā)單元的啟動、運行、停運是通過如下9個狀態(tài)進行定義的：狀態(tài)0 長期停運，蒸汽裝置的長期停運；狀態(tài)1 進料，向蒸發(fā)器和循環(huán)管線中加入料液；狀態(tài)2升溫，蒸發(fā)器開始由SVA 加熱蒸汽升溫；狀態(tài)3 全回流，蒸發(fā)器、加熱器和冷凝器運行；狀態(tài)4 濃縮液批量排放到濃縮液監(jiān)測箱；狀態(tài)5生產(chǎn)，蒸餾液批量排放到蒸餾液監(jiān)測箱；狀態(tài)6 熱備用，蒸發(fā)單元熱態(tài)隔離，循環(huán)泵運行，蒸餾液全回流；狀態(tài)7 強制冷卻，在蒸發(fā)器和循環(huán)管線內(nèi)的料液被快速冷卻，當蒸發(fā)器在狀態(tài)6時，采用這個程序；狀態(tài)8 疏排，需要檢修時將蒸發(fā)器內(nèi)的液體輸送到濃縮液監(jiān)測箱，當蒸發(fā)器處于狀態(tài)0或狀態(tài)7 時，采用這個程序。本文涉及狀態(tài)3、狀態(tài)4、狀態(tài)5、狀態(tài)6，其狀態(tài)切換圖如圖2所示。

圖2 蒸發(fā)單元狀態(tài)3、狀態(tài)4、狀態(tài)5、狀態(tài)6切換圖

針對狀態(tài)4（濃縮液批量排放）的運行參數(shù)，又有如下要求。

TEP001/002RE：堆冷卻劑流量=115t/h；堆冷卻劑入口溫度=101℃；SVA加熱蒸汽進汽：最大流量=4.4t/h、來氣溫度=139℃；TEP003/004EX：至硼濃縮環(huán)路的堆冷卻劑 為2.1t/h；TEP003/004RF：蒸 餾 液 流 量=3.5t/h；TEP001/002EV：汽、氣混合物流量=3.85t/h；回流量=3.85t/h；頂部壓力=0.11MPa（絕壓）（相當于102.3℃純水的飽和蒸氣壓）；蒸發(fā)器出口二次蒸汽的溫度為102.6℃。

2 VO值的定義

本文涉及的參數(shù)做如下定義（取一號蒸發(fā)器討論）：TEP002/003/004BA 硼濃度C0、蒸發(fā)單元回路取樣濃度Cev、501QD計量值V0（由403MD計量）、503QD計量值V（由403MD計量）、蒸發(fā)器回路體積Vt、505QD計量值W（由405MD 計量）、目標平均硼濃度C、硼濃度變化值ΔC、批量排放硼濃度最大值Cmax。

蒸發(fā)單元將除氣后的廢液進行硼水分離得到蒸餾水和7000～7700ppm 的濃縮液的過程是通過交替排放蒸餾液和濃縮液實現(xiàn)的。第一次蒸餾液產(chǎn)量VO和隨后分批排放蒸餾液產(chǎn)量V是由計算得出并由累計流量計501QD 和503QD 累計。濃縮液產(chǎn)量W由累計流量計505QD進行累計并設(shè)定值250L。

蒸發(fā)單元第一次排硼瞬間濃縮液含硼量VtCmax，蒸發(fā)器內(nèi)初始的濃縮液含硼量為VtC0（啟動前蒸發(fā)單元為空）或VtCev（啟動前蒸發(fā)單元已有硼酸溶液）。在蒸發(fā)開始到排硼瞬間，蒸發(fā)器內(nèi)濃縮液含硼增加量V0C0。VtC0或VtCev與V0C0之和也是第一次排硼瞬間濃縮液含硼量，得到V0值計算公式：

而Cmax=C+ΔC/2，ΔC=W（C-C0）/Vt，可見V0值與C0及Cev有關(guān)。另外，通過硼酸質(zhì)量守恒，也可以計算得到分批排放階段的體積蒸餾液產(chǎn)量V=W（C-C0）/C0，V值僅與C0有關(guān)。

3 VO值的異常分析

由上述對V0值的定義式可知，在“狀態(tài)5—狀態(tài)4—狀態(tài)5—狀態(tài)4”循環(huán)過程中，只需要在生產(chǎn)之前根據(jù)化學化驗結(jié)果C0、Cev人為設(shè)定V0、V，蒸發(fā)器可以自動完成整個生產(chǎn)過程。狀態(tài)5 濃縮階段V0、V分別由KSN 系統(tǒng)內(nèi)置的計數(shù)器501QD、503QD 通過對蒸餾液排放流量計TEP403MD 累計計數(shù)，狀態(tài)4 批量排放階段W=250L由KSN系統(tǒng)內(nèi)置的計數(shù)器505QD通過對濃縮液排放流量計TEP405MD 累計計數(shù)。而MD 能否正常工作［3］對于蒸發(fā)單元是否產(chǎn)出合格硼酸至關(guān)重要，過低濃度的產(chǎn)出硼酸不滿足復用要求，過高濃度產(chǎn)出硼酸則有很大可能結(jié)晶［4］。對蒸發(fā)單元V0、V常見的異常情況進行如下分析。

3.1 V0、V 設(shè)定值計數(shù)器501QD、503QD 還未走完，V0、V實際值計數(shù)器TEP403MD突然停止不走

實際生產(chǎn)過程中，由于SVA 通過RE 對蒸發(fā)器進行加熱并不能達到100%的熱效率，實現(xiàn)蒸餾液流量3.5m3/h 需要的SVA 蒸汽流量約3.9t/h。SVA 流量值設(shè)置得過小，導致蒸餾液流量也變小，并且在SVA流量較低的情況下，熱效率更低，蒸餾液排放流量計TEP403MD 在流量過小的情況下有一定死區(qū)，在死區(qū)范圍內(nèi)，即使有蒸餾液流過，實際值計數(shù)器并不計數(shù)，設(shè)定值計數(shù)器501QD、503QD也不增加，這種情況會導致蒸發(fā)產(chǎn)出的硼酸濃度高于期望值。因此，在注意到這種情況發(fā)生時，優(yōu)先觀察SVA流量值是否過小，蒸發(fā)器是否在額定工況下工作。

3.2 V0、V 設(shè)定值計數(shù)器501QD、503QD 走完了，而V0、V實際值計數(shù)器TEP403MD繼續(xù)走

如果V0、V實際值計數(shù)器接著剛剛開始走（可通過KSN已組態(tài)好的趨勢圖看出），可手動將蒸餾液槽進口閥TEP069VD/070VD 手動關(guān)死，強制避免蒸餾液的排放。但是實際上這種方法可操作性不大，考慮到走W值（250L）的流量為2.1m3/h（041DI孔板［5］流量值），整個505QD走完約僅需7min。所以多應(yīng)按下述操作執(zhí)行。

如果V0、V實際值計數(shù)器接著繼續(xù)走了很久，估計蒸發(fā)器內(nèi)硼濃度已經(jīng)超出正常值，那么進行蒸發(fā)器排硼操作時應(yīng)慎之又慎：將蒸發(fā)器置于“狀態(tài)3”并報告主控，通知儀表人員處理故障，通知化學人員對蒸發(fā)器取樣分析硼濃度，根據(jù)硼酸溶解度曲線查出硼結(jié)晶的溫度值。

如果其硼濃度小于10 000ppm（硼結(jié)晶溫度大約28℃），因為正常排硼過程中的濃硼溫度最低為40℃，不存在硼結(jié)晶，所以可將V值適當減小，轉(zhuǎn)至“狀態(tài)5”，這樣即可使蒸發(fā)器內(nèi)硼濃度回到正常值（7200ppm）。如果硼濃度大于10 000ppm 時，蒸發(fā)器排硼操作變得稍微復雜。通知儀表人員閉鎖蒸發(fā)器的高高液位開關(guān)（以便能使進料閥在蒸發(fā)器高高液位仍能開啟以及防止蒸發(fā)器返回“狀態(tài)6”）。從中間貯存箱中硼濃度較低的一個箱取水（以便稀釋蒸發(fā)器內(nèi)硼溶液更具有效性），將蒸發(fā)器充至高高液位（490mm），但不應(yīng)高于最高液位（650mm），防止硼進入冷凝器，千萬不能用SED水來稀釋（因為SED 未經(jīng)預(yù)熱）。再次取樣分析硼濃度，蒸發(fā)器內(nèi)硼濃度仍大于10 000ppm，可將V0、V值調(diào)到一個很小值（10 左右），進行反復排硼，且在濃硼排出時，將005RF 的冷卻水控制閥407VN 手動關(guān)小。保持其傳出的濃硼溫度大于其對應(yīng)硼結(jié)晶溫度至少15℃（監(jiān)視TEP427MT）。

如果排出的濃硼溫度需大于60℃時，通知儀表人員解除TEP407MT 在大于60℃時對濃硼排放閥TEP087VB禁止開啟的閉鎖，但注意不能將TEP407VN全關(guān)，否則排出的濃硼溫度將達到98℃左右，對TEP007BA 膠皮浮頂［6］老化壽命縮短將造成影響。最后，由化學人員來確認硼濃度達到7200ppm，即可恢復至正常狀態(tài)。切記在這種情況下不能強制排放，極易造成硼結(jié)晶。

3.3 根據(jù)化驗結(jié)果計算出V0值為負值

如果回路原來的硼濃度偏高（7200～10 000ppm），則計算出V0為負值。為了使蒸發(fā)器排出硼濃度達到正常值，將V0、V值設(shè)置為較小正值（10 左右），然后啟動蒸發(fā)器，由于蒸發(fā)回路的容積為1500L，每次排放的濃縮液體積為250L，經(jīng)過6次排放后，蒸發(fā)回路中的硼濃度便降了下來，然后將蒸發(fā)器置于狀態(tài)3，重新化驗計算V0、V值。如果V0＞0，則可進行蒸發(fā)處理工作［7］。

4 對調(diào)試及運行的建議

4.1 建立硼回收系統(tǒng)V0、V計算表

蒸發(fā)單元在生產(chǎn)狀態(tài)以額定流量生產(chǎn)時，對于硼酸的濃縮效率較高，為避免過高濃度的硼酸引起意外結(jié)晶，快速得到所需要的設(shè)置的V0值及V值，減少異常狀況的響應(yīng)時間具有一定的現(xiàn)實意義。而通過定義式，可將蒸發(fā)單元生產(chǎn)前所需設(shè)定的參數(shù)值做成Excel電子計算表格，如表1所示，可以實現(xiàn)上述目的。

表1 硼回收系統(tǒng)V0、V 計算表

在某核電3、4號機組硼回收系統(tǒng)蒸發(fā)單元的調(diào)試過程中應(yīng)用該表格，減少了多次計算的工作量，提高了工作效率。

某核電運行一處也做了類似的計算表，如表2所示，不過他們的計算表未對計算中涉及的過程量予以顯示，也說明在調(diào)試和運行期間對于蒸發(fā)單元的參數(shù)關(guān)注側(cè)重點的不同。

表2 TEP 系統(tǒng)蒸餾液排放V0和V 值計算

4.2 關(guān)于取樣點改進建議

在某核電1、2號機組及3、4號機組硼回收系統(tǒng)蒸發(fā)單元的調(diào)試過程中，如果需要獲取批量排放硼濃度最大值Cmax或者蒸發(fā)單元回路濃度Cev，需要在TEP002/003ED處通過TEP593/594VB取樣，并需連接移動式冷卻器001ED進行冷卻。濃縮液監(jiān)測槽TEP007BA的硼濃度監(jiān)測也是需要通過罐體相連的191VB 進行取樣。通過取樣瓶手動接取后，到NX廠房的化學取樣間通過硼表［8］測量（約20min）后獲得所需濃度，整個取樣過程大概需要30min?？紤]到減小化學取樣的工作量并節(jié)省時間，可以將上述取樣點引至取樣間并對管線敷設(shè)硼伴熱電纜，編制相應(yīng)的取樣分析典型操作票，以規(guī)避人因失誤。

上述改進建議僅從生產(chǎn)角度出發(fā)，未考慮管線布置、輻射防護等因素，因此，如需進行技術(shù)改造，技術(shù)方案還需獲得原設(shè)計單位認可后方可實施。

5 結(jié)語

在TEP 蒸發(fā)單元的生產(chǎn)過程中，獲得合格濃度的硼酸是蒸發(fā)單元乃至硼回收系統(tǒng)的重要功能之一，而通過取樣的結(jié)果計算得到正確的V0、V值是生產(chǎn)得到合格硼酸的必要條件。本文就V0、V值的定義、設(shè)置及異常后分析及處理措施進行了初步探討，同時，結(jié)合調(diào)試經(jīng)驗，編制了可用于生產(chǎn)實踐的硼回收系統(tǒng)V0、V計算表，并對取樣點改進提出了相關(guān)建議，旨在為今后TEP蒸發(fā)單元的調(diào)試、運行提供一定的借鑒和參考。