壓水堆核電站硼表自動(dòng)標(biāo)定方法

吳金泉 史政林 熊炎 林偉財(cái)

摘 要 壓水堆核電站中的硼表是用來在各種工況下對一回路冷卻劑的硼濃度進(jìn)行自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測的工具，硼表監(jiān)測是反應(yīng)堆反應(yīng)性監(jiān)測控制的重要手段之一，因此長期準(zhǔn)確監(jiān)測反應(yīng)堆堆芯硼濃度是一項(xiàng)非常重要的工作，防止反應(yīng)堆及一回路系統(tǒng)中的硼被意外稀釋而引起反應(yīng)堆功率的意外增長。本文簡要介紹了壓水堆核電站硼表的工作原理和自動(dòng)標(biāo)定的方法。

【關(guān)鍵詞】核電站 硼表 自動(dòng) 標(biāo)定

硼表即是專門針對核電站反應(yīng)堆及一回路系統(tǒng)中的硼濃度的在線監(jiān)測專用的唯一設(shè)備。由于硼表的長期連續(xù)運(yùn)行，儀器工作點(diǎn)可能發(fā)生緩慢漂移，為保證硼濃度測量的準(zhǔn)確性與可信度，每個(gè)燃料循環(huán)周期后必須對硼表進(jìn)行標(biāo)定校準(zhǔn)，這也是核電站正常運(yùn)行的一項(xiàng)重要保障措施。

1 測量原理

硼表的測量原理如圖1所示。

通過探測裝置與核取樣回路連接，構(gòu)成一個(gè)完整和獨(dú)立的反應(yīng)堆及一回路系統(tǒng)硼濃度測量系統(tǒng)；一回路的硼水經(jīng)旁路流入探測裝置，并返回主回路，探測裝置內(nèi)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(hào)計(jì)數(shù)率與探測器接收到的熱中子數(shù)成正比。硼表通過對脈沖信號(hào)進(jìn)行采集，數(shù)據(jù)處理單元通過中子計(jì)數(shù)率計(jì)算出回路中的硼濃度。通過長期在線監(jiān)測反應(yīng)堆及一回路系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)水中的硼濃度，回路中的溫度將影響回路中硼水的密度和熱中子能量，導(dǎo)致硼的有效微觀截面的變化，從而影響硼濃度的測量結(jié)果。為提高硼濃度測量精度，探測裝置中增加溫度測量，在硼濃度計(jì)算轉(zhuǎn)換時(shí)通過測量回路中的溫度值進(jìn)行溫度修正。

2 硼表的標(biāo)定

硼表的標(biāo)定是通過對不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)硼溶液分別測出對應(yīng)的中子計(jì)數(shù)率值，通過二次擬合數(shù)學(xué)關(guān)系獲取等溫標(biāo)定系數(shù)。在特定的實(shí)驗(yàn)條件下，即中子源強(qiáng)度、中子探測器的特性均為常量，高壓和甄別閾電壓均設(shè)置在最優(yōu)點(diǎn)時(shí)，通過不斷改變回路中的硼溶液濃度獲取相應(yīng)的中子計(jì)數(shù)率，建立計(jì)數(shù)率n與濃度P之間的函數(shù)關(guān)系，即：

其中：a、b、c為二次擬合系數(shù)；n為硼濃度為P時(shí)的中子計(jì)數(shù)率；P為硼濃度

一旦建立了上述函數(shù)關(guān)系，即可通過測量計(jì)數(shù)率和溫度就能確定相應(yīng)的硼濃度了，這是硼表標(biāo)定的出發(fā)點(diǎn)和歸宿點(diǎn)。

在儀表投入運(yùn)行后，中子源強(qiáng)度，中子探測器特性的漸變均可視為零，它對計(jì)數(shù)率無影響，而極化電壓和甄別電壓又設(shè)置在最優(yōu)點(diǎn)，即使有較小的波動(dòng)，在最優(yōu)點(diǎn)鄰域變化率甚微，對計(jì)數(shù)率變化的影響極小。由于儀表標(biāo)定時(shí)的實(shí)驗(yàn)條件與實(shí)際運(yùn)行相一致，故經(jīng)標(biāo)定所建立的數(shù)學(xué)模型是有效的。但上述標(biāo)定并非一勞永逸，隨著時(shí)間的推移，中子源強(qiáng)度，中子探測器特性等漸變的積累必將導(dǎo)致運(yùn)行條件和前述實(shí)驗(yàn)條件的不一致，此時(shí)，應(yīng)考慮對儀表重新標(biāo)定，以獲取新的數(shù)學(xué)模型。硼表標(biāo)定時(shí)間長且繁瑣，記錄數(shù)據(jù)多，耗費(fèi)人力物力。

3 自動(dòng)標(biāo)定的難點(diǎn)及解決方法

3.1 自動(dòng)采集中子計(jì)數(shù)率的設(shè)計(jì)

硼表標(biāo)定是通過對不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)硼溶液分別測出對應(yīng)的中子計(jì)數(shù)率值，最后通過二次擬合數(shù)學(xué)關(guān)系獲取等溫標(biāo)定系數(shù)。要實(shí)現(xiàn)核電站硼表自動(dòng)標(biāo)定，就必須研究在現(xiàn)有硼表系統(tǒng)中如何在標(biāo)定過程不同的硼濃度時(shí)實(shí)時(shí)的采集相對應(yīng)的中子計(jì)數(shù)率，才能為后續(xù)的標(biāo)定規(guī)程和方法實(shí)現(xiàn)提供可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，因而自動(dòng)采集不同硼濃度的中子計(jì)數(shù)率是最為關(guān)鍵的技術(shù)。為解決這一問題，利用內(nèi)存分析技術(shù)獲取硼表軟件的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)中子計(jì)數(shù)率等關(guān)鍵數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集。

3.2 自動(dòng)標(biāo)定功能穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)

硼表標(biāo)定結(jié)果的準(zhǔn)確性關(guān)系到核電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行，核電站硼表自動(dòng)標(biāo)定支持系統(tǒng)能否投入實(shí)際應(yīng)用，關(guān)鍵在于自動(dòng)標(biāo)定過程是否穩(wěn)定，標(biāo)定結(jié)果是否準(zhǔn)確可靠，因而自動(dòng)標(biāo)定功能穩(wěn)定可靠是直接關(guān)系到研究成果能否投入實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵問題。為解決這一關(guān)鍵問題，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行穩(wěn)定性判斷。

在硼表標(biāo)定過程中，化學(xué)人員在就地配置相應(yīng)硼濃度，配置好之后，系統(tǒng)需要穩(wěn)定一段時(shí)間。穩(wěn)定之后，對實(shí)時(shí)讀取到的中子平均計(jì)數(shù)率/溫度進(jìn)行分析判斷。判斷數(shù)據(jù)合格穩(wěn)定之后則進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，否則繼續(xù)等待穩(wěn)定。

數(shù)據(jù)判斷穩(wěn)定之后，再進(jìn)行一次合格性判斷，若合格則讀取該平均計(jì)數(shù)率數(shù)據(jù)存入相應(yīng)的表格，連續(xù)讀取存儲(chǔ)10個(gè)合格的數(shù)據(jù)，其中如果遇到不合格數(shù)據(jù)則將該濃度下的所讀取存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)全部清除，并重新開始記錄10個(gè)連續(xù)穩(wěn)定的平均計(jì)數(shù)率，直到讀取到10個(gè)合格穩(wěn)定的數(shù)據(jù)為止，并記錄存儲(chǔ)到對應(yīng)表格，再計(jì)算出10計(jì)數(shù)率的平均計(jì)數(shù)率。

每一個(gè)標(biāo)定濃度下的平均計(jì)數(shù)率計(jì)算完成后，通知化學(xué)標(biāo)定人員已完成該濃度標(biāo)定點(diǎn)的標(biāo)定，數(shù)據(jù)已記錄完成，可以進(jìn)行配置下一個(gè)硼濃度點(diǎn)，此時(shí)系統(tǒng)不進(jìn)行記錄數(shù)據(jù)，等待化學(xué)標(biāo)定人員配液完成，一定時(shí)間后軟件開始進(jìn)行數(shù)據(jù)穩(wěn)定性判斷，并記錄存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，每個(gè)濃度標(biāo)定點(diǎn)按照上述流程完成整個(gè)流程，直到完成最后一個(gè)硼濃度點(diǎn)。

4 結(jié)語

隨著我國核電工業(yè)的迅猛發(fā)展，核電站的安全性能和自動(dòng)化要求越來越高，硼表測量的準(zhǔn)確性關(guān)系到核電站的安全控制，對硼表標(biāo)定過程進(jìn)行優(yōu)化，提高硼表標(biāo)定的自動(dòng)化水平，既能確保精度，又能大幅度提高工作效率，是一種值得推薦的標(biāo)定技術(shù)。隨著自動(dòng)化程度的提高，硼表自動(dòng)標(biāo)定在今后的壓水堆核電站中將會(huì)得到廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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[2]王璨輝等.LOT104D硼表系統(tǒng)培訓(xùn)教材[Z].中國核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院，2012.

作者單位

廣西防城港核電有限公司 廣西壯族自治區(qū)防城港市 538000