补充硼化下，一回路换水分析

补充硼化下，一回路换水分析

王芝

华能海南昌江核电有限公司  海南昌江 572733 

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一、 背景介绍：

2022-06-10，根据计划需要对一回路换水65m3，此时一回路总硼浓度为188ppm，硼酸 罐为2REA2110BA（取样硼浓度为7115ppm），已到达补充硼化的触发条件，根据主控室策 略，采取每次换水10-15m3的方式，总共5次完成一回路换水工作，本文就补充硼化下的换水操作，给出操作方法和后续建议。

二、 补充硼化分析：

2.1 什么是补充硼化以及触发条件？

当一回路总硼浓度低于某一具体硼浓度，导致自动补给计算的除盐水流量超过设计值（两台除盐水泵为80m3/h，单台为47m3/h），这样就导致无法同时启动硼酸泵和除盐水泵注入一回路。此时会优先启动除盐水泵注入除盐水，根据一回路当前硼浓度，计算与已向一回路注入的除盐水体积相匹配的硼酸体积，当硼酸体积超过0.037m3后，启动硼酸泵注入硼酸，此时的自动补给叫做补充硼化。补充硼化触发条件的计算公式如下：（数据以2022-06-10当日为例）T2000逻辑中按照硼守恒原理设计，补给到一回路的总流量=REA注入的硼浓度*注入硼浓

度的流量/一回路总硼浓度=2.2*7115/188=83.26m 3 /h。补给到一回路的总流量(逻辑忽略硼酸泵出口2.2m3 /h的流量，将总流量全部考虑为除盐水泵出口流量，有导致补充硼化提前的影响)

大于80m3/h，则会启动补充硼化。

公式中的说明：1. 2.2m3 /h,代表硼酸泵注入最小流量，目前逻辑中为2.2m3 /h；

2. 7115ppm，为当前使用硼酸罐的总硼浓度（2REA0010RG-设置值）-修正因子；直接用硼酸罐硼浓度，不太影响计算结果。

2.2 补充硼化动作原理？

自动补给启动后，优先启动除盐水泵，至于启动多少台除盐水泵，与VCT实测液位有关（流量计算公式：（1.95-VCT实测液位值）*320，目前二号机存在TCA，VCT液位下降到1.85m，才会启动自动补给，此时除盐水流量为32m3 /h。随着2RCV3212VP开大，VCT液位会持续下降，当VCT液位下降到1.803m，会启动两台除盐水泵，因为此时对应的除盐水流量为47m3 /h。 因此实际换水过程中，若只想单台除盐水泵运行，则VCT液位不得低于1.803m，对应 2RCV3212VP-开度约为30%左右），当除盐水流量开始注入后，逻辑中硼酸体积开始累计，

当对应的硼酸体积累计超过0.037m3后，硼酸泵启动开始注入硼酸。需要注意的是，硼酸泵注 入期间，除盐水流量也还在注入，因此硼酸体积此时也在不停的累计，直到累计体积低于0.001m 3（硼酸注入为负积分，除盐水注入对应的硼体积为正积分，本文后续会讲解），硼酸泵注入才会停止。

2.3 补充硼化反应性预估

本次一回路总硼浓度：188ppm，硼10：69ppm，硼化体积：0.037m3（对应稀释体积约为：1.4m3），因此在硼酸泵启动注入前，稀释已引入的反应性约为+12.1pcm，对应P棒下插约10步（未考虑补充慢化剂温度效应）。相反当出现补充硼化，而此时除盐水流量又较小时（这种情况会在换水停运过程中出现），就会引入-12.1pcm的反应性（实测反应性约有-15pcm），控制棒可能会提升10步。

2.4 补充硼化最大的风险点在哪？

当每次换水体积的接近目标值时，主控会手动缓慢开关2RCV3212VP-，随着 2RCV3212VP-的关闭，除盐水注入流量会慢慢变小（VCT液位上涨，对应的除盐水流量下降），但自动补给停止信号是需要VCT液位上涨到2m，才能复归。因此会出现硼酸泵注入已停止，但除盐水泵还在小流量持续注入的现象，需要注意的是此时仍然处于补充硼化阶段，当此时除盐水流量累计算出的硼酸体积超过0.037m3时（当一回路总硼浓度接近补充硼化硼浓度定值期间，非常容易发生），硼酸泵会再次注入，此时将引入大量负反应性（0.037m3对应的负反应性），若不及时干预，将会导致控制棒很快提升。(图中红色为，关2RCV3212VP-过程中，出现的补充硼化现象，当时主控室第一时间启动了稀释，复位补充硼化)

2.5 补充硼化情况下，主控室应该如何进行换水操作？

根据机组验证，当前按照如下的操作方法，可实现平稳换水，控制棒动作幅度较小，另外每次换水体积，建议不超过15m3。

1. 提前预估本次换水需要使用TEP罐子的体积，包括除盐水罐和硼酸罐，一方面保证除 盐水供给能满足换水的要求，另外一方面保证接受一回路冷却剂的TEP罐子有足够的接水 空间，避免出现TEP罐子意外隔离的风险；

2. 进行反应性计算，提前预估本次补充硼化对应的反应性，预估控制棒动作步数，如本 次补充硼化前会先稀释：1.4m3，对应控制棒约为10步，若硼酸泵启动注入，硼化体积： 0.037m3，对应控制棒也约10步；

3. 通过稀释硼化调节控制棒P棒棒位，使其离H棒至少10步（根据第二步，计算设置，后续不一定是10步）以上，比如2号机当前H棒参考棒位为382步，则P棒换水开始前，不得超过372步。

4. 在换水前，通过稀释，将平均温度控制在偏热一点（补充硼化阶段，一般偏硼化）；

5. 使用2REA0022CG-和2REA0042CG-复归硼酸体积和除盐水体积，作为每次换水的体 积计算，两者相加就是本次换水的体积（建议不要使用TEP罐子液位来计算，误差过大）；

6. 主控缓慢开启2RCV3212VP-，尽量不要超过36%的开度，建议在29%左右开度，这样可以以避免VCT液位低于1.803m（启动两台除盐水泵），即单台除盐水泵即可满足注入要求；

7. 当VCT液位低于1.85m后，检查自动补给信号触发，除盐水泵启动，检查除盐水流量稳定；

8. 约几分钟后，检查硼酸泵启动开始注入；

9. 等待换水体积接近本次预期换水体积；

10.主控开始缓慢关闭2RCV3212VP，时机必须选择在硼酸泵出口调节关闭时瞬间；（因为关闭2RCV3212VP-，会导致除盐水出口流量减少，而此时硼酸泵出口流量维持在2.2m3/h最小值不会变化，因此当关闭2RCV3212VP-，会导致堆芯的一个硼化现象，因此关闭2RCV3212VP-时，必须保证硼酸泵未注入）

11.当VCT液位上涨时，观察2REA除盐水泵出口流量开始减少。

12.根据堆芯冷热情况，启动手动稀释或者手动硼化，将VCT液位补给到2m，复位自动补给信号，避免硼酸泵异常注入。（建议选择稀释，因为当VCT液位为1.80m，补给到2m，

稀释体积约0.2*5.15=1.01m3，对应最大反应性也仅为+9pcm；若选择硼化，建议体积不

要超过0.015m3）

三、结论：

1. 一回路在低于约195ppm左右，开始进入补充硼化阶段，此阶段自动补给，会先启动 除盐水注入，当与之对应的硼酸注入体积累计达到0.037m3时，启动硼酸泵注入硼酸，完成一次补充硼化过程。此后就是一个动态积分过程，除盐水流量不停的累计，一旦到达0.037m3的硼酸体积，硼酸泵就会再次启动注入，当需要注入的硼酸体积低于0.001m3时，硼酸泵注入停止；

2. 一回路总硼浓度在低于20ppm后，自动补给启动后，将仅有除盐水泵注入，此时不能 通过自动补给换水；

3. 补充硼化，最大的风险点发生在关闭2RCV3212VP-停止换水的过程中，若此时硼酸注入突然启动，会导致堆芯变冷，引起控制棒提升（因为此时除盐水流量很小，而硼酸流量固定在2.2m3 /h最小值，相当于在硼化，随着燃耗加深，此现象将更加明显）。建议方案是，关闭2RCV3212VP-的时机，应该选择在硼酸泵停止注入的瞬间开始关闭（两次硼酸注入之间，大约有几min的间隙），随后直接启动稀释，将VCT液位补给到2m，以复归自动补给信号（此时引入的反应性不超过+10pcm，可以接受），以避免硼酸泵非预期注入，期间2RCV3212VP-需持续脉冲关闭；