核电厂一回路硼水浓缩处理及分析

核电厂一回路硼水浓缩处理及分析

许艺萌

（福建福清核电有限公司，福建 福清 350318）

摘要：本文简述了核电厂硼回收系统功能和蒸发装置工艺流程，描述了硼回收系统蒸发装置在浓缩过程中所出现的问题，通过对运行中这些少见问题的分析及给出解决措施，保证了一回路硼水浓缩的合理处理及利用，对蒸发装置的运行工作有实际指导意义。

关键字：蒸发装置；V；V0；问题分析；解决方法。

蒸发装置的作用是将可复用的一回路排水分离成硼含量低于5ppm、氧含量低于0.1ppm 的蒸溜水和7000-7700 ppm 的浓硼酸溶液，分别送往蒸馏液和浓缩液监测槽。蒸发装置共两列，由预热器003EX(004EX)、加热器001RE(002RE)、蒸发器001EV(002EV)、旋风分离器和蒸馏液冷却器003CS(004CS)等组成。蒸发器采用外加热式自然循环型，用蒸汽加热流经预热器和加热器的反应堆冷却剂产生二次蒸汽，将水分分离出来。为了减少水蒸气中硼酸液滴和盐类的含量，二次蒸汽经旋风分离器和泡罩塔汽液分离后，进入蒸馏液冷凝器冷却成可复用的反应堆补给水，贮存在蒸馏液监测槽。于此同时，蒸发器内的硼酸逐渐浓缩至7000-7700ppm 的浓缩液，浓缩液流经005RF(006RF)冷却至后进入浓缩液监测槽供REA 硼酸箱复用。，本文就硼回收系统蒸发装置对于一回路硼水浓缩处理及利用的问题进行了描述和分析。

1．TEP蒸发器有9种标准运行状态

状态0：完全停运；

状态1：进料，向蒸发器和强制循环管线中加入料液；

状态2：升温，蒸发器开始由SVA加热蒸汽升温；

状态3：全回流，蒸发器、加热器和冷凝器运行；

状态4：浓缩液排放，排到浓缩液监测箱8TEP007BA；

状态5：蒸馏液生产，蒸馏液排放到蒸馏液监测箱8TEP005/006BA；

状态6：热备用，蒸发装置热态隔离，强制循环泵运行，蒸馏液全回流。

状态7：冷却，在蒸发器和强制循环管线内的料液被快速冷却。当蒸发器在状态6时，使用该工况；

状态8：排空，蒸发器内的料液输送到浓缩液监测箱8TEP007BA。当蒸发器在状态7或状态0时，使用该工况。

2.蒸发器启动过程中V 和V0 的含义作用及计算方法

2.1V0和V的含义:

1） V0：蒸发第一阶段所得到的蒸馏液体积(L) 。在第一阶段，在蒸发装置中，从进料浓度浓缩到最大浓度，第一批浓缩液排出之前（即表示的是把蒸发器中蒸发回路的溶液浓缩到硼浓度为最大硼浓度所排出的蒸馏液），这个阶段并不包含放料的操作。

2） V: 正常蒸发阶段(即两批浓缩液排放之间)所得到的蒸馏液体积(L)即指把刚放完料（同时进料0.25m3，这时相对来说硼浓度最低）的溶液和这个阶段的体积为V的进料浓缩到所需硼浓度所排出的蒸馏液。

2.2工艺过程计算，公式和例子

1）数据:

C=1500升—蒸发器回路的容积

W=250升—每次抽取的浓缩液容积

Гe=7500ppm—蒸发回路中的平均浓度

要进行的分析:

τ=在中间贮存罐中的硼浓度（以ppdm表示）

Гo =在蒸发发回路中的初始硼含量（蒸发器处在“状态3”时进行取样）

2）计算公式:

在浓缩液抽取期间硼含量的变化

△Г=W（Гe-τ）/C

Гe=7500ppmC=1500升W=250升

最大浓度（在浓缩液抽取开始之时）

Гmax=Гe+1/2△Г 计算第一次蒸馏液抽取的容积

Vo=C（Гmax-Гo）/τ

Гo=在蒸发器回路中的硼浓度计算随后抽取的蒸馏液容积

V=W（Гe-τ）/τ

3）理解

在日常生产计算时Гe=7500ppm；假定蒸发器体积C不变；假定蒸馏液中的硼忽略不计；假定向007BA排放的硼浓度为Гe。

a）V0计算

假定蒸发器体积C不变

开始时蒸发器进料V0*τ含硼溶液，排出V0*0等蒸馏液（还未排放浓缩液）硼守恒式子V0*τ+ C*Гo=C*Гmax+ V0*0

在V0之后的排放浓缩液时硼守恒，蒸发器进硼W*τ，排出硼W*Гe，守恒式子W*τ+ C*Гmax=W*Гe+ C*Гmin

b）V计算

假定蒸发器体积C不变，排完第一次浓缩液时（每次排完浓缩液时）的蒸发器内硼浓度为Гmin。

开始时蒸发器进料V*τ含硼溶液，排出V*0蒸馏液（还未排放浓缩液）硼守恒式子V*τ+ C*Гmin=C*Гmax+ V*0

在V之后的排放浓缩液时硼守恒，蒸发器进硼W*τ，排出硼W*Гe，守恒式子W*τ+ C*Гmax=W*Гe+ C*Гmin

c）令 △Г=Гmax-Гmin；Гe=（Гmax+Гmin）/2 可以得到Гmax=Гe+1/2△Г；Гmin=Гe-1/2△Г 带入到之前的浓缩液排放硼守恒公式

△Г=W（Гe-τ）/C Гmax=Гe+1/2△Г

带入到第一次蒸馏液V0时， Vo=C（Гmax-Гo）/τ；

带入到后续排放蒸馏液V值时， V=C*(Гmax-Гmin)/ τ

Гmax-Гmin=△Г=W（Гe-τ）/C V=W（Гe-τ）/τ

3．一回路硼水浓缩过程出现问题及解析

3.1 小流量累积导致浓缩液排放时间异常问题

现象描述：蒸发器启动期间，第一次触发浓缩液排放，浓缩液排放阀门仅短暂开启即关闭，紧接着便进行下次蒸发。

原因分析：蒸发装置在未排放浓缩液时，浓缩液流量计存在很小的流量示数（误差允许范围内），未完全归零，导致累积流量计（TEP505QD）根据TEP405MD示数一直在叠加。在进行浓缩液排放时，默认已经排放了之前的累积值。故上述现象发生。若未及时发现继续蒸发，则可能导致蒸发装置硼浓度异常升高，出现硼结晶现象。

解决方法：按照蒸发回路的硼浓度变化曲线，若第一次实际排放的浓缩液体积为W1。可将第一次的V值修改为V1，使硼浓度曲线按照原定曲线规律变化。保证平均硼浓度Ce不变。即V1/V= W1/W。V1= W1*V/W。

3 .2 大修期间换料水箱补水

现象描述：大修期间，换料水箱PTR001BA储存水量不足。

原因分析：大修下行阶段，由于主泵停运后，一台REA硼酸泵入口连接到 PTR001BA 维持自动补水功能而持续消耗 PTR001BA 中的硼水。机组上行，除了需要向反应堆水池、堆内构件池充水外，一回路充满水尚需要近 280m³的水，还有一回路充水排气及 RRA 等系统充水排气耗费的硼水，换料水箱硼水储量紧张。

解决方法：一般提前选择一个中间储存箱，制取与换料水箱硼浓度一致的硼水，确保额外有近 300 m³的硼水。中间储槽制硼的建议方法：使用中储槽浓缩蒸发的典操一直到硼浓度调整到位，达到目标硼浓度和液位后对中储槽打循环取样，满足向换料水箱补水要求后备用。

3.3 8TEP007BA浓缩液监测槽的溶液不合格

现象描述：8TEP007BA浓缩液监测槽的溶液取样硼浓度不合格。

原因分析：中间贮槽硼浓度混合不均匀或取样分析有误；蒸馏液流量计有故障，导致实际体积与指示体积不一致浓缩液流量计有故障，导致实际体积与指示体积不一致；相关SED水阀门内漏，导致环路硼浓度逐渐降低；在每批料生产期间进行了蒸馏液累积体积V值的清零；每批料生产期间使“第一次排放复位”，但没有重新计算和设定V0值。

解决方法：若硼浓度偏高（大于7700PPm）：对于蒸发环路，可将V值按估算结果调小,如果大于10000PPm，停运蒸发器，加入SED水稀释。对于硼酸储槽，可用蒸馏液贮槽的蒸馏液稀释。若浓度偏低(小于7200PPm)：对于蒸发环路，可将V值按估算结果调大。如果小于6500 PPm，停运蒸发器，重新计算V0和V值，再次启动。对于硼酸储槽，如果介于6500~7200PPm，可以考虑传输到REA（反应堆硼和水补给系统）稀释,小于6500 PPm时返回待接收的中间贮槽。

3.4 V0值计算为负

现象描述：V0排放结束后，系统内的硼浓度为当状态3取样的蒸发器硼浓度较大时,即，＞时，计算所得V0值为负。

原因分析：如果蒸发器中已有硼溶液已经高于目标工况下开始排浓缩液时的最高浓度，为达到目标概况，不仅不需要浓缩，还要稀释。但实际上无法通过蒸发稀释，只能将V0值设为0。这样，如果不改变V的值，会导致实际排放比目标硼浓度要高。所以当V0值比0小的较多时，需要对接下来的V值进行调整

解决方法： 此时可将V0值设置为0，第一次排放V值时，将V值设置为计算所得V值减去计算所得V0的绝对值，即V1=V-|V0|，后续排放V值时再将V值设置为开始计算所得的V值。

4．结论

本文主要是对核电厂一回路硼水浓缩过程进行分析，能加深对硼回收系统蒸发装置的掌握，对蒸发装置的运行工作有实际指导意义。

参考文献

[1]王哲.TEP硼回收系统手册[Z].福建:福清核电有限公司,2012.

[2]孙海波.中级运行培训教材[Z].福建:福清核电有限公司,2020.