核電廠硼濃度監測系統參數設置

胡永強 盧裕夫 涂序平 伍東明

中圖分類號：TM623 文獻標識：A 文章編號：1674-1145（2019）5-184-01

摘 要 硼表對壓水堆一回路硼濃度進行實時監測，對調節堆芯控制反應性有著重要的意義，本文介紹了硼表高壓參數、甄別域參數值得選定方法，對硼表系統安全穩定運行以及維護有參考意義。

關鍵詞 核電廠 硼酸濃度 參數設置

在壓水堆一回路中，采用硼酸作為化學毒物來進行反應性的補償控制。通過調節一回路冷卻劑中的硼濃度來達到調節和控制反應性的目的。反應性控制作為核電廠運行的重中之重，因此必須有監測一回路冷卻劑硼濃度的設備，并以此設備測量所得的數據實施反應堆反應性控制策略。

在核電站常用的硼濃度測量中，主要有兩種方法：第一個是酸堿中和滴定法，化學人員對一回路冷卻劑進行取樣，然后在試驗室中使用滴定法分析得到硼濃度；第二個方法就是在線硼表測量，采用硼表對一回路的硼濃度進行在線測量。硼表測量系統主要由探測裝置、標定裝置、機柜、就地顯示箱及溫度變送器箱組成，本文將著重介紹該系統機柜中的參數設置。

一、硼表測量原理

通過探測裝置與核取樣回路連接，構成一個完整和獨立的反應堆及一回路系統硼濃度測量系統；探測裝置內部安裝有中子探測器和中子源，核電站主回路中的硼對熱中子具有很大的吸收截面。探測器輸出的脈沖信號計數率與探測器接收到的熱中子數成正比。硼濃度監測道通過對脈沖信號進行采集，數據處理單元通過中子計數率計算出回路中的硼濃度。通過長期在線監測反應堆及一回路系統內循環水中的硼濃度，當一回路中的硼濃度稀釋時，如果硼濃度偏差（相對于“設定值”）大于預設值（Δmg/L）時產生硼濃度偏差報警，防止堆功率的意外增長，確保運行安全；如果硼濃度值大于高值報警預設值，產生高值報警；如果硼濃度小于低值報警預設值時，產生低值報警。

二、高壓最優值的選取

涂硼正比計數管是一金屬圓管做成的，管內充以三氟化硼氣體。硼吸收中子后發出粒子使三氟化硼電離，一次電離所產生的電子在計數管內電場作用下加速并向集電極移動，它獲得的能量足以使其它分子電離，這些電子全部到達中心電極后，在負載電阻上就產生一個電壓脈沖，脈沖頻率與中子注量率水平成線性關系。

換言之，當工作電壓足夠大時，入射中子使BF3氣體發生所謂“氣體放大”，即次級電子在高電場作用下，在與氣體分子作相鄰兩次碰撞之間的自由程中積累了足夠的能量，以至可以使氣體分子再次被電離，每碰撞一次，電荷載流的數目增加一倍，電流以倍增系數A=2n（n為初級電子達到陽極的路徑上與氣體分子碰撞的平均次數）被放大，這就是說，中子探測器工作在“正比區”，利用正比氣體放大的特點制作的中子探測器叫“BF3正比計數管”，它的氣體放大倍數A在一定的外加電壓下是常數，A值甚至可以達到106。為了選取合適的工作電壓，實驗記錄了600V-820V中10個點的平均計數率，最后做出坪曲線圖，選取最平坦的一段作為工作電壓，實驗數據如圖1所示：

經過實驗測量數據繪制坪曲線圖，可以看出電壓在750V-800V之間坪曲線較平坦，可選780V作為探測器工作電壓。

三、甄別放大器最優電壓選取

為使硼表測量數據真實可靠，需盡量剔除本底噪聲信號，設置合理的甄別閾是剔除本底噪聲的有效方法。將探測器工作高壓調節到工作值后穩定5分鐘，從低到高逐步改變甄別閾值0.3V-1.4V，每10秒記錄一個點，待計數率穩定后記錄lO個數據并求平均計數，實驗數據如圖2所示：

經過實驗測量數據繪制閾壓曲線圖，可以看出甄別放大器電壓電壓在1.1V-1.2V范圍較平坦，可選1.2V作為甄別放大器電壓工作電壓。

四、實驗驗證

驗證試驗是在（30±1）℃的回路硼溶液溫度下，通過不斷改變回路中的硼溶液濃度獲取相應的中子計數率，通過上位機上顯示的硼濃度與化學滴定濃度進行比較。

采用等量置換方法將硼溶液濃度從高到低改變，根據硼濃度測量范圍0-2500mg/L，將量程分成兩段并分段擬合，第一段為0～1000mg/L，另一段是 1000mg/L-2500mg/L。

等量置換是指通過用一定體積的去離子水置換相同體積的硼溶液以達到將硼溶液稀釋到預計硼濃度的目的。等量置換公式為：Xn=P0 （V0-Vd）n / V0n，P0 為初始硼濃度，V0為回路內初始硼溶液體積，n為置換次數，Xn為對應置換次數下的理論硼濃度。上位機采集時間設置為10s，每個濃度采集10個點，計算出10個點的平均濃度。

待計數率穩定后進行取樣滴定分析，同時對兩組樣品進行滴定分析，計算滴定平均值，記錄計滴定濃度。與此同時，記錄下上位機計算出的10個點的平均值，記錄數據。待兩組數據都記錄完成后，取出3.5L體積的硼溶液，加入3.5L體積的去離子水，此時回路硼濃度理論值為2294.80 mg/L，待計數率穩定后進行取樣滴定分析，同時記錄上位機數據，完成14組滴定濃度、硼表濃度數據對獲取，記錄數據，繪制出滴定濃度與硼表濃度曲線，如圖3所示：

通過驗證試驗圖可以看出，在最優高壓值、最優甄別放大區電壓值下，滴定硼濃度曲線、硼表顯示濃度兩條曲線基本相似。可以認為780V為涂硼正比技術官最佳工作電壓值，1.1V為甄別放大器最優電壓值。

五、結語

本文對壓水堆硼濃度監測系統的參數選擇做了詳細的闡述，通過實驗數據得出探測器、甄別放大器的最佳工作電壓。通過與化學滴定硼濃度值得對比，表明硼表測量值非常準確，驗證了探測器、甄別放大器電壓設定的合理性，對硼濃度監測系統的安全穩定運行有一定的參考意義。