CN104045094B - 用于核电站的制硼装置及制硼方法 - Google Patents

Abstract

一种用于核电站的制硼装置及制硼方法，制硼装置包括内部设置加热器的容器、温度检测器以及控制箱，容器的侧壁上连接有取水管道和排水管道，排水管道上安装有将容器内的溶液抽离容器的排水传输泵；使用该装置的制硼方法是：根据目标硼浓度以及目标体积计算硼酸原料总量，确定出口硼浓度及对应的第一预设水温，向容器注入原溶液至预设水位，再加入硼酸原料，待水温到达第一预设水温后，硼酸溶解完全，得到具备出口硼浓度的硼酸溶液，并将其排出至乏池稀释，经过多批次制备最终将所有制备好的硼酸储存在乏池中备用，在新建核电站首批新燃料到场接收以及首次装料前，REA系统不可用的情况下，制备硼酸以防止结晶而对系统设备功能产生安全风险。

Description

用于核电站的制硼装置及制硼方法

技术领域

本发明涉及新建核电站的新燃料接收和首次装料工作时的系统安全保护领域，尤其涉及一种用于新建核电站首批新燃料到场接收以及首次装料前制备高浓度硼酸，以提供必要的生物屏蔽保证厂房工作人员的安全的用于核电站的制硼装置及制硼方法。

背景技术

核电厂新燃料接收前要求KX厂方（核燃料厂房）的乏池（乏燃料水池）必须存满高浓度的含硼水，其主要目的是吸收中子，防止发生燃料组件发生临界，以及提供必要的生物屏蔽以保证厂房工作人员的安全。首次装料则要求核电站相关系统内存满含硼水，相关系统包括RX厂房（反应堆厂房）燃料水池。

按照核电站系统的运行功能，REA系统（反应堆硼和水补给系统）可以用来制备高浓度的含硼水，并通过其对应的传硼管线以及PTR系统（反应堆及乏燃料水池冷却和处理系统）把含硼水输送到各个系统以及燃料水池，从而以满足新燃料接收和装料的对硼水的需求。

目前，核电机组中REA系统具有配制高浓度含硼水的功能。在新燃料接收和装料前，含硼水的制备和运送主要工作流程如图1中的粗线所示：

如图1所示，图1是现有技术中REA系统硼水传输简图；REA005BA（硼酸制备罐）制备的高浓度硼酸通过REA003PO（或REA004PO，硼酸运输泵）以及相应的管线把需求的硼酸输送到换料水箱储存。

在新燃料接收前，换料水箱里的硼酸经过乏池循环冷却泵及相应管线输送到KX厂房燃料水池。核电站装料前，把换料水箱的硼酸通过乏池循环冷却泵运送RX厂房的燃料水池，具体传输流程见图2中的粗线所示，图2是现有技术中PTR系统硼水传输简图。

REA系统制硼及传输功能在核电机组正常运行时可以满足燃料接收和装料的对硼水的需求。但是在新建核电站的调试阶段，此部分功能无法满足新燃料接收所需乏池存满高浓度硼水的要求，以及首次装料前的硼水需求。其主要是由于目前核电建设的工期、核燃料建造以及核燃料运输等客观因素的存在，导致新建核电机组的首批燃料到厂时，核电建设正处理全面的调试阶段，REA系统不具备配制和传输硼水的能力，以及由于在调试期间部分系统中不允许有含硼水通过以防止结晶而对系统设备功能产生安全风险。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述新建核电站首批新燃料到场接收以及首次装料前，REA系统不可用，不能制备高浓度硼酸以防止结晶而对系统设备功能产生安全风险的缺陷，提供一种用于新建核电站首批新燃料到场接收以及首次装料前制备高浓度硼酸，以提供必要的生物屏蔽保证厂房工作人员的安全的用于核电站的制硼装置及制硼方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种用于核电站的制硼装置，用于新建核电站首批新燃料到场接收以及首次装料前制备高浓度硼酸，包括内部设置有加热器的容器、用于监测所述容器内的溶液的水温的温度检测器以及控制箱，

所述容器的侧壁上连接有用于往所述容器注入原溶液的取水管道和用于将容器内的硼酸溶液排出所述容器的排水管道，所述取水管道分别连接所述容器与水源系统，所述排水管道分别连接所述容器与乏池，且所述排水管道位于所述取水管道下方，所述排水管道上安装有将所述容器内的硼酸溶液抽离所述容器的排水传输泵；

所述控制箱分别连接至所述加热器和排水传输泵，所述控制箱用于根据所述容器内的溶液的水位及水温控制所述加热器和排水传输泵。

本发明所述的用于核电站的制硼装置，其中，所述排水管道上位于所述排水传输泵的下游处安装有用于将硼酸溶液从所述容器单向流通至所述乏池的排水阀门。

本发明所述的用于核电站的制硼装置，其中，所述水源系统为核岛除盐水分配系统或乏池，

当所述水源系统为核岛除盐水分配系统时，所述取水管道上安装有用于将所述原溶液从所述核岛除盐水分配系统单向流通至所述容器的取水阀门；

当所述水源系统为乏池时，所述制硼装置还包括安装在所述取水管道上且连接至所述控制箱、将所述原溶液抽往所述容器的取水传输泵，所述取水管道上位于所述取水传输泵的下游安装有用于将所述原溶液从所述乏池单向流通至所述容器的取水阀门。

本发明所述的用于核电站的制硼装置，其中，所述容器的侧壁位于所述排水管道上方连接有用于在加热的过程中促进所述容器内的溶液循环的管道，所述管道的输出端连接至所述容器上，所述管道的输入端连接至所述排水传输泵和排水阀门之间；

所述管道上安装有用于将所述容器内的溶液经所述排水管道回流至所述容器的循环控制阀门。

本发明所述的用于核电站的制硼装置，其中，所述制硼装置还包括连接至所述控制箱并用于搅拌所述容器内的溶液的搅拌器和置于所述容器内并用于装添硼酸原料的滤网。

本发明还公开了一种用于核电站的制硼方法，所述方法包括：

S1、根据要制备硼酸溶液的目标硼浓度以及目标体积，计算硼酸原料总量；

S2、确定从排水管道排出的硼酸溶液的出口硼浓度，并根据所述出口硼浓度确定每批次制备时需要添加的硼酸原料的批次重量以及对应于所述出口硼浓度的第一预设水温；

S3、往所述容器注入原溶液至预设水位，将具备所述批次重量的硼酸原料加入容器内，在注入原溶液的过程中，通过控制箱控制加热器加热；

S4、待容器内的溶液的水温达到第一预设水温时，硼酸原料溶解完全，将制备好的具备所述出口硼浓度的硼酸溶液通过排水管道排出到乏池；转步骤S3继续下一个批次的制备直至所述硼酸原料总量全部制备完毕。

本发明所述的用于核电站的制硼方法，其中，在所述步骤S3之前，将乏池充满除盐水至所述目标体积，

所述步骤S3中，注入原溶液具体包括：从乏池经取水管道向所述容器内注入原溶液至预设水位，第一批次制备时，所述原溶液为所述除盐水，之后的其他批次制备时，所述原溶液为来自乏池的在所述除盐水中参杂了之前所有批次溶解的硼酸原料形成的溶液。

本发明所述的用于核电站的制硼方法，其中，在所述步骤S3之前，将乏池注入除盐水至初始水位，

所述步骤S3中，注入原溶液具体包括：从核岛除盐水分配系统经取水管道向所述容器内注入原溶液至预设水位，所述原溶液为除盐水。

本发明所述的用于核电站的制硼方法，其中，在所述步骤S3中：

加入硼酸原料的时机为容器内的溶液的水温达到第二预设水温，所述第二预设水温为初始环境温度与所述第一预设水温的平均值。

本发明所述的用于核电站的制硼方法，其中，在所述步骤S3中加入硼酸原料后，保持排水阀门关闭，打开循环控制阀门、排水传输泵入口控制阀门和排水传输泵，促进所述容器内的溶液的循环，加速硼酸原料的溶解。

实施本发明的用于核电站的制硼装置及制硼方法，具有以下有益效果：本发明将硼酸制备过程分为多批次，每个批次都利用制硼装置将硼酸原料制备得到高浓度的硼酸溶液，再排出至乏池中稀释得到具备目标硼浓度的硼酸溶液。主要是根据要制备的目标硼浓度以及目标体积，确定出口硼浓度及对应于出口硼浓度的第一预设水温，向容器注入原溶液至预设水位，再加入硼酸原料，通过控制水温到达第一预设水温后，硼酸溶解完全得到具备出口硼浓度的硼酸溶液，并将其排出至乏池稀释，经过多批次制备最终将所有制备好的硼酸溶液储存在乏池中备用，在新建核电站首批新燃料到场接收以及首次装料前，REA系统不可用的情况下，制备高浓度硼酸以防止结晶而对系统设备功能产生安全风险。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是现有技术中REA系统硼水传输简图；

图2是现有技术中PTR系统硼水传输简图；

图3是本发明用于核电站的制硼装置的简单结构示意图；

图4A是本发明用于核电站的制硼装置部分结构的主视图；

图4B是本发明用于核电站的制硼装置部分结构的俯视图；

图5是温度与硼浓度的对应关系示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

为了解决现有技术的上述首批新燃料到场接收以及首次装料前，REA系统不可用，不能制备高浓度硼酸以防止结晶而对系统设备功能产生安全风险的缺陷，提供一种用于新建核电站首批新燃料到场接收以及首次装料前制备高浓度硼酸，以提供必要的生物屏蔽保证厂房工作人员的安全的用于核电站的制硼装置及制硼方法。

本发明将硼酸溶液制备过程分为多批次，每个批次都利用制硼装置将硼酸原料制备得到高浓度的硼酸溶液，再排出至乏池中稀释得到具备目标硼浓度的硼酸溶液。

参考图3-4B，图3是本发明用于核电站的制硼装置的简单结构示意图；图4A是本发明用于核电站的制硼装置部分结构的主视图；图4B是本发明用于核电站的制硼装置部分结构的俯视图；

制硼装置，主要包括：容器1、取水管道2、取水阀门4、取水传输泵9、排水管道3、排水阀门7、排水传输泵6、管道13、循环控制阀门8、排水传输泵入口控制阀门5、加热器11、温度检测器（图未示）、搅拌器10、滤网12和控制箱（图未示），其中：

容器1的侧壁上连接有用于往容器1注入原溶液的取水管道2和将制备制备好的具备出口硼浓度的硼酸溶液排出容器1的排水管道3，取水管道2连接容器1与水源系统，排水管道3连接容器1与乏池，且排水管道3位于取水管道2下方，排水管道3上安装有用于将硼酸溶液抽离容器1的排水传输泵6，即硼酸溶液经排水管道3的输入端后通过排水传输泵6的入口和出口单向流通至乏池；制备硼酸时，首先从取水管道2注入原溶液到容器1至预设水位，加入硼酸原料溶解，制备得到具备出口硼浓度的硼酸溶液后再经排水管道3排出到乏池中稀释得到具备目标硼浓度的硼酸溶液，乏池参考图2中D所示。取水管道2的输出端固定在容器1的侧壁上距离容器1顶部第一预设高度处，排水管道3的输入端固定在容器1的侧壁上距离容器1底部第二预设高度处。

硼酸溶液的饱和浓度与其溶解度有关，溶解度与温度有关，具体为，要制备的硼酸溶液浓度越高，对应的溶解温度越高，因此，在容器1内设置加热器11，加热器11为条形，可以将加热器11竖直固定安装在容器1底部，优选的，加热器11平行于容器1底部且加热器11的一端固定在容器1相对于取水管道2的侧壁上且距离容器1底部第三预设高度的位置；其中，第三预设高度小于第二预设高度。

优选的，第一预设高度小于等于0.3m，第二预设高度参考图4A中的a所示，a等于0.3m，第三预设高度小于0.3m。设置第一预设高度主要是避免容器1内的溶液满溢，便于控制水位，设置第二预设高度可以避免将容器1内的溶液全部排尽，且第三预设高度小于第二预设高度，加热器11位于排水管道3下面。

制硼装置的优化就是规定容器1容积的大少、形状、重量以及设置加热器11的功率、加热器11的布置等措施，使之在限制条件下能发挥较高功效。制硼装置的限制条件主要是现场的存放空间、加热器11的功率、人力消耗、容器1重量以及辅助吊车的有效吊运标高等方面。基于以上限制条件，容器1的有效容积为6m³较为合适，有效容积指每次制硼排出的容量，即排水管道3位置起到预设水位的容量，取水管道2位于有效容积之上，即预设水位不会超过取水管道2连接的位置，避免容器1内的溶液满溢，预设水位距离容器1顶部的距离参考图4A中的c所示，c等于0.3m，考虑燃料厂房大厅的存放位置，容器1横截面的宽度或者直径设置为2m为宜。具体装置的形状是选择圆筒形还是立方体形主要是从容器1的高度和散热面积来考虑，高度影响辅助吊车的吊运以及人员操作等方面，散热面积则影响升温速率。相对于立方体形，圆筒形容器1比较高，不方便人员操作，虽然圆筒形容器1其散热面积较小，有利于快速升温；但是制硼装置存放于燃料厂房大厅，其环境温度基本保持恒定，没有强对流空气，且增大了加热器11功率，故散热问题影响较小。

基于以上考虑，选择立方体形的容器1，容器1的横截面为边长为2m的正方形，有效容积为6m³对应的高度参考图4A中的b所示，b等于1.5m，容器1的高度为1.5+0.3+0.3，即为2.1m。

加热器11是整个制硼装置的关键部件，直接关系整个制硼的速率。考虑到加热的均匀，优选为多个加热器11并排安装，结合容器1的大小，本实施例中优选为3个。选择加热器11主要考虑其功率的大小以及如何布置，但是由于临时制硼期间使用的是厂区的临时安装电源控制箱，所以限制其功率不能太大，而功率太大也将造成电缆选择以及端接的诸多困难，故加热器11的功率设置为3×40kW，且均平行安装于容器1的底部，这样布置的优点在于在注入原溶液时就可以投入全部加热器11，使之提前对水进行加热以提高制硼效率。

水源系统包括核岛除盐水分配系统和乏池：

当水源系统为核岛除盐水分配系统时，如图中B所示，由于核岛除盐水分配系统本身具备相关的压力泵，取水管道2上仅安装有用于将原溶液从核岛除盐水分配系统单向流通至容器1的取水阀门4，即取水管道2直接通过取水阀门4后连接至核岛除盐水分配系统，此种情况下，任意批次中的原溶液都为除盐水；

当水源系统为乏池时，如图中A所示，制硼装置还包括安装在取水管道2上且连接至所述控制箱、将原溶液抽往容器1的取水传输泵9，取水管道2上位于取水传输泵9的下游安装有用于将原溶液从乏池单向流通至容器1的取水阀门4，即取水阀门4连接在取水传输泵9的出口处，取水管道2依次通过取水阀门4和取水传输泵9后连接至乏池，值得注意的是，这种情况下原溶液分为两种：在第一批次制备时，原溶液为乏池中的除盐水，在之后的其他批次制备时，原溶液为来自乏池的参杂有硼酸的溶液，且硼酸浓度低于目标硼浓度，因为每批次制备完成的具备出口硼浓度的硼酸溶液都排出到了乏池稀释，而之后又将乏池中的溶液抽往容器1作为原溶液。

容器1的侧壁位于所述排水管道3正上方连接有用于在加热的过程中促进容器1内的溶液循环的管道13，管道13的输出端连接至容器1上，管道13的输入端连接至排水传输泵6和排水阀门7之间，即连接至排水管道3中排水传输泵6的下游和排水阀门7的上游，管道13上安装有用于将容器1内的溶液经排水管道3回流至容器1的循环控制阀门8，排水管道3上位于排水传输泵6的上游还可以安装有排水传输泵入口控制阀门5，在利用搅拌棒10对搅拌容器1内的溶液进行搅拌时，排水传输泵入口控制阀门5控制溶液不会进入排水传输泵6。在对容器1内的溶液加热溶解硼酸的过程中，在排水阀门7关闭的前提下，启动排水传输泵6，同时打开循环控制阀门8和排水传输泵入口控制阀门5，容器1内的溶液就实现了一个小循环看，可以加速硼酸原料的溶解，另一方面在溶解硼酸的过程中，启动搅拌器10以不停的搅拌容器1内的溶液，加速硼酸原料的溶解。

滤网12置于容器1内，用于装添硼酸原料，主要是防止杂质积存在容器1内。

温度检测器用于监测水温，例如，利用温度计直接检测水温，温度检测器也可以固定安装在容器1内壁以实时监测水温，水位可以在容器1壁上做标记即可。

控制箱，连接至加热器11、排水传输泵6、取水传输泵9和搅拌器10，根据水位和水温，操作控制箱控制加热器11、排水传输泵6、取水传输泵9和搅拌器10开和关。

具体的，打开取水阀门4，往容器1内注原溶液，如果取水来自乏池，则还需要通过控制箱首先启动取水传输泵9，注入原溶液到容器1内至水位超过加热器11后，按压控制箱上的相关按钮启动加热器11，当水位到达预设水位时，关闭取水阀门4和取水传输泵9，停止注入原溶液，当监测到水温到达第二预设水温时，往滤网12中加入硼酸原料，通过控制箱启动搅拌器10，为了加速硼酸溶解，可以在加热的过程中打开小循环通路，即在排水阀门7关闭的情况下，打开循环控制阀门8、排水传输泵6、排水传输泵入口控制阀门5，管道13、排水管道3和容器1之间形成一个小型的循环通路，在搅拌的基础上结合小循环从而加速硼酸的溶解，在水温到达第一预设水温，硼酸溶解完毕，关闭循环控制阀门8并打开排水阀门7，停止搅拌器10和加热器11的工作，如果还有下一个批次的硼酸需要制备，则加热器11继续工作，排出制好的具备出口硼浓度的硼酸溶液，待硼酸溶液排出完毕，重复注入原溶液过程，继续下一轮的制备。

当然，也可以将阀门从手动控制改为自动控制，此时设计传感系统，传感系统包括采集容器1内的水位和水温的传感器，优选的在容器1内壁的不同高度位置处分别安装一个温度传感器，例如在有效容积内，自排水管道3起往容器1顶部方向，每间隔0.5m安装一个温度传感器，所有的温度传感器采集到的水温取平均值作为测量到的水温。

本发明的制硼装置在新建核电站首批新燃料到场接收以及首次装料前，REA系统不可用的情况下，可以制备具备出口硼浓度的硼酸，出口硼浓度的浓度值比较高，将制备好的硼酸输送至乏池稀释得到具备目标硼浓度的硼酸，且本发明规定容器1的容积的大少、形状，以及设置加热器11的功率、加热器11的布置等措施，使之在限制条件下能发挥较高功效。

本发明还公开了一种利用上述的制硼装置的制硼方法，方法包括：

S1、根据要制备硼酸的目标硼浓度以及目标体积，计算硼酸原料总量；

为便于分装转运，与乏池连接有装灌池，装灌池参考图2中D所示，例如，假设乏池体积：1326m³，装灌池体积：230m³；新燃料接收所需乏池中的目标硼浓度一般为：(2200±100)mg/kg；则使用硼酸总量：（1326m³+230m³）×1t/m³×2200×10-⁶×61.83/10.811≈21t，硼酸原料为25kg/桶，即大约需要850桶硼酸。

S2、确定从排水管道3排出的硼酸溶液的出口硼浓度，并根据所述出口硼浓度确定每批次制备时需要添加的硼酸原料的批次重量以及对应于所述出口硼浓度的第一预设水温；

出口硼浓度过低会增加制备的批次，因此会影响制备效率，出口硼浓度过高，对加热的要求很高，单次制备的时间也会增加，综合考虑，应该确定一个比较适中的出口硼浓度，因此，制备的出口硼浓度优选为12000mg/kg，按照此出口硼浓度，每批次制备需要硼酸原料16桶，因此将步骤S1中的850桶硼酸分为54批次制备完成，同时根据此出口硼浓度确定对应的第一预设水温，具体方法如下：

首先按照硼酸的溶解度可以得出对应温度下的饱和溶液的中B10浓度N为：

N=D·m （1）

硼酸的溶解度见表1：

表1

式中，D为溶解度；m为B的质量分数，即17.48%。

据此可以得出温度与硼浓度的对应关系，见图5。

第一预设水温时必须保证所有的硼酸均溶解，同时温度越高，溶解也越快，因此第一预设水温为根据图5查询具体的出口硼浓度对应的温度。例如，若要制备12000mg/kg硼酸溶液，参照图5，12000mg/kg的硼酸溶液对应的第一预设水温为55℃左右。

水温的测量借助温度检测器，例如，利用温度计直接检测水温，温度检测器可以固定安装在容器1内壁以实时监测水温。

S3、往容器1注入原溶液至预设水位，将步骤S2中具备所述的批次重量的硼酸原料加入容器1内，在注入原溶液的过程中，通过控制箱控制加热器11加热；

按照上述步骤最终对应的乏池内净水高度为11.8m，实际上由于乏池本身高度在7.5m，因此注入除盐水的高度为19.3m。

原溶液与水源系统有关：当水源系统为核岛除盐水分配系统时，任意批次中的原溶液都为除盐水；当水源系统为乏池时，这种情况下原溶液分为两种：在第一批次制备时，原溶液为乏池中的除盐水，在之后的其他批次制备时，原溶液为来自乏池的参杂有硼酸的溶液，且硼酸浓度低于目标硼浓度，因为每批次制备完成的具备出口硼浓度的硼酸溶液都排出到了乏池稀释，而之后又将乏池中的溶液抽往容器1作为原溶液。

因此，往容器1内注入原溶液有两种方式：

第一种方式是：在步骤S3之前，将乏池注入除盐水至目标体积，步骤S3中，从乏池经取水管道2向容器1内注入原溶液至预设水位，第一次制备时，原溶液为除盐水，之后批次制备时，原溶液为来自乏池的在除盐水中参杂了之前所有批次溶解的硼酸原料形成的溶液。

即将乏池充水到19.3m，从乏池取原溶液进行制硼，然后将含硼水排到乏池，这样的优点是不用考虑乏池的水位，缺点是产生了本底硼浓度，即制硼装置硼浓度会越来越高，需要考虑温度的需求。

第二种方式是：在步骤S3之前，将乏池输入除盐水至初始水位，在步骤S3中，从核岛除盐水分配系统经取水管道2向容器1内注入原溶液至预设水位，此种情况下，任何批次的原溶液都为除盐水。

即首先将乏池充除盐水到初始水位，再从SED取除盐水制硼，最后使乏池浓度达到2200mg/kg时的水位为19.3m，具体初始水位计算为：

L=h-2200.V/(S.N) （2）

式中，L为乏池初始水位；V为乏池和装灌池体积，1556m³；h为乏池净水高度，h=11.8m；S为乏池和装灌池面积，S=118m²；N为制备硼浓度，单位为mg/kg。

从式（2）可以看出，制备的出口硼浓度越高，要求的初始水位也越高，不管采用方式一或者方式二，其关键是控制出口硼浓度和制硼装置的第一预设水温，结合上述关于出口硼浓度对制硼效率的影响，优选的出口硼浓度12000mg/kg，对应的第一预设水温为55℃。

加热的过程中，控制搅拌器10均匀搅拌容器1内的溶液，在保持排水阀门7关闭的情况下，同时还可以打开循环控制阀门8、排水传输泵入口控制阀门5和排水传输泵6，促进容器1内的溶液的循环，加速溶解。

S4、待容器1内的溶液的水温达到第一预设水温时，硼酸溶解完全，将制备好的具备出口硼浓度的硼酸溶液通过排水管道3排出到乏池；转步骤S3继续下一个批次的制备直至所述硼酸原料总量全部制备完毕。

为此，配制一罐12000mg/kg的硼酸溶液需要的总时间T：

T=T1+T2+T3 （3）

式中，T1为容器1进水时间，按照1h计算；T3为排水时间，按照20min计算；T2为加热时间；Cm为水的比热，4.2；ΔT为温升，初始环境温度为15℃，加热到55℃，则ΔT=40℃；V为容器1总体积，8.4m3；Q为加热器11功率，120kW。

计算得出T2=3.11h，则总时间T=1+3.11+0.33=4.44h，因为加热器11在容器1底部布置，所以加水时间和加热时间基本上可以并行进行，根据前述已知，加热在注入原溶液的水位超过加热器11时即可开始，故加水时间与加热并行进行的时间约为：1h*1.5/（0.3+1.5），为0.83h，可见合理的布局加热器以及控制加热时机对制备效率有比较大的影响，另外具体加硼酸的时机要注意，如果加得太早会由于硼酸不溶解而附着在加热器11表面影响加热效果，而加得太迟会影响制硼速率，故步骤S3中在温度达到第二预设水温时开始加入硼酸原料，优选的第二预设水温为初始环境温度与第一预设水温的平均值，此处即为（15+55）/2，即35℃开始加硼酸，在55℃加完毕，待全部溶解后排放。再考虑散热的影响，为此修正后的时间约为5h，即配制一罐12000mg/kg的硼酸溶液，总共需要5h。

可以最终得出的数据为：每罐需要硼酸数约为16桶；每罐制备时间5h；每天可以制备罐数为5罐，每天消耗硼酸为80桶，全部完成制硼工作时间为11d。即采用此方案完全满足新建核电机组的首批新燃料接收工作对硼水的需求。采用同一套制硼装置以及同样的制硼方案完全可以满足首次装料前对硼水的需要。

综上，本发明将硼酸制备过程分为多批次，每个批次都利用制硼装置将硼酸原料制备得到高浓度的硼酸溶液，再排出至乏池中稀释得到具备目标硼浓度的硼酸。主要是根据要制备的目标硼浓度以及目标体积，确定出口硼浓度及对应于出口硼浓度的第一预设水温，向容器注入原溶液至预设水位，再加入硼酸原料，通过控制水温到达第一预设水温后，硼酸溶解完全得到具备出口硼浓度的硼酸溶液，并将其排出至乏池稀释，经过多批次制备最终将所有制备好的硼酸储存在乏池中备用，在新建核电站首批新燃料到场接收以及首次装料前，REA系统不可用的情况下，制备高浓度硼酸以防止结晶而对系统设备功能产生安全风险。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种用于核电站的制硼装置，用于新建核电站首批新燃料到场接收以及首次装料前制备高浓度硼酸，其特征在于，包括内部设置有加热器(11)的容器(1)、用于监测所述容器(1)内的溶液的水温的温度检测器以及控制箱，

所述容器(1)的侧壁上连接有用于往所述容器(1)注入原溶液的取水管道(2)和用于将所述容器(1)内的硼酸溶液排出所述容器(1)的排水管道(3)，所述取水管道(2)分别连接所述容器(1)与水源系统，所述排水管道(3)分别连接所述容器(1)与乏池，且所述排水管道(3)位于所述取水管道(2)下方，所述排水管道(3)上安装有将所述容器(1)内的硼酸溶液抽离所述容器(1)的排水传输泵(6)；

所述控制箱分别连接至所述加热器(11)和排水传输泵(6)，所述控制箱用于根据所述容器(1)内的溶液的水位及水温控制所述加热器(11)和排水传输泵(6)。

2.根据权利要求1所述的用于核电站的制硼装置，其特征在于，所述排水管道(3)上位于所述排水传输泵(6)的下游处安装有用于将硼酸溶液从所述容器(1)单向流通至所述乏池的排水阀门(7)。

3.根据权利要求1所述的用于核电站的制硼装置，其特征在于，所述水源系统为核岛除盐水分配系统或乏池，

当所述水源系统为核岛除盐水分配系统时，所述取水管道(2)上安装有用于将所述原溶液从所述核岛除盐水分配系统单向流通至所述容器(1)的取水阀门(4)；

当所述水源系统为乏池时，所述制硼装置还包括安装在所述取水管道(2)上且连接至所述控制箱、将所述原溶液抽往所述容器(1)的取水传输泵(9)，所述取水管道(2)上位于所述取水传输泵(9)的下游安装有用于将所述原溶液从所述乏池单向流通至所述容器(1)的取水阀门(4)。

4.根据权利要求3所述的用于核电站的制硼装置，其特征在于，所述容器(1)的侧壁位于所述排水管道(3)上方连接有用于在加热的过程中促进所述容器(1)内的溶液循环的管道(13)，所述管道(13)的输出端连接至所述容器(1)上，所述管道(13)的输入端连接至所述排水传输泵(6)和排水阀门(7)之间；

所述管道(13)上安装有用于将所述容器(1)内的溶液经所述排水管道(3)回流至所述容器(1)的循环控制阀门(8)。

5.根据权利要求1所述的用于核电站的制硼装置，其特征在于，所述制硼装置还包括连接至所述控制箱并用于搅拌所述容器(1)内的溶液的搅拌器(10)和置于所述容器(1)内并用于装添硼酸原料的滤网(12)。

6.一种利用权利要求1所述的用于核电站的制硼装置的制硼方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、根据要制备硼酸溶液的目标硼浓度以及目标体积，计算硼酸原料总量；

S2、确定从排水管道(3)排出的硼酸溶液的出口硼浓度，并根据所述出口硼浓度确定每批次制备时需要添加的硼酸原料的批次重量以及对应于所述出口硼浓度的第一预设水温；

S3、往容器(1)注入原溶液至预设水位，将具备所述批次重量的硼酸原料加入容器(1)内，在注入原溶液的过程中，通过控制箱控制加热器(11)加热；

S4、待容器(1)内的溶液的水温达到第一预设水温时，硼酸原料溶解完全，将制备好的具备所述出口硼浓度的硼酸溶液通过排水管道(3)排出到乏池；转步骤S3继续下一个批次的制备直至所述硼酸原料总量全部制备完毕。

7.根据权利要求6所述的制硼方法，其特征在于，

在所述步骤S3之前，将乏池充满除盐水至所述目标体积，

所述步骤S3中，注入原溶液具体包括：从乏池经取水管道(2)向所述容器(1)内注入原溶液至所述预设水位，第一批次制备时，所述原溶液为所述除盐水，之后的其他批次制备时，所述原溶液为来自乏池的在所述除盐水中掺杂了之前所有批次溶解的硼酸原料形成的溶液。

8.根据权利要求6所述的制硼方法，其特征在于，在所述步骤S3之前，将乏池注入除盐水至初始水位，

所述步骤S3中，注入原溶液具体包括：从核岛除盐水分配系统经取水管道(2)向所述容器(1)内注入原溶液至预设水位，所述原溶液为除盐水。

9.根据权利要求6所述的制硼方法，其特征在于，在所述步骤S3中：

加入硼酸原料的时机为容器(1)内的溶液的水温达到第二预设水温，所述第二预设水温为初始环境温度与所述第一预设水温的平均值。

10.根据权利要求6所述的制硼方法，其特征在于，在所述步骤S3中加入硼酸原料后，保持排水阀门(7)关闭，打开循环控制阀门(8)、排水传输泵入口控制阀门(5)和排水传输泵(6)，促进所述容器(1)内的溶液的循环，加速硼酸原料的溶解。