PTR001DE更換樹脂對硼濃度的影響分析

宋逢兵

摘 要PTR001DE為混合樹脂，更換樹脂投運后會吸附硼，導致系統硼濃度降低，運行技術規范規定乏燃料水池或換料水箱硼濃度低于2300ppm時會產生不可用（以下簡稱I0），可能會導致違反技術規范。本文分析了PTR更換樹脂對乏燃料水池、換料水箱、反應堆水池硼濃度的影響，對更換樹脂導致的硼濃度降低提供了參考值。

關鍵詞更換樹脂;硼濃度;不可用;技術規范

1 PTR系統簡介

秦山第二核電廠PTR（反應堆換料水池和乏燃料水池冷卻和處理系統）的作用主要是保證乏燃料元件貯存池的持久冷卻、反應堆換料水池的注水、排水和凈化，為核燃料廠房的乏燃料水池和反應堆廠房的反應堆換料水池服務。除此之外，PTR系統還具有安全功能：保持乏燃料水池內乏燃料組件處于次臨界狀態;事故情況下，通過RCV系統向RCP系統緊急提供1560m3的2400±100ppm的硼酸溶液;提供屏蔽水層，對操作人員提供輻射防護;RRA退出運行工況下，保持RRA系統充滿2400ppm的硼水，防止一回路誤稀釋。其系統簡圖如圖1。

PTR001DE接在循環泵PTR001/002PO的出口處，循環的一部分水經過過濾器（001FI）進入除鹽器（001DE），再經過另一過濾器（002FI），返回到循環泵的吸入口。其主要功能是凈化乏燃料水池、換料水箱、反應堆水池，去除水中的腐蝕產物、裂變產物、和懸浮在水中的顆粒，以保持水中良好的能見度和降低放射性水平。凈化流量由設置的孔板來測量，還可根據經過過濾器和除鹽器的壓降變化定期調整閥門（121VB）來控制。凈化設計流量為60m3/h，最大不超過65m3/h。過濾器（001FI）能將>5um的懸浮顆粒過濾掉，過濾器（002FI）可防止除鹽器樹脂進入回路。進入除鹽器的最高允許溫度為60℃。

2 樹脂硼飽和

PTR001DE樹脂失效后，需更換新樹脂，新樹脂投運后會吸附硼，導致系統硼濃度降低。樹脂更換后投運，通過一定量的溶液，樹脂對硼的吸附即達到飽和狀態。試驗表明，硼溶液通入5倍樹脂體積時，流出液中才能測到硼;通入11倍體積時，樹脂趨于飽和，樹脂對硼元素的吸附接近平衡。硼飽和吸附曲線如圖2所示。

3 換樹脂導致系統硼濃度下降理論計算

PTR001DE樹脂體積為1.5m3，11倍體積即為? 1.5*11=16.5m3，不考慮管道體積，保守假設16.5m3硼水的硼全部被樹脂吸收，以及原樹脂床中的1.5m3清水進入系統情況下，對乏燃料水池、換料水箱、反應堆水池硼濃度下降情況分別進行計算。

3.1 乏燃料水池

3.2 換料水池

3.3 反應堆水池

4 PTR001DE更換樹脂導致硼濃度下降實例

2014年11月，4PTR001DE更換樹脂后，4PTR乏池硼濃度由2204ppm下降為2168ppm，降幅為36ppm。2017年5月，3PTR001DE更換樹脂后，3PTR001BA（換料水箱）硼濃度由2391ppm下降為2366ppm，降幅為25ppm。由此可見，理論計算與機組實際情況非常接近。

5 技術規范對乏燃料水池、換料水箱、換料水池硼濃度的規定

《秦山第二核電廠3、4號機組運行技術規范》對乏燃料水池硼濃度的規定為：在所有狀態下硼濃度都要求在2300ppm-2500ppm之間，如果小于2300ppm或大于2500ppm，都會導致產生一個第二組I0;對換料水箱PTR001BA硼濃度的規定為：正常冷停堆以上狀態，硼濃度都要求在2300ppm-2500ppm之間，如果小于2300ppm或大于2500ppm，都會導致產生一個第一組I0，在正常冷停堆及以下狀態，對硼濃度無要求;對反應堆水池硼濃度的規定為：反應堆水池只有在維修冷停堆、換料冷停堆、反應堆完全卸料狀態下才有水，且其為一回路水，在維修冷停堆、換料冷停堆狀態下硼濃度要求必須維持在2300-2500ppm之間，否則就是違反技術規范，在反應堆完全卸料狀態下無要求。由此可見，乏燃料水池、換料水箱、反應堆水池硼濃度下降有違反技術規范的風險。

6 結論

PTR001DE更換樹脂投運后硼飽和導致乏燃料水池、換料水箱或反應堆水池硼濃度下降幅度在20-40ppm之間，乏燃料水池由于總體積最小，硼濃度下降幅度最大。現階段由于機組水質較好，PTR001DE更換樹脂的操作頻率很低，運行人員和化學人員應充分重視PTR001DE更換后硼吸附效應的影響，建議：（1）改變操作方法，新樹脂裝填前先用2400ppm左右的硼水浸泡，硼飽和后再裝入混床;（2）維持現方式，在PTR001DE更換樹脂的典型操作票風險分析中添加新樹脂硼飽和會導致系統硼濃度降低20-40ppm的風險提示，投運前要求化學人員對在線水箱硼濃度進行取樣，并要求運行人員記錄并核對該硼濃度，如果硼濃度偏低則需補硼后再投運，防止投運后硼濃度低于技術規范要求值，避免違反技術規范。

參考文獻

[1]嚴衛龍，胡向盟.核級樹脂硼飽和狀態下的動力性能試驗.輻射防護通訊，2015（2）.

[2]秦山第二核電廠3、4號機組運行技術規范（000.13版）.