核電站硼表和氫表運(yùn)行原理概述

代磊

（大亞灣核電運(yùn)營管理有限責(zé)任公司，廣東 深圳 518000）

1 硼表原理簡介

硼表用于連續(xù)監(jiān)測反應(yīng)堆冷卻劑硼濃度，并顯示在主控室監(jiān)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(tài)下，反應(yīng)堆的有效停堆裕量，并對意外稀釋進(jìn)行監(jiān)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(dāng)REN的硼水經(jīng)過取樣容器時，中子源發(fā)射的中子被硼水吸收后，剩余的中子進(jìn)入裂變電離室發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生脈沖信號，進(jìn)入電子機(jī)柜進(jìn)行處理，再經(jīng)過軟件處理后，轉(zhuǎn)換成硼濃度值送到相應(yīng)的指示。此外，裂變電離室內(nèi)有1個溫度補(bǔ)償探頭，用于補(bǔ)償溫度對測量的影響。

正常運(yùn)行情況下，硼表測量值存在波動。波動原因為中子源發(fā)射中子的不穩(wěn)定性造成，根據(jù)維修手冊,中子源發(fā)射中子的偏差為10%。這樣使得探頭測量到的中子數(shù)目不停變化，經(jīng)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(fù)50ppm以內(nèi)，偶爾波動70～80 ppm是有可能的。所以硼濃度應(yīng)以一段時期的平均值為準(zhǔn)——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(yīng)是平均值，偶爾一次波動導(dǎo)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(chǎn)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(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)硼濃度(包括硼10與硼11)和硼表(僅為B10)產(chǎn)生的數(shù)據(jù),模擬一條二次曲線,確定硼表各項參數(shù)，可以做到測量值與取樣值在偏差范圍內(nèi)。在硼表投運(yùn)后，一回路硼酸溶液中硼10與硼11的比例與校驗用標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)的消耗，它與中子反應(yīng)式為B+n→Li+He，這樣就造成了硼10與硼11比例發(fā)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(shù)據(jù)對（X，Y）→（中子計數(shù)率，硼濃度），模擬一條二次曲線，由曲線計算出相關(guān)參數(shù)。并不是所有的中子計數(shù)率X對應(yīng)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(shù)據(jù)對的過程中也會產(chǎn)生偏差，該偏差主要體現(xiàn)在曲線中，校驗規(guī)程中硼表的再鑒定標(biāo)準(zhǔn)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(yùn)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(shù)值為取樣罐里的硼濃度，在大修進(jìn)行硼表校驗時，每個取樣點都需要25min以上才能穩(wěn)定。因此，在進(jìn)行稀釋后，需要穩(wěn)定后,取樣的結(jié)果才能與硼表的數(shù)值進(jìn)行對比，如果穩(wěn)定時間不夠，可能會產(chǎn)生偏差。

3 硼表故障原理分析

根據(jù)EFS統(tǒng)計,從2005年到2011年,硼表共故障36次，分析發(fā)現(xiàn)硼表產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)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(diào)整硼表內(nèi)部的參數(shù)RC對硼表的指示進(jìn)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(shè)備出現(xiàn)了故障，需通過檢查故障指示燈和板件指示燈狀態(tài)，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(xiàn)偏差報警，需要進(jìn)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(jìn)行判斷，根據(jù)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(fā)生器600合金傳熱管的腐蝕，REN013MG用于在線連續(xù)測量一回路水中的溶解氫，并維持一回路氫含量不超過運(yùn)行限值，氫表為法國CITA公司生產(chǎn)的DH102型的氫表，其電極結(jié)構(gòu)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(qiáng)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(chǎn)生100mA的再生電流。在工作電極上由于電解產(chǎn)生氧，迅速與鈀絲上吸附的氫結(jié)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(zhì)產(chǎn)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(jié)果進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

5 硼表故障模式分析

查詢氫表故障歷史，從EFS統(tǒng)計的氫表偏差的統(tǒng)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(shù)及電極均正常；

②檢查氫表介質(zhì)流量/壓力/溫度均正常，在設(shè)計范圍內(nèi)；

③氫表漂移多出現(xiàn)在壽期末，硼濃度較低時，隨著機(jī)組運(yùn)行到壽期末，一回路的硼濃度越來越低，根據(jù)化學(xué)技術(shù)規(guī)范的硼-鋰關(guān)系，一回路的鋰濃度也越來越低。當(dāng)硼濃度低于100ppm，鋰的濃度應(yīng)為0.8ppm左右，此時一回路的電導(dǎo)率約為8us/cm。

氫表設(shè)計運(yùn)行條件要求：“被測介質(zhì)電導(dǎo)應(yīng)＞8us/cm、＜100us/cm（25度）”。當(dāng)硼濃度繼續(xù)下降時，一回路電導(dǎo)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(dǎo)致再生電流達(dá)不到100mA要求，導(dǎo)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(jù) 反對的證據(jù) 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(xiàn)過該故障板件故障會引發(fā)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?，F(xiàn)場確認(rèn)取樣參數(shù)穩(wěn)定以前沒有發(fā)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(jī)組特性導(dǎo)致，目前采用以下改進(jìn)行動：在機(jī)組壽期末，氫表出現(xiàn)漂移時執(zhí)行臨時措施，“每次讀數(shù)前在主控室對氫表再生3次，每次1分鐘，間隔半分鐘，經(jīng)過1.5小時后讀數(shù)（以前是要求經(jīng)過1小時后讀數(shù)）”，以保證機(jī)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(zhí)行臨時措施后，不要進(jìn)行探頭零點的沖洗，避免出現(xiàn)讀數(shù)的偏差。