壓水堆核電站一回路冷卻劑溶解氫含量測定方法概述

楊威

摘要：核電站一回路冷卻劑中溶解氫含量是重要的OTS（運行技術規范）參數。在核電站，共有在線溶解氫表、相分離-氣相色譜法、熱導式便攜氫表、容控箱理論計算這四種方法。本文即對這四種測量方法的測量原理、使用優缺點進行概述。

關鍵詞：一回路冷卻劑；溶解氫；相分離；容控箱

1前言

一回路冷卻劑在反應堆的強輻射條件下會分解，水輻照分解產生的強氧化性產物是引起一回路結構材料和設備腐蝕的主要原因之一，為降低水輻解生成的強氧化性產物的濃度，抑制水的輻解過程，通常采用向冷卻劑中加H2的辦法。在實際運行中，對于CPR1000的核電機組，使冷卻劑中溶解氫含量在20～50mL／kgH20范圍內， 一回路冷卻劑中溶解氫含量是重要的OTS（運行技術規范）參數，在壓水堆核電站，共有在線溶解氫表、相分離-氣相色譜法、熱導式便攜氫表、容控箱理論計算這四種方法。機組正常運行期間，一回路冷卻劑溶解氫含量的測量主要是通過在線溶解氫表的方式，當在線氫表不可用或在線表數據需要比對的時候，我們采用相分離-氣相色譜法、熱導式便攜氫表以及容控箱理論計算這三種方法進行測量。

2在線溶解氫表

在線溶解氫表連接在一回路化學和容積控制系統除鹽床入口，在線溶解氫表以法國阿?，mDH102-1型溶解氫表為例,其工作原理：

鈀合金在吸收了水中的氫氣后，其電阻值發生變化，由這種變化可以得出相應的氫氣濃度。在鈀合金被飽和后，必須令氫氣釋放，使鈀合金“解析”后才能做下一次測量，所以，氫表只能作間斷運行。

解析原理：通過取樣介質在反電極上產生100mA的再生電流，此時在工作電極上產生的氧迅速與鈀絲上吸附的氫結合從而實現再生的功能。反電極只參與再生，它不影響測量結果。

解析過程說明：解析時產生的電流直接影響到解析的效果。當電流小于100mA時，在工作電極上不能產生足夠的氧把鈀絲上的氫完全吸附，也就是說再生不夠徹底。這種現象一般出現在機組的壽期末，隨著機組運行到壽期末，一回路的硼濃度越來越低，根據化學技術規范的硼-鋰協調圖，一回路的鋰濃度也越來越低。當硼濃度低于100ppm，鋰的濃度應為0.8ppm左右，此時一回路的電導率約為8μS/cm。當硼濃度繼續下降時，一回路電導率也會隨之下降低于8μS/cm，此時電極與反電極間一回路水的阻抗會增加，導致再生電流達不到100mA引起再生效果不好，從而引起測量誤差。在現場判斷解析的方法：如果按下再生按鈕時氫表顯示低于25cm3/kg，就說明再生電流值不夠，需要進行再次再生；按下再生按鈕一分鐘后釋放時，只有當指針能夠達到5cm3/kg以下，才說明鈀測量絲吸附的氫已經被充分解析。在經過1.5小時后讀數，此時的讀數才會認為是可信的、準確的。

3相分離-氣相色譜法

相分離器工作原理.相分離器主要由脫氣裝置、取樣器和氮氣管線三部分組成，脫氣裝置由脫氣器和潷析器串聯組成，脫氣器連接到一回路取樣管線，通過控制進樣三通閥和出口三通閥來完成樣品循環，同時取到一定體積一定壓力且具有代表性的一回路冷卻劑樣品。潷析器與可移動的真空取樣器相連接，使系統壓力降低，完成樣品中氣相與液相的初步分離，同時通過氮氣鼓泡將脫氣器液體中的溶解氫從液相中載帶出來，通過氮氣吹掃將分離出的氫氣收集至取樣器中，然后取下取樣器用氣相色譜進行分析，便可計算出樣品中溶解氫的含量。

4熱導式便攜氫表

便攜氫表以奧比菲亞（Orbisphere）3654型熱導式溶解氫表為例， 3654型熱導式分析儀表的測量探頭是由氣體擴散膜、電加熱的熱導芯片、吹掃管路及相關組件構成。氣體擴散膜將熱導芯片與樣品隔開，在擴散膜和熱導芯片之間有一段小的封閉空間，該空間被吹掃氣周期性地充滿。在每次吹掃結束后，被測量的氫氣從樣品中通過膜擴散進來然后與芯片接觸，并改變了檢測器周圍氣體的熱導。因此，在一定的溫度下樣品中被測氣體含量變化與熱導的改變率成比例并反映到熱導芯片的輸出電壓上，芯片上輸出電壓的改變量被測量出來，得出被測氣體的濃度。該熱導式溶氫分析儀采用雙循環序列工作，在測量狀態下該循環周期大約為20s，每次循環由一個4s的吹掃周期和一個16s的采樣周期組成。吹掃周期中，吹掃氣吹出先前的樣品，并為下一次測量確立一個背景信號參考點（初始斜率）；采樣周期中，樣品中溶解的氫氣透過擴散膜，引起芯片上熱導的改變進而引起芯片的輸出電壓變化，結合溫度探頭的信號，儀器就可以計算出氣體的濃度。

5容控箱理論計算方法

CPR1000核電機組采用向一回路化學和容積控制系統容控箱加入氫氣的方法控制一回路溶解氫，容控箱運行參數如表1。

6結論

經過多年的運行實驗對比，上述四種分析方法各有優缺點。各種分析方法優缺點對比見表2。

對比優缺點，機組正常運行期間，一回路冷卻劑溶解氫含量的測量主要是通過在線溶解氫表的方式，當在線氫表不可用或在線表數據需要比對的時候，我們采用相分離-氣相色譜法、熱導式便攜氫表以及容控箱理論計算這三種方法進行測量。endprint