核電站硼表和氫表運行原理概述

代磊

（大亞灣核電運營管理有限責任公司，廣東 深圳 518000）

1 硼表原理簡介

硼表用于連續監測反應堆冷卻劑硼濃度，并顯示在主控室監盤上，可以直讀及計算一定時間的平均值，由記錄儀記錄硼濃度的變化趨勢，以確定在不同的停堆狀態下，反應堆的有效停堆裕量，并對意外稀釋進行監測，對主控室操縱員加以提醒。

由于硼對中子具有吸收性，所以硼表的探頭前有一中子源，在探頭和中子源之間有一容器，里面裝有取樣的REN的硼水。中子源為3ci的中子源，硼表的探頭為CFUM11/RTC型裂變電離室，當REN的硼水經過取樣容器時，中子源發射的中子被硼水吸收后，剩余的中子進入裂變電離室發生反應，產生脈沖信號，進入電子機柜進行處理，再經過軟件處理后，轉換成硼濃度值送到相應的指示。此外，裂變電離室內有1個溫度補償探頭，用于補償溫度對測量的影響。

正常運行情況下，硼表測量值存在波動。波動原因為中子源發射中子的不穩定性造成，根據維修手冊,中子源發射中子的偏差為10%。這樣使得探頭測量到的中子數目不停變化，經過板件處理后，就會造成指示的波動，正常情況下，波動在正負50ppm以內，偶爾波動70～80 ppm是有可能的。所以硼濃度應以一段時期的平均值為準——按下ESAD上的“AVERAGE”按鈕，所得為最近5次測量值的平均值。和取樣值比較的也應是平均值，偶爾一次波動導致偏差超過50ppm不具代表性。

2 硼表測量值與取樣值存在偏差原因分析

2.1 硼10的同位素硼11產生的影響

硼酸溶液中包含硼10和硼11兩種同位素，對熱中子吸收產生主要作用的為硼10。從硼表測量原理上來看，硼表真實反映的是硼10濃度的變化，而OPC取樣分析的硼濃度是硼10與硼11的總和，兩種測量方法在被測對象上存在不同。

硼表大修校驗時，是按照OPC給出的標準硼濃度(包括硼10與硼11)和硼表(僅為B10)產生的數據,模擬一條二次曲線,確定硼表各項參數，可以做到測量值與取樣值在偏差范圍內。在硼表投運后，一回路硼酸溶液中硼10與硼11的比例與校驗用標準溶液中比例不完全一致，造成測量值有偏差，原因為B10與中子反應的消耗，它與中子反應式為B+n→Li+He，這樣就造成了硼10與硼11比例發生了改變。

2.2 硼表校驗方法引起誤差

硼表校驗的方法也會引起誤差，硼表校驗是選取15個數據對（X，Y）→（中子計數率，硼濃度），模擬一條二次曲線，由曲線計算出相關參數。并不是所有的中子計數率X對應的硼濃度點Y都在這條二次曲線上，更多的是分布在曲線上下，從測量值來看就是偏低或偏高，這也造成了硼表的偏差。另外,校驗過程中OPC的取樣和獲取數據對的過程中也會產生偏差，該偏差主要體現在曲線中，校驗規程中硼表的再鑒定標準要求為1%的精度(1000ppm以上)和10ppm(1000ppm以下)，硼表量程為0～2800ppm,所以在1000ppm以上時最大偏差為28ppm.

2.3 取樣時一回路硼濃度不均勻

在正常功率運行期間，稀釋后，一回路硼濃度均勻需要一定的時間，取樣時間長短對于硼表的指示也存在影響。硼表有一個取樣罐，硼表測量的數值為取樣罐里的硼濃度，在大修進行硼表校驗時，每個取樣點都需要25min以上才能穩定。因此，在進行稀釋后，需要穩定后,取樣的結果才能與硼表的數值進行對比，如果穩定時間不夠，可能會產生偏差。

3 硼表故障原理分析

根據EFS統計,從2005年到2011年,硼表共故障36次，分析發現硼表產生偏差的原因主要是硼表測量校驗原理造成。

硼表真實反映地是硼10濃度的變化，而OPC取樣分析的硼濃度是硼10與硼11的總和，一回路硼酸溶液中硼10與硼11的比例與校驗用標準溶液中比例不完全一致，造成測量值有偏差。

大修中硼表的校驗方法,采用模擬一條二次曲線,造成測量值有偏差。通過調整硼表內部的參數RC對硼表的指示進行修正，使硼表指示與OPC取樣值一致。

可用性判斷如下：如果記錄儀、REN012ID、KIT等顯示消失時，表明硼表的設備出現了故障，需通過檢查故障指示燈和板件指示燈狀態，通過查詢故障代碼，確定故障情況。此情況下，硼表不可用；如果出現偏差報警，需要進行檢查，判斷是正常報警還是異常報警，可以通過查詢歷史記錄進行判斷，根據情況判斷硼表是否可用。

4 氫表原理簡介

為防止一回路水的輻射分解引起的氧化、鋯的氫脆以及防止蒸汽發生器600合金傳熱管的腐蝕，REN013MG用于在線連續測量一回路水中的溶解氫，并維持一回路氫含量不超過運行限值，氫表為法國CITA公司生產的DH102型的氫表，其電極結構原理圖如右：

氫表探頭測量電極是一根金屬鈀絲，利用鈀具有很強吸附氫的能力，其阻值隨氫濃度成比例變化的特性來測量氫含量：

鈀吸附氫后不能自行解析（使已吸附氫離開鈀絲非常困難），只能通過該表的再生功能：即通過反電極產生100mA的再生電流。在工作電極上由于電解產生氧，迅速與鈀絲上吸附的氫結合完成解吸附功能。反電極僅用于電極再生，即再生時，在電極與反電極間加上直流電壓，通過取樣介質產生再生電流。測量電極還安裝有PT100鉑電阻用于溫度測量，對測量結果進行溫度補償。

5 硼表故障模式分析

查詢氫表故障歷史，從EFS統計的氫表偏差的統計來看,從2012年到2017年,一共有19次，維修部門分析如下：

①檢查氫表探頭特性參數及電極均正常；

②檢查氫表介質流量/壓力/溫度均正常，在設計范圍內；

③氫表漂移多出現在壽期末，硼濃度較低時，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-鋰關系，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8us/cm。

氫表設計運行條件要求：“被測介質電導應＞8us/cm、＜100us/cm（25度）”。當硼濃度繼續下降時，一回路電導率也會隨之下降低于8us/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要求，導致再生效果不佳，引起測量誤差。

引起氫表測量誤差或故障的可能模式及分析：

序號 可能的故障模式 支持的證據 反對的證據 可能性電極鈍化 更換電極后，故障仍存在1 2 3 4二次表頭故障取樣流量、壓力、溫度變化電極再生效果不好或再生功能失效引起測量誤差，以前出現過該故障板件故障會引發測量誤差異常波動工況實測再生電流不足100mA專用電阻箱檢查正常現場確認取樣參數穩定以前沒有發生該問題低 低低高

通過分析可知，氫表故障主要是壽期末機組特性導致，目前采用以下改進行動：在機組壽期末，氫表出現漂移時執行臨時措施，“每次讀數前在主控室對氫表再生3次，每次1分鐘，間隔半分鐘，經過1.5小時后讀數（以前是要求經過1小時后讀數）”，以保證機組壽期末對一回路氫濃度的測量及停堆前的一回路吹掃要求；由于壽期末再生能力不足,在執行臨時措施后，不要進行探頭零點的沖洗，避免出現讀數的偏差。