不同工況下TEP蒸發器V0/V值設置的研究

佟振華 祝永剛

（中國核電工程有限公司，北京 100840）

1 概述

1.1 TEP概述

TEP為硼回收系統的簡稱。作為核電站三廢系統中最重要的一個系統，其系統功能包括：

（1）接收來自核島疏水和排氣系統（RPE）的一回路含氫冷卻劑，為反應堆冷卻劑排水提供足夠的貯存容積。

（2）處理收集的廢液并分離為水和硼酸，以供一回路復用。

（3）在反應堆運行壽期末，接收化學和容積控制系統（RCV）的下泄流，直接除硼。

（4）換料停堆前對一回路冷卻劑除氣。

1.2 TEP蒸發單元概述

TEP由凈化、硼/水分離和除硼三部分組成。蒸發裝置屬于硼/水分離部分，用于將經過凈化處理后的廢液進行硼水分離，得到含硼量（≤5ppm）的蒸餾液和硼濃度為7000~7700ppm的濃硼酸。合格的濃硼酸和蒸餾液送往REA系統作為硼和水的補給。

2 不同工況下TEP蒸發器V0﹑V值的設置

2.1 TEP蒸發器V0/V的計算原理

在硼水分離過程中，蒸餾液和濃縮液的排放是交替進行的，為了得到硼濃度符合標準的濃縮液，要經過計算得到蒸發器的V0﹑V值。

圖1 蒸發回路硼濃度變化曲線（V0＞0）

圖2 蒸發回路硼濃度變化曲線（V0＜0）

TEP蒸發器V0/V的計算公式是基于硼酸質量守恒的原理推導出來的，在推導過程中，做如下幾種假設：

（1）蒸發回路中所含廢液的體積保持不變，為1500L。

（2）在排放蒸餾液（濃縮液）的過程中，同時有廢液流入蒸發回路，且所排放的蒸餾液（濃縮液）的體積與從中間儲槽流入蒸發回路中的廢液體積相等。

（3）在排放蒸餾液（濃縮液）的過程中，蒸發回路中的硼濃度成線性變化。

（4）排放蒸餾液和濃縮液是交替連續進行的，忽略閥門開、閉以及濃縮液冷卻時間等。

在推導過程中用到的參數定義如下：

蒸發裝置回路的容積：Vt=1500L

每次排放的濃縮液容積：W=250L

每次排放的濃縮液的平均硼濃度：Ce=7200ppm

V0：首次排放的蒸餾液體積（L）

V：正常排放蒸餾液的體積（L）

C0：蒸發器環路中的硼濃度（等于中間儲槽內液體的硼濃度）（ppm）

由圖1可知：

從T0到T1，開始第一次排放蒸餾液，蒸發器回路中的硼濃度從C0升高到Cmax，到達T1時，排放蒸餾液體積為V0，在這段時間內，蒸發回路中硼含量的變化值為Vt（Cmax-C0），從中間儲槽流入到蒸發回路中的硼含量為V0C0，根據硼的質量守恒得到等式（1）

由式（1）可以得到V0=Vt（Cmax-C0）/C0

從T1到T2，開始排放濃縮液，蒸發器回路中的硼濃度從Cmax下降到Cmin，到達T2，排放濃縮液的體積為W，在這段時間內，蒸發器回路中硼含量的變化值為Vt（Cmax-Cmin）=Vt△C，排放的濃縮液中硼含量為W Ce，從中間儲槽流入蒸發器回路中的硼含量為W C0，根據硼的質量守恒得到等式（2）

表1 循環后硼濃度計算結果

由式（2）可以得到△C=W（Ce-C0）/Vt

從T2到T3，開始正常排放蒸餾液，蒸發器回路中的硼濃度從Cmin升高到Cmax，到達T3時，排放蒸餾液體積為V，在這段時間內，蒸發回路中硼含量的變化值為Vt（Cmax-Cmin）=Vt△C，從中間儲槽流入到蒸發回路中的硼含量為V C0，根據硼的質量守恒得到等式（3）

由式（3）可以得到V=Vt（Cmax-Cmin）/C0=Vt△C/C0=W（Ce-C0）/C0。

根據式（1）~（3）便可以求出V0和V值，通過計數器（501QD和503QD/502QD和504QD）分別設置V0和V值，從而得到符合要求的蒸餾液和濃縮液。

2.2 跳機后V0/V的重新設置

試驗當中，由于諸多原因，比如堵泵現象的發生，閥門無法正常開閉等，會發生跳機現象或手動停止試驗。待問題得到解決后，需要對V0/V值進行重新設定。

按照系統設計手冊規定，一旦發生跳機的狀況后，需要將蒸發器內的液體排空，待然后再按照正常的情況從狀態0走到狀態5。這樣費時費力，經過我們分析，不難發現，在發生跳機后，在狀態3時重新測定蒸發器環路中的硼濃度（C）和中間儲槽內的硼濃度（C0），通過計算，便可直接由狀態3按照硼濃度守恒可以推導出

此外，上述計算公式還適用于以下幾種情況。

（1）中間儲槽切罐，例如當002BA內的廢液處理完畢后，需要接著處理003 BA（004BA）內廢液后，只要重新測定003 BA（004BA）內廢液內的硼濃度（C0）和此時蒸發回路中的硼濃度（C），便可由公式（4）~（6）計算出V0/V值。

2.3 根據化驗結果計算出V0值為負值

根據公式（4）V0=Vt（Cmax-C）/C0，如果蒸發回路原來的硼濃度C偏高，即C＞Cmax時，則計算出V0為負值。由于我們不同通過稀釋的方法將蒸發裝置內的硼酸濃度降下來，而且通過狀態8進行排液的操作比較繁瑣，需要經過較長的冷卻時間，可行性不大。此時，我們將V0/V值設置為較小的正值，例如10L，在狀態4時，將蒸發器內的高濃度硼酸（250L）排到007BA，同時，從中間儲槽002BA中進料250L，實現對蒸發器內高濃度硼酸的稀釋。由于蒸發回路的容積為1500L，每次排放的濃縮液體積為250L，經過6次排放后蒸發回路中的硼濃度便降了下來，然后將蒸發器重新啟動到狀態“3”，重新化驗計算V0、V值，如果V0＞0，則可進行蒸發處理工作。

例：C=10698ppm，C0=316ppm，Ce=7200ppm，Vt=1500L

則根據公式（5）計算得到△C=1147ppm，進而得到Cmax=7774ppm

根據公式（4），計算得到V0=-13881＜0

將V0/V值均設置為10L，W設置為250L，計算每次循環后的Cmax、△C、Cmin和Ce值。

從T0到T1，開始第一次排放蒸餾液，蒸發器回路中的硼濃度從C升高到Cmax1，到達T1時，排放蒸餾液體積為V0。在這段時間內，蒸發回路中硼含量的變化值為Vt（Cmax1-C），從中間儲槽流入到蒸發回路中的硼含量為V0C0，根據硼的質量守恒得到等式（7）

由式（7）可以得到Cmax1=（V0C0+ VtC） /Vt

從T1到T2，開始排放濃縮液，蒸發器回路中的硼濃度從下降到，到達T2，排放濃縮液的體積為W。在這段時間內，蒸發器回路中硼含量的變化值為，排放的濃縮液中硼含量為，從中間儲槽流入蒸發器回路中的硼含量為W C0，根據硼的質量守恒得到等式（8）

從T2到T3，開始排放蒸餾液，蒸發器回路中的硼濃度從Cmin1升高到Cmax2，到達T3時，排放蒸餾液體積為V。在這段時間內，蒸發回路中硼含量的變化值為Vt（Cmax2-Cmin1），從中間儲槽流入到蒸發回路中的硼含量為VC0，根據硼的質量守恒得到等式（10）

同樣，對T3到T4直到T12利用硼守恒，逐步計算，便可求出每次循環后的Cmax、△C、Cmin和Ce值。結果下表1所示。

由表1可以知道，經過6次排放后蒸發回路中的硼濃度降低到4134ppm，然后將蒸發器重新啟動到狀態“3”，重新化驗計算V0、V值，則可進行蒸發處理工作。

3 結論

在TEP硼回收系統的蒸發單元中，確定正確的V0/V值將對濃縮液的硼濃度產生重要的影響。硼濃度過高，將會導致硼結晶，出現管道堵塞等問題。硼濃度過低，無法滿足REA硼和水補給系統的需求。本文就蒸發器V0/V值的計算原理，跳機后V0/V的重新設置以及根據化驗結果計算出V0值為負值時的情況進行了討論，給出了各種工況下如何正確地計算出V0/V值，從而進行正常的蒸發處理工作，為調試、運行工作提供理論指導。

[1]石雷，9TEP002EV硼濃度升高的一級分析[Z].

[2]胡雅惠，9TEP007BA硼濃度偏高的一級分析[Z].