摘要：核电厂反应堆冷却剂系统的硼浓度一般通过人工取样或人工取样与设置硼表相结合的方式进行监测。某机组只设置了人工取样，从运行方面考虑将增设在线式硼表。本文将讨论该机组中增设在线式硼表的必要性。
关键词：核电厂；硼浓度；在线式硼表
一、概述
核电厂反应堆冷却剂系统的反应性一部分是通过硼来控制的，硼是以硼酸的形式通过辅助系统加入到冷却剂中的。为了更好的控制反应堆冷却剂系统的反应性，电厂中的操纵人员需要掌握一回路中反应堆冷却剂的硼浓度以指导其操作，因此需要实时或间歇性的对一回路中的硼浓度进行监测。
核电厂一般通过人工取样或人工取样与设置硼表相结合的方式对硼浓度进行监测。人工取样的优点是数据准确，可直接用于电厂的运行。其缺点是无法实时的监测硼浓度，而且两次取样之间存在空窗期，如增加取样频度会增加人员的负担。
硼表的优点是可以在线实时监测硼的浓度，还可以减少人员的负担。但是硼表的测量误差比较大，电厂正常运行时其读值一般只作为参考。
二、增设在线式硼表
1、硼表的分类及特点
硼表主要分为三种类型：密度法硼表、滴定法硼表和中子源硼表。其中核电厂应用比较广泛的是中子源硼表。
中子源硼表的工作原理是由传感器（一次仪表）和信号处理单元（二次仪表）组成。工作原理为利用硼水的10B同位素对慢中子具有吸收效应的特性，当被测量的含硼溶液通过管道时，各向同性的快中子源发射出的快中子穿透管壁与硼水中的氢核发生多次碰撞被慢化后，一部分热中子被10B所吸收；另一部分热中子散射到探测器，由探测器记录下来。当硼浓度越高时被吸收的热中子越多，则被记录的中子数量就越少，反之亦然。这样通过对探测器单位时间内的脉冲信号经过一定的放大、整形、滤波等处理之后，并通过计算及修正之后，可得到硼水中硼酸的浓度。
上述过程的主要影响因素有中子源强度、极化电压、探测器老化、被测介质及其他因素。其在测量的过程也存在一些问题，在工作状态时，探测器表面的中子剂量率较高（约达到3mSv/h）。调试、维护人员在进行相应操作时受到剂量较大。
图1 硼表位置示意图
2、增设在线式硼表的方案
目前的方案是在净化回路三通阀V062上游管线L072和L721之间。详见图1。因为该处的反应堆冷却剂具有代表性，可以充分的反应一回路中冷却剂的化学特性，还可以避开除盐床可能对硼浓度测量的影响[1]。增设该硼表后，主控室操纵员可方便的实时读取反应堆冷却剂的硼浓度，且硼表可在反应堆冷却剂硼浓度下降50ppm时触发报警，提醒主控室操纵员可能存在误稀释操作。
三、目前机组的设置
该机组采用MSHIM 模式，MSHIM是指用机械补偿模式控制反应堆功率和轴向功率偏差，这是一种先进的堆芯控制策略，大部分国内运行的二代及二代加机组均未采用该技术[1]。MSHIM的策略是通过高、低价值控制棒的组合对反应性进行机械控制，其运行模式主要原理是大部分时间内依靠控制棒进行燃耗补偿、快速反应性变化和功率的调节。在整个运行期间，由于使用控制棒代替调节可溶硼进行堆芯反应性控制，因此只需阶段性调节硼浓度[2]。当阶段性调节硼浓度时，将稀释水量、硼化水量和注锌水量等信息发送给堆芯在线监测系统，BEACON 系统根据当前状态的硼浓度自动计算堆芯状态调整后硼浓度。BEACON是目前全球应用最广泛的堆芯监测系统，其利用堆外中子探测器、堆芯出口热电偶、堆内可移动探测器的测量数据，进行堆芯监视、测量数据分析以及预测。BEACON的显著技术特点是能进行非稳态下的堆芯监测，该技术目前的发展已趋于成熟[4]。
核电厂正常运行时，两次硼浓度调节操作期间，堆芯硼浓度是不变的。将堆芯功率、堆芯冷却剂入口温度、控制棒组位置等信息发送给堆芯在线监测系统，BEACON 系统再结合当前堆芯的燃耗数据能够自动计算相应堆芯状态下的临界硼浓度。并可通过人工取样标定的方法来得到当前堆芯的真实硼浓度，当两者存在偏差时，通过K-Bias 校刻方法，可保证BEACON 计算的本征值或临界硼浓度比较准确，且BEACON 在其他电厂上己有丰富的运行应用经验，计算准确度应是可信赖的。如果堆芯硼浓度发生异常变化，将导致堆芯状态参数变化，例如冷却剂入口温度变化，进二步将导致控制棒动作。当堆芯在线监测系统接收到变化后的堆芯状态参数时，BAECON 系统自动计算相应堆芯状态下的临界硼浓度，因而能够间接地监测硼浓度异常变化。
另一方面，BEACON 系统还具有停堆裕量监测功能，即执行指定停堆裕量下的停堆堆浓度计算，然后当前堆芯的运行硼浓度进行比较，以判断能否满足要求的停堆裕量。从安全性的角度来说，目前的硼稀释事故分析均没有采用硼浓度监测相关的假设，该机组 通过防止硼误稀释系统保障核电厂安全。
四、结论
1、在线式硼表可以实时监测一回路的硼浓度便于核电厂的运行，但其也存在读数不精确以及受环境因素影响比较大导致运行不稳定等缺点。
2、该机组采用MSHIM模式，与其他机组相比减少了运行期间一回路硼浓度的调节频率。同时该机组设置的BEACON系统可根据各个参数计算出下一阶段堆芯的临界硼浓度并且通过人工取样进行校验，该设置完全可以满足反应堆的正常运行要求。综上所述，该机组无需添加实时监测反应堆冷却剂系统硼浓度的在线式硼表。
参考文献
[1]化学和容积控制系统说明书。
[2]王静卉，王金雨等，MSHIM运行模式在M310机组的初步应用研究，核动力工程，2015。
[3]刘洋，王照等，AP1000堆芯动态仿真程序开发，核动力工程，2014。
[4]戴青，陈笑松，BECAON堆芯在线监测系统概述，原子能科学技术，2013。
论文作者:张志明,王志超
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第29期
论文发表时间:2018/3/12
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