CN109559836A - 一种核电站基于无可溶硼冷却剂的水化学环境改善的方法 - Google Patents

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魏川清
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张立德
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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改善的方法，包括在核电站机组启动阶段，获取到一回路中冷却剂的水化学环境的温度逐渐升高至预设的中温阈值后，通过RCS上充管线向一回路中注入氢氧化锂溶液，直至冷却剂中锂离子浓度达到预定值为止；其中，冷却剂注入氢氧化锂溶液之前后均不含硼离子；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，一旦检测出pH值低于7.2，就通过RCS上充管线继续向一回路中注入氢氧化锂溶液，直至锂离子浓度恒定为预定值，使得pH值维持7.2为止。实施本发明，通过省略可溶硼的制备及其协调策略，有利冷却剂的水化学环境的稳定，还节省成本、简化控制策略以及减缓腐蚀。

Description

一种核电站基于无可溶硼冷却剂的水化学环境改善的方法
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改善的方法。
背景技术
核电站一回路中冷却剂的水化学环境初始pH值为6.9，目标pH值为7.2。但现有核电站采用天然硼控制堆芯反应性，就会导致燃料寿期初核电站一回路中冷却剂的水化学环境中硼离子浓度较高，因此为保证燃料寿期初pH=6.9，需将锂离子浓度提高至3.5mg/kg。按照一般改进化学控制策略的思路，此时就应确保锂离子浓度恒定，随机组燃耗加深而会使得硼离子浓度降低，当pH值升高至目标值7.2时，需协调硼离子浓度和锂离子浓度来维持pH值不变，即硼锂协调控制。
但是，为防止机组在高锂离子浓度下运行时间过长，需首先在核电站一回路中冷却剂的水化学环境的pH值升高至7.0时，便开始减小锂离子浓度，并一直保证pH=7.0；其次，待锂离子浓度从最高的3.5mg/kg降至2.2mg/kg时，再维持锂离子浓度恒定，使pH值随硼离子浓度降低逐渐升高至目标值7.2；然后，便协调硼锂离子浓度，使pH=7.2保持不变，如图1所示。
然而，上述核电站一回路中冷却剂的水化学环境pH值调节方法存在以下不足之处：（1）操作过程复杂，还因燃料寿期初为保持pH值=6.9，使得硼离子在该环境下呈酸性会对核电站一回路结构材料造成腐蚀风险；（2）为了控制核电站一回路中冷却剂的水化学环境的硼离子浓度，需要设立控制一回路可溶硼制备、储存、添加、回收和过滤的设备和***，不仅工艺流程和设备配置非常复杂，占用空间，还加大了化学添加剂的使用量、运行操作难度、投入成本。
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改善的方法，省略了可溶硼的制备及调硼相关的运行操作，有利于冷却剂的水化学环境的稳定，还节省成本、简化冷却剂的水化学环境控制策略以及避免核电站一回路结构材料的腐蚀。
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改善的方法，所述方法包括以下步骤：
在核电站机组启动阶段，获取到核电站一回路中冷却剂的水化学环境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氢氧化锂溶液，直至一回路中冷却剂已含有锂离子的水化学环境中的锂离子浓度达到预定值为止；其中，所述一回路中冷却剂的水化学环境在注入氢氧化锂溶液前后均不含硼离子；
待核电站机组上行至满功率运行阶段后，对一回路中冷却剂已含有锂离子的水化学环境的pH值进行周期性检测，并在一旦检测出一回路中冷却剂已含有锂离子的水化学环境的pH值低于7.2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氢氧化锂溶液，直至一回路中冷却剂已含有锂离子的水化学环境中的锂离子浓度恒定为所述预定值，使得一回路中冷却剂已含有锂离子的水化学环境的pH值能维持在7.2为止。
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水化学环境中的锂离子浓度及pH值进行检测。
其中，所述冷却剂的水化学环境在核电站机组启动阶段注入氢氧化锂溶液之前仅包括除盐除氧水。
其中，所述预定值为0.7mg/kg；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已含有锂离子的水化学环境的温度升高至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，由于一回路中不添加硼酸，省略了可溶硼的制备及调硼相关的运行操作，能够防止一回路冷却剂呈酸性，减少了一回路相关设备材料的腐蚀，节省了成本、简化了冷却剂的水化学环境控制策略，保证了冷却剂水化学环境的稳定性；
2、在本发明实施例中，由于只用氢氧化锂调节一回路冷却剂pH值，不需中和硼酸，简化了核电站一回路中的水化学控制过程，减少了调控pH的变量控制数量（即不需要将pH定为6.9，再随着燃耗的加深，将pH值升至7.0与7.2），便可完成对一回路冷却剂pH的稳定控制，也减少氢氧化锂的使用量；
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为现有技术中核电站一回路中冷却剂的水化学环境采用硼锂协调控制时，锂离子浓度和硼离子浓度随pH值变化而变化的曲线图；
图2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改善的方法的流程图。
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改善的方法，所述方法包括以下步骤：
步骤S1、在核电站机组启动阶段，获取到核电站一回路中冷却剂的水化学环境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氢氧化锂溶液，直至一回路中冷却剂已含有锂离子的水化学环境中的锂离子浓度达到预定值为止；其中，所述一回路中冷却剂的水化学环境在注入氢氧化锂溶液前后均不含硼离子；
步骤S2、待核电站机组上行至满功率运行阶段后，对一回路中冷却剂已含有锂离子的水化学环境的pH值进行周期性检测，并在一旦检测出一回路中冷却剂已含有锂离子的水化学环境的pH值低于7.2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氢氧化锂溶液，直至一回路中冷却剂已含有锂离子的水化学环境中的锂离子浓度恒定为所述预定值，使得一回路中冷却剂已含有锂离子的水化学环境的pH值能维持在7.2为止。
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，且该冷却剂的水化学环境在注入氢氧化锂溶液之前不含硼离子。其中，冷却剂仅包括除盐水，如除盐除氧水。
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水化学环境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水化学环境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氢氧化锂溶液，直至一回路中冷却剂已含有锂离子的水化学环境中的锂离子浓度达到预定值为止，使得冷却剂的水化学环境克服了现有技术中硼锂协调控制时pH=6.9的酸性环境对一回路相关设备材料的腐蚀。
此时，锂离子浓度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，冷却剂的水化学环境的pH值=7.2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0.7mg/kg，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，一回路中冷却剂的水化学环境已经含有锂离子，在核电站机组上行至满功率运行阶段后，通过设置检测周期并对一回路中冷却剂已含有锂离子的水化学环境的pH值进行周期性检测。其中，核电站机组满功率运行阶段时，一回路中冷却剂已含有锂离子的水化学环境的温度会升高至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已含有锂离子的水化学环境的pH值<7.2时，就会通过RCS上预置的上充管线继续向一回路中注入氢氧化锂溶液，直至一回路中冷却剂已含有锂离子的水化学环境中的锂离子浓度恒定为预定值（如小型压水堆设计的0.7mg/kg），使得pH值=7.2保持不变为止。
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，是不需要向一回路中注入氢氧化锂溶液，即省略了现有技术中硼锂协调控制时pH值从6.9至7.0的变化控制。
应当说明的是，一回路中冷却剂已含有锂离子的水化学环境的pH值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。
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水化学环境中的锂离子浓度及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改善的方法，首先只需进行1级化学控制调节，即直接将一回路pH维持在7.2，便可更快的完成对一回路冷却剂pH的稳定控制，却不需要先将pH值定为6.9，再随着燃耗的加深，将pH值升至7.0与7.2；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，能够防止一回路冷却剂呈酸性，减小了一回路相关设备的腐蚀，同时省略了硼酸制备的流程及设备配置，节省了布置空间及成本；最后，相对于硼锂协调控制时锂离子浓度=2.2 mg/kg，用氢氧化锂调节一回路冷却剂pH值时，也会减少氢氧化锂的使用量。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
1、本发明实施例中，由于一回路中不添加硼酸，省略了可溶硼的制备及调硼相关的运行操作，能够防止一回路冷却剂呈酸性，减少了一回路相关设备材料的腐蚀，节省了成本、简化了冷却剂的水化学环境控制策略，保证了冷却剂水化学环境的稳定性；
2、在本发明实施例中，由于只用氢氧化锂调节一回路冷却剂pH值，不需中和硼酸，简化了核电站一回路中的水化学控制过程，减少了调控pH的变量控制数量（即不需要将pH定为6.9，再随着燃耗的加深，将pH值升至7.0与7.2），便可完成对一回路冷却剂pH的稳定控制，也减少氢氧化锂的使用量；
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改善的方法，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水化学环境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氢氧化锂溶液，直至一回路中冷却剂已含有锂离子的水化学环境中的锂离子浓度达到预定值为止；其中，所述一回路中冷却剂的水化学环境在注入氢氧化锂溶液前后均不含硼离子；
待核电站机组上行至满功率运行阶段后，对一回路中冷却剂已含有锂离子的水化学环境的pH值进行周期性检测，并在一旦检测出一回路中冷却剂已含有锂离子的水化学环境的pH值低于7.2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氢氧化锂溶液，直至一回路中冷却剂已含有锂离子的水化学环境中的锂离子浓度恒定为所述预定值，使得一回路中冷却剂已含有锂离子的水化学环境的pH值能维持在7.2为止。
2.如权利要求1所述的核电站一回路中冷却剂的水化学环境改善的方法，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水化学环境中的锂离子浓度及pH值进行检测。
3.如权利要求1所述的核电站一回路中冷却剂的水化学环境改善的方法，其特征在于，所述冷却剂的水化学环境在核电站机组启动阶段注入氢氧化锂溶液之前仅包括除盐除氧水。
4.如权利要求1所述的核电站一回路中冷却剂的水化学环境改善的方法，其特征在于，所述预定值为0.7mg/kg；所述预设的中温阈值为80℃。
5.如权利要求1所述的核电站一回路中冷却剂的水化学环境改善的方法，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已含有锂离子的水化学环境的温度升高至310℃。
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