CN109545402A - 一种核电站基于无可溶硼冷却剂的水化学环境调节的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种核电站基于无可溶硼冷却剂的水化学环境调节的方法,包括在核电站机组启动阶段,冷却剂的温度至预设的中温阈值后,向一回路中注入氨水,直至冷却剂的氨含量达到预定值为止,再继续注入氢氧化钾溶液,直至pH值=10为止;待核电站机组上行至满功率运行阶段后,对冷却剂的pH值进行周期性检测,并在一旦检测出pH值低于10时,继续注入氨水和氢氧化钾溶液,直至冷却剂的氨含量维持在预定值且pH值维持在10为止;氨水和氢氧化钾为碱化剂,氨水在机组启动阶段能分解成氨根和氢氧根离子,在满功率运行阶段被辐照分解出氮气和氢气,氢氧化钾辅助调节pH。实施本发明,不添加硼酸,仅加氨水和氢氧化钾即可,节省了硼酸及氢气的制备及存储成本。
Description
技术领域
本发明涉及核安全技术领域,尤其涉及一种核电站基于无可溶硼冷却剂的水化学环境调节的方法。
背景技术
核电站一回路中冷却剂在主回路的高温高压和强辐射场中以很快的速度循环,不仅在完成传热功能的同时,还把堆芯形成的放射性产物,特别是活化的腐蚀产物,迁移到一回路的各个部位,形成了堆芯外的辐射场。该冷却剂在慢化中子的同时,会经辐照分解出氢气和氧气,且所载带的杂质又会引起燃料包壳和结构材料的腐蚀。为此,必须对核电站一回路中冷却剂进行处理。
目前,对核电站基于无可溶硼冷却剂的水化学环境调节的方法,具体为通过向一回路冷却剂中注入氢氧化钾作为碱化剂以及硼酸作为控制反应性的慢化剂来调节pH值,减少对燃料包壳和结构材料的腐蚀,同时,还通过向一回路冷却剂中注入氢气抑制辐照分解来除氧。但是,向一回路冷却剂中注入的硼酸需要建立制备、储存、添加、回收和过滤的设备和***,不仅造成工艺流程和设备配置非常复杂,还占用空间,加大投入成本;同时,向一回路冷却剂中注入的氢气也需设置制备与储存的相关***与设备,增加了工业风险。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于,提供一种核电站基于无可溶硼冷却剂的水化学环境调节的方法,不再添加硼酸,仅添加氨水和氢氧化钾作为碱化剂调节一回路中冷却剂的pH值来减少对燃料包壳和结构材料的腐蚀,以及利用氨水电解的氢离子来除氧,节省了硼酸以及氢气的制备及存储成本。
为了解决上述技术问题,本发明实施例提供了一种核电站基于无可溶硼冷却剂的水化学环境调节的方法,所述方法包括以下步骤:
在核电站机组启动阶段,获取核电站一回路中冷却剂的温度逐渐升高至预设的中温阈值后,通过核电站的反应堆冷却剂***RCS上预置的上充管线向一回路中注入氨水,直至一回路中冷却剂的氨含量达到预定值为止,且进一步通过核电站的反应堆冷却剂***RCS上预置的上充管线向一回路中继续注入氢氧化钾溶液,直至一回路中冷却剂的pH值等于10为止;其中,所述一回路中冷却剂在注入氨水及氢氧化钾溶液前后均不含硼离子和锂离子;处于所述核电站机组启动阶段的氨水和氢氧化钾作为碱化剂,且氨水在所述一回路中冷却剂内电离分解成氨根离子和氢氧根离子;
待核电站机组上行至满功率运行阶段后,对一回路中冷却剂的pH值进行周期性检测,并在一旦检测出一回路中冷却剂的pH值低于10时,均通过核电站的反应堆冷却剂***RCS上预置的上充管线继续向一回路中注入氨水和氢氧化钾溶液,直至一回路中冷却剂的氨含量维持在所述预定值,且pH值能维持在10为止;其中,处于所述核电站机组满功率运行阶段的氨水为氧气抑制剂,被辐照分解成氮气和氢气来抑制所述一回路中冷却剂内氧气的产生。
其中,所述方法进一步包括:
每次均通过核电站的反应堆冷却剂***RCS上预置的取样管对一回路中冷却剂的氨含量及pH值进行检测。
其中,所述一回路中冷却剂在核电站机组启动阶段注入氨水之前仅包括除盐除氧水。
其中,所述预定值为6mg/l;所述预设的中温阈值为80℃。
其中,当所述核电站机组满功率运行阶段时,所述一回路中冷却剂的温度升高至310℃。
实施本发明实施例,具有如下有益效果:
1、在本发明实施例中,由于一回路中冷却剂不添加硼酸,从而省略了硼酸的制备、存储等,节省了成本和占用空间;
2、在本发明实施例中,由于利用氨水电解成氨根离子和氢氧根离子的特性,采用氨水与氢氧化钾作为碱化剂来调节一回路中冷却剂的pH值,从而减少对燃料包壳和结构材料的腐蚀,同时利用氨水在高温辐照下产生氮气和氢气的特性,采用氨水作为氧气抑制剂来抑制一回路中冷却剂内氧气的产生,节省了氢气的制备及存储成本;
3、在本发明实施例中,由于不将调整硼酸浓度作为反应性控制的手段,因此可以去除由硼酸引进的正反应性温度系数(核电站的反应性温度效应是负的,即温度升高会自发地引起反应性降低),从而控制温度的进一步提高,对安全更有利。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1为本发明实施例提供的核电站基于无可溶硼冷却剂的水化学环境调节的方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
如图1所示,为本发明实施例中,提供的一种核电站基于无可溶硼冷却剂的水化学环境调节的方法,所述方法包括以下步骤:
步骤S1、在核电站机组启动阶段,获取核电站一回路中冷却剂的温度逐渐升高至预设的中温阈值后,通过核电站的反应堆冷却剂***RCS上预置的上充管线向一回路中注入氨水,直至一回路中冷却剂的氨含量达到预定值为止,且进一步通过核电站的反应堆冷却剂***RCS上预置的上充管线向一回路中继续注入氢氧化钾溶液,直至一回路中冷却剂的pH值等于10为止;其中,所述一回路中冷却剂在注入氨水及氢氧化钾溶液前后均不含硼离子和锂离子;处于所述核电站机组启动阶段的氨水和氢氧化钾作为碱化剂,且氨水在所述一回路中冷却剂内电离分解成氨根离子和氢氧根离子;
步骤S2、待核电站机组上行至满功率运行阶段后,对一回路中冷却剂的pH值进行周期性检测,并在一旦检测出一回路中冷却剂的pH值低于10时,均通过核电站的反应堆冷却剂***RCS上预置的上充管线继续向一回路中注入氨水和氢氧化钾溶液,直至一回路中冷却剂的氨含量维持在所述预定值,且pH值能维持在10为止;其中。处于所述核电站机组满功率运行阶段的氨水为氧气抑制剂,被辐照分解成氮气和氢气来抑制所述一回路中冷却剂内氧气的产生。
具体过程为,在步骤S1之前,即核电站机组启动之前,应配置出一回路中冷却剂,且该冷却剂不含硼离子和锂离子。其中,冷却剂仅包括除盐除氧水。
在步骤S1中,即核电站机组启动后,核电站一回路中冷却剂的温度随核电站机组温度升高也逐渐升高。待检测到一回路中冷却剂的温度达到预设的中温阈值(如80℃或其它温度)后,通过RCS上预置的上充管线向一回路中注入氨水,直至一回路中冷却剂的氨含量达到预定值为止,此时氨水作为碱化剂,在一回路中冷却剂内电离分解成氨根离子和氢氧根离子。为了提升一回路中冷却剂的碱性环境,减少一回路中冷却剂所载带的杂质对燃料包壳和结构材料的腐蚀,通过RCS上预置的充管线向一回路中注入氢氧化钾溶液(辅助性提升pH值碱性),直至一回路中冷却剂的pH值等于10为止,此时氢氧化钾作为辅助碱化剂,用以调节一回路中冷却剂的pH值。
此时,氨含量的预定值是通过不同核电站的机组类型进行合理设计出来的,且该预定值也为核电站满功率运行阶段,且pH值=10保持不变时,根据实际需要设计出来的固定值。在一个实施例中,预定值为6mg/l,该预定值是根据小型压水堆的实际运行环境得出的。
在步骤S2中,一回路中冷却剂的氨含量因核电站机组上行,以及上行至满功率运行阶段,因高温及辐照被分解成氮气和氢气而发生改变,需通过设置检测周期并对一回路中冷却剂的pH值及氨含量进行周期性检测。其中,核电站机组满功率运行阶段时,一回路中冷却剂的温度会升高至310℃或其它大于310℃的高温。
在每一次检测过程中,一旦检测出一回路中冷却剂的pH值低于10时,就会通过RCS上预置的充管线继续向一回路中注入氨水和氢氧化钾溶液,直至一回路中冷却剂的氨含量恒定为预定值(如小型压水堆设计的6mg/l),且pH值=10保持不变为止,这样又能使得氨水作为氧气抑制剂,通过被辐照分解成的氢气来抑制一回路中冷却剂内氧气的产生,同时还能确保一回路中冷却剂一直处于碱性环境,减少对燃料包壳和结构材料的腐蚀。
应当说明的是,核电站机组上行且未达到满功率运行的阶段,可以不需要向一回路中注入氨水和氢氧化钾溶液。
应当说明的是,一回路中冷却剂的pH值和氨含量的周期性检测可以根据实际需要进行等间隔时间设置或不等间隔时间设置,同时周期检测的起点可以是核电站机组上行并刚抵达至满功率运行状态时,也可以是核电站机组满功率运行一段时间后。同时,一回路中冷却剂在核电站机组所有运行状态下,至始至终都应不含硼离子和锂离子。
在本发明实施例中,不管核电站机组的运行位于什么阶段,则一回路中冷却剂的氨含量及pH值每次都是通过RCS上预置的取样管进行采样后检测出来的。
综上,本发明实施例的核电站基于无可溶硼冷却剂的水化学环境调节的方法,首先只需进行1级化学控制调节,即直接将一回路中冷却剂的pH维持在10,便可完成对一回路冷却剂pH的稳定控制;其次,由于使用无可溶硼冷却剂,在核电站整个寿期内,一回路中不添加硼酸,省略了硼酸的制备、存储等,节省了成本和占用空间;最后,因一回路中冷却剂的pH维持在10,使得一回路部分结构材料可以采用碳钢,可节约成本。
实施本发明实施例,具有如下有益效果:
1、在本发明实施例中,由于一回路中冷却剂不添加硼酸,从而省略了硼酸的制备、存储等,节省了成本和占用空间;
2、在本发明实施例中,由于利用氨水电解成氨根离子和氢氧根离子的特性,采用氨水与氢氧化钾作为碱化剂来调节一回路中冷却剂的pH值,从而减少对燃料包壳和结构材料的腐蚀,同时利用氨水在高温辐照下产生氮气和氢气的特性,采用氨水作为氧气抑制剂来抑制一回路中冷却剂内氧气的产生,节省了氢气的制备及存储成本;
3、在本发明实施例中,由于不将调整硼酸浓度作为反应性控制的手段,因此可以去除由硼酸引进的正反应性温度系数(核电站的反应性温度效应是负的,即温度升高会自发地引起反应性降低),从而控制温度的进一步提高,对安全更有利。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成,所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中,所述的存储介质,如ROM/RAM、磁盘、光盘等。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已,当然不能以此来限定本发明之权利范围,因此依本发明权利要求所作的等同变化,仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (5)
1.一种核电站基于无可溶硼冷却剂的水化学环境调节的方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
在核电站机组启动阶段,获取核电站一回路中冷却剂的温度逐渐升高至预设的中温阈值后,通过核电站的反应堆冷却剂***RCS上预置的上充管线向一回路中注入氨水,直至一回路中冷却剂的氨含量达到预定值为止,且进一步通过核电站的反应堆冷却剂***RCS上预置的上充管线向一回路中继续注入氢氧化钾溶液,直至一回路中冷却剂的pH值等于10为止;其中,所述一回路中冷却剂在注入氨水及氢氧化钾溶液前后均不含硼离子和锂离子;处于所述核电站机组启动阶段的氨水和氢氧化钾作为碱化剂,且氨水在所述一回路中冷却剂内电离分解成氨根离子和氢氧根离子;
待核电站机组上行至满功率运行阶段后,对一回路中冷却剂的pH值进行周期性检测,并在一旦检测出一回路中冷却剂的pH值低于10时,均通过核电站的反应堆冷却剂***RCS上预置的上充管线继续向一回路中注入氨水和氢氧化钾溶液,直至一回路中冷却剂的氨含量维持在所述预定值,且pH值能维持在10为止;其中;
处于所述核电站机组满功率运行阶段的氨水为氧气抑制剂,被辐照分解成氮气和氢气来抑制所述一回路中冷却剂内氧气的产生。
2.如权利要求1所述的核电站基于无可溶硼冷却剂的水化学环境调节的方法,其特征在于,所述方法进一步包括:
每次均通过核电站的反应堆冷却剂***RCS上预置的取样管对一回路中冷却剂的氨含量及pH值进行检测。
3.如权利要求1所述的核电站基于无可溶硼冷却剂的水化学环境调节的方法,其特征在于,所述一回路中冷却剂在核电站机组启动阶段注入氨水之前仅包括除盐除氧水。
4.如权利要求1所述的核电站基于无可溶硼冷却剂的水化学环境调节的方法,其特征在于,所述预定值为6mg/l;所述预设的中温阈值为80℃。
5.如权利要求1所述的核电站基于无可溶硼冷却剂的水化学环境调节的方法,其特征在于,当所述核电站机组满功率运行阶段时,所述一回路中冷却剂的温度升高至310℃。
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