一种压水堆核电站机组一回路硫酸根浓度控制方法

摘要

本发明提供了一种压水堆核电站机组一回路硫酸根浓度控制方法，包括以下步骤：(1)将乏燃料水池和硼箱水净化系统(3)的净化单元B中的阳树脂清空；(2)核电机组停堆冷态后，按照含硼水贮存系统(2)→乏燃料水池和硼箱水净化系统(3)→乏燃料水池(1)→含硼水贮存系统(2)的顺序循环；(3)当一回路冷却剂硫酸根浓度控制在500μg/L以下时，乏燃料水池和硼箱水净化系统(3)恢复2阳床1阴床的模式运行；(4)当硫酸根浓度大于500μg/L时，中止循环，将净化单元C中的阳树脂清空，以单阴床的模式运行。本不需要增加额外的系统设施，不需要添加额外的化学试剂改变水质，通过调整净化系统的运行方式即可达到去除硫酸根的目的。

说明书

技术领域

本发明属于核电厂运行技术领域，具体涉及一种压水堆核电站机组一回路 硫酸根浓度控制方法。

背景技术

中国江苏省田湾核电站采用从俄罗斯引进的压水堆核电站机组，在大修期 间，田湾核电站两台机组在大修期间一回路冷却剂和乏燃料水池均出现硫酸根 异常升高现象，并呈逐年上升趋势，由一号机组第二次大修时的最高浓度300 μg/L，到两台机组在第三次大修时的最高浓度已经接近1500μg/L左右。如果过 高的硫酸根不及时去除，在机组带功率运行后很可能因应力腐蚀和腐蚀疲劳的 影响造成燃料包壳及一回路管线破损，严重影响机组的安全运行。

机组原设计乏燃料水池和含硼水贮存系统中的水质是由乏燃料水池和硼箱 水净化系统净化的，该净化系统由四个净化单元A、B、C、D组成，每个净化单 元均装填2.4m³的核级树脂，其中净化单元A、B、C装填的是核级阳树脂(Bayer s200KR)，即阳床，净化单元A和B工作时用于过滤机械杂质，净化单元C用于 去除阳离子杂质；净化单元D装填的是核级阴树脂(Bayer M800KR)，即阴床用 于去除阴离子杂质。连接方式为净化单元A、B为并联方式，然后串联净化单元 C和净化单元D(连接方式见图一)。工作时，净化单元A(或单元B)串联单元 C和D投入运行用于净化乏燃料水池或含硼水贮存系统。

机组大修时，当含硼水贮存系统向乏燃料水池或一回路注入硼酸后，硫酸 根出现快速上涨，即使投入乏燃料水池和硼箱水净化系统运行，但硫酸根仍出 现上涨的现象(对净化系统各净化单元取样分析确认净化系统的树脂没有失效 工作正常)。经过研究发现造成此现象的主要原因是：1、乏燃料水池中的硼酸 溶液是富氧状态，又因储存着乏燃料，一直具有放射性，所以在氧化性条件下 水和氧不断的生成氧化性物质。当乏燃料水池中含有氧化性的硼酸溶液被乏燃 料水池和硼箱水净化系统净化时，阳树脂中的磺酸基被氧化脱落并进入乏燃料 水池中，继续被氧化分解生成硫酸根；2、当乏燃料水池和硼箱水净化系统净化 含硼水贮存系统时，净化系统内残留被氧化脱落的磺酸基进入含硼水贮存系统 累积下来。没有转换为硫酸根的磺酸基不能被检测到也无法通过净化系统去除， 当大修时将含硼水贮存系统中的硼酸溶液注入乏燃料水池或一回路时，硼酸中 的磺酸基迅速被氧化或辐照分解生成硫酸根，造成硫酸根急剧升高。

从国内外同行调研信息来看，没有获得可用于去除硫酸根的信息和经验， 俄罗斯的核电站也碰到了同样的问题，一些核电站硫酸根最高浓度达到了3000 微克/升，有的电站已经开展了2年的科学研究，但至今未查明真正的来源，对 硫酸根的去除自然也无从下手。为确保机组的安全运行，针对硫酸根异常升高 的问题以及国内外同行的研究进展，考虑到田湾核电站核电机组的现状，必须 建立高效便捷的去除方法，找到采取相应的控制和处理措施。

发明内容

本发明的目的是在不需要增加额外的系统设施，不需要添加额外的化学试 剂改变水质的前提下，提供一种通过调整现有净化系统的运行方式达到降低硫 酸根浓度目的的方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案为，一种压水堆核电站机组一回路硫 酸根浓度控制方法，包括以下步骤：

步骤1，将乏燃料水池和硼箱水净化系统的净化单元B中的阳树脂清空，为 1阳床1阴床运行做准备；

步骤2，核电机组停堆进入冷态后，按照含硼水贮存系统→乏燃料水池和硼 箱水净化系统→乏燃料水池→含硼水贮存系统的顺序进行闭式循环，即将乏燃 料水池中的硼酸引入到含硼水贮存系统，再通过乏燃料水池和硼箱水净化系统 净化，净化后的硼酸溶液进入到乏燃料水池中；此时，乏燃料水池和硼箱水净 化系统的运行方式为，含硼水贮存系统流出的硼酸流经净化单元B、净化单元C、 净化单元D后进入乏燃料水池；

步骤3：当一回路冷却剂硫酸根浓度控制在500μg/L以下时，乏燃料水池和 硼箱水净化系统恢复2阳床1阴床的模式运行，即含硼水贮存系统流出的硼酸 流经净化单元A、净化单元C、净化单元D后进入乏燃料水池。

步骤4：当硫酸根浓度仍大于500μg/L时，先中止循环，将乏燃料水池和硼 箱水净化系统的净化单元C中的阳树脂清空，以单阴床的模式运行，即从含硼 水贮存系统流出的硼酸流经净化单元B、净化单元C、净化单元D后进入乏燃料 水池。

进一步，所述步骤4中，当净化过程出现放射性升高时，乏燃料水池和硼 箱水净化系统恢复1阳床1阴床的模式运行，即切换至净化单元A、净化单元C、 净化单元D的运行模式。

本发明的有益效果如下：(1)硫酸根控制效果明显，保证了大修进度，避 免了因延长工期造成的经济损失；(2)优化了一回路水质控制，消除了机组运 行隐患，延长了机组运行寿命；(3)本发明不需要增加额外的系统设施，不需 要添加额外的化学试剂改变水质，通过调整净化系统的运行方式即可达到去除 硫酸根的目的，达到同类型机组中的先进水平，可广泛应用于具有同类问题的 机组中。

附图说明

图1为乏燃料水池和硼箱水净化系统的四个净化单元示意图

图2为一种核电站压水堆机组一回路硫酸根浓度控制方法的示意图。

图3为第1号机组第3次大修和第1号机组第4次大修的一回路硫酸根浓 度控制对比图。

图4为第2号机组第3次大修和第2号机组第4次大修的一回路硫酸根浓 度控制对比图。

图中，1-乏燃料水池，2-含硼水贮存系统，3-乏燃料水池和硼箱水净化系 统。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步描述。

本发明通过采取减少阳树脂释放磺酸基和预先去除含硼水贮存系统2中的 磺酸基两种技术方案同时进行的思路，达到利用现有净化系统的运行方式达到 降低硫酸根浓度目的。

减少阳树脂释放磺酸基：阳树脂被氧化后磺酸基脱落是阳树脂的共性，降 低乏燃料水池1中硼酸的氧化性需要改变乏燃料水池中的水质，这是核安全所 不允许的。只有从减少净化系统的阳树脂量入手，考虑到乏燃料水池和硼箱水 净化系统3工作时有两个装有阳树脂的净化单元运行，经过研究决定采取一个 阳树脂单元运行可以同时满足过滤机杂质和净化阳离子的作用。

预先去除含硼水贮存系统2中的磺酸基：根据磺酸基可以被氧化生成硫酸 根的特性，决定先将乏燃料水池1中含有氧化性的硼酸溶液引入含硼水贮存系 统2，将磺酸基氧化分解生成硫酸根，再通过乏燃料水池和硼箱水净化系统3净 化去除。这样不但可以将含硼水贮存系统2中的磺酸基氧化分解生成硫酸根通 过净化系统去除，避免注入一回路和乏燃料水池1后硫酸根升高，同时消耗掉 硼酸溶液中的氧化性，减少了净化系统中阳树脂被氧化的量。

一种压水堆核电站机组一回路硫酸根浓度控制方法，包括以下步骤：

步骤1，将乏燃料水池和硼箱水净化系统3的净化单元B中的阳树脂清空， 为1阳床1阴床运行做准备，其中2和硼箱水净化系统的四个净化单元如图1 所示，为田湾核电站机组现有设备；

步骤2，核电机组停堆进入冷态后，按照含硼水贮存系统2→乏燃料水池和 硼箱水净化系统3→乏燃料水池1→含硼水贮存系统2的顺序进行闭式循环，如 图2所示，即将乏燃料水池1中的硼酸引入到含硼水贮存系统2，再通过乏燃料 水池和硼箱水净化系统3净化，净化后的硼酸溶液进入到乏燃料水池1中；此 时，乏燃料水池和硼箱水净化系统3的运行方式为：含硼水贮存系统2流出的 硼酸流经净化单元B(空床)、净化单元C(阳床)、净化单元D(阴床)后进入 乏燃料水池1。

步骤3：当一回路冷却剂硫酸根浓度控制在500μg/L以下时，乏燃料水池和 硼箱水净化系统3恢复2阳床1阴床的模式运行，即含硼水贮存系统2流出的 硼酸流经净化单元A(阳床)、净化单元C(阳床)、净化单元D(阴床)后进入 乏燃料水池1。

步骤4：当硫酸根浓度仍大于500μg/L时，先中止循环，将乏燃料水池和硼 箱水净化系统3的净化单元C中的阳树脂清空，以单阴床的模式运行，即从含 硼水贮存系统2流出的硼酸流经净化单元B(空床)、净化单元C(空床)、净化 单元D(阴床)后进入乏燃料水池2。此种循环方式切断了阳树脂生成磺酸基的 来源，可以快速去除硼酸溶液中的硫酸根，但没有阳树脂运行的情况下，阳离 子杂质无法去除，有造成阳离子核素升高的风险。当净化过程出现放射性升高 时，乏燃料水池和硼箱水净化系统3恢复1阳床1阴床的模式运行，即切换至 净化单元A(阳床)、净化单元C(空床)、净化单元D(阴床)运行模式。

将本方法应用于江苏核电站第1号机组第4次大修和第2号机组第4次大 修中，硫酸根浓度的控制取得了显著的效果；在第1号机组第4次大修中，控 制硫酸根浓度最高点由之前的1400μg/L以上成功控制到350μg/L左右，见图3， 第2号机组第4次大修中中更是将硫酸根浓度最高点由之前的526μg/L控制在 250μg/L以下，见图4，取得了良好的技术效果。

上面对本发明的实施例对作了详细说明，上述实施方式仅为本发明的最优 实施例，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知 识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。