核電乏池補(bǔ)水硼酸濃度控制的LabView仿真研究

劉文瓊

關(guān)鍵詞：乏池；硼濃度；液位。

核電廠乏池用于存儲從堆芯卸出的乏燃料以及即將裝入堆芯的新燃料以及在核電廠大修過程中用于燃料倒換操作存儲堆芯卸出或?qū)⒀b入的核燃料。乏池中需注滿要求液位和濃度的硼酸水，以確保實(shí)現(xiàn)以下安全功能：通過覆蓋水層提供良好的生物防護(hù)；保證存放在乏池中的燃料組件處于次臨界狀態(tài)；同時(shí)通過設(shè)置的冷卻回路排出貯存地已輻照燃料元件所釋放的余熱。

? 一、核電廠乏池補(bǔ)水硼酸濃度控制需求分析

為確保上述安全功能，典型的M310堆型壓水堆核電廠《運(yùn)行技術(shù)規(guī)范》要求乏池水位不低于19.3m，乏池硼酸濃度在2100ppm～2300ppm（平衡循環(huán)后要求乏池硼酸濃度控制在2300ppm～2500ppm間）。當(dāng)乏池液位因?yàn)樾孤┗蚴撬舭l(fā)引起下降時(shí)，需要對乏池及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)水（硼酸或除鹽水），以確保乏池液位和硼濃度滿足技術(shù)規(guī)范要求，確保其安全功能的實(shí)現(xiàn)。

LabVIEW是專為測試、測量和控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)的系統(tǒng)工程軟件，具有強(qiáng)大的仿真功能，圖形化編程功能強(qiáng)大，可以用于開展核電廠乏池補(bǔ)水硼酸濃度控制的研究和設(shè)計(jì)，開發(fā)實(shí)用的控制程序。

? 二、核電廠乏池補(bǔ)水的方法

乏池液位因?yàn)樾孤┗蚴撬舭l(fā)引起下降時(shí)，可以通過液位監(jiān)視和液位報(bào)警發(fā)現(xiàn)，需要及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)水提升液位。

由于乏池水分日常蒸發(fā)或設(shè)備故障引起的泄漏將導(dǎo)致乏池水位下降及硼酸流失，因此日常在乏池液位降低后，需要及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)水，由于乏池液位下降主要是蒸發(fā)引起的，日常乏池補(bǔ)水一般使用核島除鹽水系統(tǒng)（SED）對乏池補(bǔ)充除鹽水。

? 三、核電廠乏池補(bǔ)水計(jì)算方法

乏池由于蒸發(fā)引起液位下降，需執(zhí)行對乏池進(jìn)行補(bǔ)水操作。重新補(bǔ)充的SED水會使乏池硼濃度有一定的下降，根據(jù)補(bǔ)水前乏池的硼濃度CB0、乏池補(bǔ)水前后液位，利用乏池溶液中含有硼酸總量不變可以估算出補(bǔ)水完成后的硼濃度。

乏池液位初始液位標(biāo)高為H1，初始取樣硼濃度CB0，執(zhí)行乏池補(bǔ)水操作票，計(jì)劃補(bǔ)水到目標(biāo)液位標(biāo)高H2。由于乏池底部標(biāo)高為7.5m，同時(shí)忽略循環(huán)回路中的硼水，進(jìn)行計(jì)算：

CB0*（H1-7.5）*A=CB1*（H2-7.5）*A， A為乏池截面積乏池初始液位為H0=19.47m，初始硼濃度CB0=2232ppm，執(zhí)行乏池補(bǔ)水操作票，目標(biāo)液位H1=19.53m，由此進(jìn)行估算。

由CB0*（H0-7.5）*A=CB1*（H1-7.5）*A，可得補(bǔ)水完成后的硼濃度CB1=2220.9ppm，經(jīng)與補(bǔ)水后化學(xué)專業(yè)人員取樣測定的硼濃度為2223ppm，對比驗(yàn)證說明該計(jì)算方法可信。

? 四、基于LabView仿真的核電廠乏池補(bǔ)水硼酸濃度控制程序設(shè)計(jì)：

? 1.設(shè)計(jì)思路?

根據(jù)上述計(jì)算方法，可將初始液位、初始硼濃度、目標(biāo)液位作為輸入量，利用計(jì)算公式，計(jì)算出補(bǔ)水后的目標(biāo)硼濃度，同時(shí)設(shè)定硼濃度低限，用于與目標(biāo)硼濃度計(jì)算值比較，觸發(fā)報(bào)警燈用于提醒，考慮到硼濃度取樣地誤差，設(shè)置預(yù)報(bào)警燈（高于硼濃度低限50ppm）用于警示，若目標(biāo)硼濃度計(jì)算值觸發(fā)預(yù)報(bào)警燈亮（紅色），則在乏池液位低，需要補(bǔ)水時(shí)，不能補(bǔ)充來自核島除鹽水系統(tǒng)（SED）的清水，而需要補(bǔ)充硼水。

利用LabVIEW軟件編程，在LabVIEW前面板中使用“液位計(jì)”控件，液位計(jì)量程和最高值參照乏池底部標(biāo)高（7.5m）和最高水位（乏池滿溢液位19.65m）。設(shè)計(jì)乏池“初始液位”和“初始硼濃度”“目標(biāo)液位設(shè)定值”“硼濃度低限設(shè)定值”“目標(biāo)硼濃度計(jì)算值”輸入控件/顯示控件，設(shè)計(jì)繪制“小于低限報(bào)警”和“接近低限預(yù)報(bào)警”燈，用于進(jìn)行預(yù)警和觸發(fā)報(bào)警提醒，避免補(bǔ)水引起硼濃度超限。程序設(shè)計(jì)使用“while”循環(huán)，當(dāng)點(diǎn)擊退出程序時(shí)，即可退出循環(huán)程序。結(jié)合補(bǔ)水后乏燃料水池硼濃度計(jì)算方法，在LabVIEW中設(shè)計(jì)出程序框圖，如圖1所示：

在LabVIEW前面板工具欄中將設(shè)計(jì)的程序轉(zhuǎn)換成名為“核電廠乏燃料水池補(bǔ)水硼濃度計(jì)算程序”的exe格式應(yīng)用程序，并進(jìn)行安裝。當(dāng)需要對乏池補(bǔ)水時(shí)，運(yùn)行該程序，通過輸入初始液位、初始硼濃度、目標(biāo)液位以及設(shè)定硼濃度低限，就可以計(jì)算出補(bǔ)水到目標(biāo)液位后的目標(biāo)硼濃度值，并對目標(biāo)硼濃度與設(shè)定的硼濃度低限進(jìn)行報(bào)警和預(yù)報(bào)預(yù)警判斷提醒，如圖2所示。

? 2.使用方法：

登錄“核電廠乏燃料水池補(bǔ)水硼濃度計(jì)算程序”界面后，按以下步驟執(zhí)行：

①對界面中數(shù)據(jù)初始化，填寫乏池初始液位和初始硼濃度；

②填寫目標(biāo)液位設(shè)定值和硼濃度低限設(shè)定值；

③運(yùn)行仿真程序，計(jì)算出目標(biāo)硼濃度計(jì)算值；

④確認(rèn)“小于低限報(bào)警”和“接近低限預(yù)報(bào)警”燈狀態(tài)情況，若燈均為綠色，則可以根據(jù)目標(biāo)液位設(shè)定值對乏池進(jìn)行補(bǔ)水。

對于出現(xiàn)預(yù)報(bào)警的情況，可以采取減少補(bǔ)水目標(biāo)液位，提升補(bǔ)水后的目標(biāo)硼濃度，對于出現(xiàn)小于低限報(bào)警的情況，則需考慮采用硼酸箱（如換料水箱、硼酸溶液貯存箱）來的硼酸水對乏池進(jìn)行補(bǔ)水提升液位。

綜上所述，通過LabVIEW編程設(shè)計(jì)出“核電廠乏燃料水池補(bǔ)水硼濃度計(jì)算程序”可以提前對乏池補(bǔ)水的硼濃度進(jìn)行計(jì)算，提高了乏池補(bǔ)水硼濃度計(jì)算的工作效率，可有效避免人因失誤，用于指導(dǎo)乏池的補(bǔ)水工作，以避免補(bǔ)水失誤引起乏池硼濃度超低限，導(dǎo)致運(yùn)行事件的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[1]臧希年.核電廠系統(tǒng)及設(shè)備[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[2]嚴(yán)雨，夏寧.LabVIEW入門與實(shí)戰(zhàn)開發(fā)100例[M].北京：電子工業(yè)出版社，2017.

（作者單位：衡陽市第八中學(xué)）