CN115453080A - 一回路水化学确定方法、装置、设备、介质和程序产品 - Google Patents

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CN115453080A CN202211192442.1A CN202211192442A CN115453080A CN 115453080 A CN115453080 A CN 115453080A CN 202211192442 A CN202211192442 A CN 202211192442A CN 115453080 A CN115453080 A CN 115453080A
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陈忠村
刘亚妮
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Abstract

本申请涉及一回路水化学控制技术领域，特别是涉及一种一回路水化学确定方法、装置、设备、介质和程序产品。用于解决相关技术中一回路水化学条件预测不够准确的问题。一种一回路水化学确定方法，包括：获取在当前测量温度下一回路水中未电离硼酸和未电离氢氧化锂的浓度，以及一回路水中除锂元素以外的其余各金属元素在一回路水中的饱和溶解度；根据离子电荷守恒、一回路水中硼酸和氢氧化锂的离子积公式，以及未电离硼酸和未电离氢氧化锂的浓度，构建第一函数，第一函数用于表征氢氧化锂的总浓度和pH值的对应关系；根据第一函数和氢氧化锂的当前测量总浓度，计算一回路水的当前pH值。

Description

一回路水化学确定方法、装置、设备、介质和程序产品
技术领域
本申请涉及一回路水化学控制技术领域，特别是涉及一种一回路水化学确定方法、装置、设备、介质和程序产品。
背景技术
核反应堆一回路水化学对于蒸汽发生器腐蚀、腐蚀产物释放、燃料棒污垢沉积有重要影响，它会直接影响燃料棒的反应性能和反应堆的安全。因此，建立准确预测反应对一回路水化学的计算方法具有重要意义。
目前，核电厂一回路水化学参数pH值的计算采用经验公式，没有考虑一回路水中影响pH值变化的可能的反应机理，计算结果不准确，无法准确预测一回路水化学对于蒸汽发生器腐蚀等的影响，从而无法准确预测燃料棒的反应性能和反应堆的安全等的问题。
发明内容
基于此，本申请提供一种一回路水化学确定方法、装置、设备、介质和程序产品，以解决相关技术中一回路水化学条件预测不够准确，从而无法准确预测燃料棒的反应性能和反应堆的安全的问题。
本申请的第一方面，提供了一种一回路水化学确定方法，包括：
获取在当前测量温度下，一回路水中未电离硼酸和未电离氢氧化锂的浓度，以及一回路水中除锂元素以外的其余各金属元素在一回路水中的饱和溶解度；
根据离子电荷守恒、一回路水中硼酸和氢氧化锂的离子积公式，以及未电离硼酸和未电离氢氧化锂的浓度，构建第一函数，第一函数用于表征氢氧化锂的总浓度和pH值的对应关系；
根据第一函数和氢氧化锂的当前测量总浓度，计算一回路水的当前pH值。
在第一方面的一种可能的实施方式中，根据第一函数和氢氧化锂的当前测量总浓度，计算一回路水的当前pH值，包括：
根据第一函数和一回路水的参考pH值，计算参考pH值对应的氢氧化锂的参考总浓度；
将参考pH值作为pH迭代初始值，根据氢氧化锂的当前测量总浓度、第一函数和迭代算法，对pH迭代初始值进行i次校正，直至当前pH值与第i次pH校正值之差的绝对值小于或等于预设阈值为止，i为大于或等于1的整数，在i次校正过程中，上一次pH校正值作为下一次校正的pH迭代初始值。
在第一方面的一种可能的实施方式中，迭代算法满足如下公式(1)：
Figure BDA0003870023250000021
其中，在公式(1)中，pH表示当前pH值，pH0表示每一次校正过程中的pH迭代初始值，[LiOH]bulk表示氢氧化锂的当前测量总浓度，[LiOH]0表示每一次校正过程中氢氧化锂的总浓度，[LiOH]0与pH0满足第一函数，n表示预设阈值。
在第一方面的一种可能的实施方式中，获取在当前测量温度下，一回路水中未电离硼酸的浓度，包括：
根据硼酸在一回路水中的离子积公式，以及硼元素质量守恒，计算在当前测量温度下，一回路水中未电离硼酸的浓度。
在第一方面的一种可能的实施方式中，硼酸在一回路水中的离子积计算公式满足公式(2)、(3)、(4)、(5)、(6)和(7)：
Figure BDA0003870023250000031
Figure BDA0003870023250000032
Figure BDA0003870023250000033
Figure BDA0003870023250000034
Figure BDA0003870023250000035
Figure BDA0003870023250000036
其中，在公式(2)、公式(3)、公式(4)、公式(5)、公式(6)和公式(7)中，[B(OH)- 4]表示B(OH)- 4的摩尔浓度，[OH-]表示一回路水中OH-的摩尔浓度，[B(OH)3]表示未电离硼酸的摩尔浓度，K1 B表示硼酸的一级电离常数；[B2(OH)- 7]表示B2(OH)- 7的摩尔浓度，K2 B表示硼酸的二级电离常数；[B3(OH)- 10]表示B3(OH)- 10的摩尔浓度，K3 B表示硼酸的三级电离常数，T表示当前测量温度；
未电离硼酸的浓度的计算公式满足公式(8)：
Figure BDA0003870023250000037
在公式(8)中，x表示未电离硼酸的摩尔浓度，[B]表示硼酸的总摩尔浓度。
在第一方面的一种可能的实施方式中，获取在当前测量温度下，所述一回路水中未电离氢氧化锂的浓度，包括：
根据氢氧化锂的离子积公式、氢氧化锂的总浓度，以及在当前测量温度下氢氧化锂的电离度，计算未电离氢氧化锂的浓度。
在第一方面的一种可能的实施方式中，
氢氧化锂的离子积公式满足公式(9)和(10)：
Figure BDA0003870023250000041
log Kj＝-0.8217-0.0031T (10)
在公式(9)和(10)中，Kj表示氢氧化锂的离子积，[Li+]表示Li+的摩尔浓度，[OH-]表示OH-在一回路水中的摩尔浓度，[LiOH]表示未电离氢氧化锂的摩尔浓度，T表示当前测量温度；
所述未电离氢氧化锂的浓度的计算公式满足公式(11)：
[LiOH]＝[LiOH]bulk(1-αLiOH) (11)
在公式(11)中，[LiOH]bulk表示氢氧化锂的当前测量总浓度，αLiOH表示氢氧化锂的当前电离度。
在第一方面的一种可能的实施方式中，确定在当前测量温度下，一回路水中除锂元素以外的其余各金属元素在一回路水中的饱和溶解度，包括：
获取当前测量温度下，一回路水中除锂元素以外的其余各金属元素的稳定固相对应的沉淀溶解化学反应的吉布斯自由能；
根据沉淀溶解化学反应和吉布斯自由能，计算其余各金属元素所对应的离子浓度；
按照元素种类，对其余各金属元素中每一种金属元素所对应的离子浓度进行分别累加，得到其余各金属元素在一回路水中的饱和溶解度。
在第一方面的一种可能的实施方式中，第一函数满足公式(14)：
Figure BDA0003870023250000042
在公式(14)中，[LiOH]bulk表示氢氧化锂的当前测量总浓度，Kw表示水的离子积，[H+]表示H+在一回路水中的摩尔浓度，K1 B表示硼酸的一级电离常数；K2 B表示硼酸的二级电离常数；K3 B表示硼酸的三级电离常数，x表示未电离硼酸的摩尔浓度，Kj表示氢氧化锂的离子积。
第二方面，本申请提供一种一回路水化学确定装置，包括：
获取模块，用于获取在当前测量温度下，一回路水中未电离硼酸和未电离氢氧化锂的浓度，以及一回路水中除锂元素以外的其余各金属元素在一回路水中的饱和溶解度；
构建模块，用于根据离子电荷守恒、一回路水中硼酸和氢氧化锂的离子积公式，以及未电离硼酸和未电离氢氧化锂的浓度，构建第一函数，第一函数用于表征氢氧化锂的总浓度和pH值的对应关系；
计算模块，用于根据第一函数和氢氧化锂的当前测量总浓度，计算一回路水的当前pH值。
第三方面，本申请提供一种计算机设备，包括：处理器和存储器，存储器被配置为存储计算机程序指令；
当计算机程序指令被处理器执行时，使得计算机执行如第一方面所述的方法的步骤。
第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序指令，计算机程序指令在计算机上运行时，使得处理器执行如第一方面所述的方法的步骤。
第五方面，本申请提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现第一方面所述的方法的步骤。
在本申请提供一种一回路水化学确定方法中，通过获取在当前测量温度下，一回路水中未电离硼酸和未电离氢氧化锂的浓度，以及一回路水中除锂元素以外的其余各金属元素在一回路水中的饱和溶解度，并利用离子电荷守恒、一回路水中硼酸和氢氧化锂的离子积公式、未电离硼酸和未电离氢氧化锂的浓度，构建关于氢氧化锂的总浓度和pH值的函数关系，在计算pH值时考虑了一回路水中影响pH变化的可能的反应机理，计算结果准确，从而可以准确预测一回路水pH值变化对蒸汽发生器腐蚀等的影响，进而可以为燃料棒的反应性能和反应堆的安全提供准确参考。同时，通过确定一回路水中金属元素的饱和溶解度，还可以为反应堆外合金材料腐蚀和燃料棒结垢行为进行预测，从而可以进一步为燃料棒的反应性能和反应堆的安全提供参考。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种一回路水化学确定方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的另一种一回路水化学确定方法的流程示意图；
图3为本申请实施例提供的一种铁酸镍在558K下的E-pH示意图；
图4为本申请实施例提供的本申请计算pH值与参考算例pH值的对比图；
图5为本申请实施例提供的一种一回路水化学确定装置的结构框图；
图6为本申请实施例提供的一种计算机设备的结构框图。
具体实施方式
为了便于理解本申请申请，下面将参照相关附图对本申请申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
为了解决上述一回路水化学条件预测不准确的问题，本发明人提出一种一回路水化学的新的确定和计算方法，具体描述如下：
本申请公开了一种一回路水化学的确定方法，如图1和图2所示，包括：
S11)、获取在当前测量温度下，一回路水中未电离硼酸和未电离氢氧化锂的浓度，以及一回路水中除锂元素以外的其余各金属元素在一回路水中的饱和溶解度。
一回路水又称为一回路冷却剂，其主要作用是将反应堆堆芯产生的热量带到蒸汽发生器，传给二回路，生产蒸汽。
在一回路水中加入硼酸，用来控制反应性变化，进而控制反应堆功率和安全的系统。
一回路水偏碱性时能够提高结构材料的耐腐蚀性能，并且能够减少腐蚀产物向堆芯的转移及腐蚀产物的活化，一回路水pH的控制是通过添加氢氧化锂来实现调节的。
硼酸是弱电解质，电离平衡常数的大小反映弱电解质的电离程度，温度不同，电离程度不同。
氢氧化锂属于难溶电解质，难溶电解质的离子积反映电解质的电离程度，温度不同，电离程度不同。
一回路水中除锂元素以外，还包含有Ni、Fe、Cr、Co、Mn等金属元素，这些金属元素的饱和溶解度对堆外合金材料腐蚀和燃料棒表面结垢行为有重要影响，并且其饱和溶解度会对一回路水中离子电荷守恒造成影响，从而会间接影响一回路水的pH值。当前测量温度可以为一回路水在正常运行过程中所处于的任何可能的温度。
基于以上，获取在当前测量温度下，一回路水未电离硼酸和未电离氢氧化锂的浓度，以及一回路水中除锂元素以外的其余各金属元素在一回路水中的饱和溶解度，可以通过一回路水所包含的物质在当前测量温度下的电离反应，以及电离后的各离子浓度进行确定。
在一些实施例中，获取在当前测量温度下，一回路水中未电离硼酸的浓度，可以包括：
根据硼酸在一回路水中的离子积公式，以及硼元素质量守恒，计算在当前测量温度下，一回路水中未电离硼酸的浓度。
其中，由于硼酸在一回路水中的电离反应满足方程式(1)、(2)和(3)：
Figure BDA0003870023250000071
Figure BDA0003870023250000072
Figure BDA0003870023250000073
因此，硼酸在一回路水中的离子积计算公式满足公式(2)、(3)、(4)、(5)、(6)和(7)：
Figure BDA0003870023250000081
Figure BDA0003870023250000082
Figure BDA0003870023250000083
Figure BDA0003870023250000084
Figure BDA0003870023250000085
Figure BDA0003870023250000086
其中，在公式(2)、公式(3)、公式(4)、公式(5)、公式(6)和公式(7)中，[B(OH)- 4]表示B(OH)- 4的摩尔浓度，[OH-]表示一回路水中OH-的摩尔浓度，[B(OH)3]表示未电离硼酸的摩尔浓度，K1 B表示硼酸的一级电离常数；[B2(OH)- 7]表示B2(OH)- 7的摩尔浓度，K2 B表示硼酸的二级电离常数；[B3(OH)- 10]表示B3(OH)- 10的摩尔浓度，K3 B表示硼酸的三级电离常数，T表示当前测量温度；
根据上述公式和硼元素质量守恒，可以得到未电离硼酸的浓度的计算公式满足公式(8)：
Figure BDA0003870023250000087
在公式(8)中，x表示未电离硼酸的摩尔浓度，[B]表示硼酸的总摩尔浓度(也即硼元素总摩尔浓度)。
其中，T的单位可以是摄氏度。
根据以上硼酸的电离反应和离子积公式，以及硼元素总摩尔浓度，可以准确计算一回路水中未电离硼酸的摩尔浓度。
同理，根据氢氧化锂在一回路水中的电离反应和离子积公式，以及锂元素质量守恒同样能够计算一回路水中未电离氢氧化锂的浓度。
在本申请的一些实施例中，获取在当前测量温度下，一回路水中未电离氢氧化锂的浓度，包括：
根据氢氧化锂的离子积公式，氢氧化锂的总浓度，以及在当前测量温度下氢氧化锂的电离度，计算未电离氢氧化锂的浓度。
其中，由于氢氧化锂的电离反应满足方程式(4)：
LiOH→Li++OH- (4)
因此，氢氧化锂的离子积公式满足公式(9)和(10)：
Figure BDA0003870023250000091
log Kj＝-0.8217-0.0031T (10)
在公式(9)和(10)中，Kj表示氢氧化锂的离子积，[Li+]表示Li+的摩尔浓度，[OH-]表示OH-在一回路水中的摩尔浓度，[LiOH]表示未电离氢氧化锂的摩尔浓度，T表示当前测量温度；
根据上述公式(9)和(10)，以及氢氧化锂的总浓度(如总摩尔浓度)和氢氧化锂在当前测量温度下的电离度，可以得到未电离氢氧化锂的摩尔浓度的计算公式满足公式(11)：
[LiOH]＝[LiOH]bulk(1-αLiOH) (11)
在公式(11)中，[LiOH]bulk表示氢氧化锂的当前测量总浓度，αLiOH表示氢氧化锂的当前电离度。
通过利用氢氧化锂的总浓度和当前电离度计算未电离氢氧化锂的浓度，可以进一步提高未电离氢氧化锂的浓度的计算准确性。
其中，上述氢氧化锂在当前测量温度下的电离度可以通过查表得到，也可以通过经验计算得到，在此不做具体限定。
在一些实施例中，氢氧化钾的当前电离度的计算公式满足如下公式(i)：
Figure BDA0003870023250000092
公式(i)中，Kj表示氢氧化锂的离子积，[OH-]表示OH-在一回路水中的摩尔浓度，Kw表示水在当前测量温度下的离子积，[H+]表示H+在一回路水中的摩尔浓度。
其中，上述Kw可以通过查表得到，也可以通过经验公式计算得到。
在一些实施例中，采用Marshall-Frank经验公式(ii)计算水的离子积：
Figure BDA0003870023250000101
在公式(ii)中，T表示当前测量温度，单位为K；ρw表示水的密度，单位为g/cm3。
在一些实施例中，确定在当前测量温度下，一回路水中除锂元素以外的其余各金属元素在一回路水中的饱和溶解度，包括：
获取当前测量温度下，一回路水中除锂元素以外的其余各金属元素的稳定固相对应的沉淀溶解化学反应的吉布斯自由能；根据沉淀溶解化学反应和吉布斯自由能，计算其余各金属元素所对应的离子浓度；按照元素种类，对其余各金属元素中每一种金属元素所对应的离子浓度分别进行累加，得到其余各金属元素在一回路水中的饱和溶解度。
其中，需要说明的是，金属在水溶液中均存在固相反应，在这些固相反应中，金属可以以不同氧化态的固相存在于水溶液中，而根据该固相反应的吉布斯自由能的正负，该固相反应会向左或向右进行，而固相反应向左或向右进行后的反应产物所对应的固相即为该金属元素对应的稳定固相。
沉淀溶解化学反应即是指上述固相反应，固相反应中生成的包含有金属元素的溶解态物相对应的金属元素的浓度，即为金属元素所对应的离子浓度。
在一些实施例中，确定在当前测量温度下，一回路水中除锂元素以外的其余各金属元素对应的稳定固相，可以包括：
根据其余各金属元素在水溶液中的所有固相反应，以及所有固相反应所对应的吉布斯自由能，采用溶解氢和溶解氧的方式确定其余各金属元素对应的稳定固相。
具体的，根据T.E.Rummery理论，其余各金属元素中每一种金属元素在水溶液中的所有固相反应均满足方程式(5)和(6)：
aA+ZH2＝bB+cH2O (5)
bB+Z′O2＝aA (6)
在方程式(5)和(6)中，A和B表示任一种金属元素在水溶液中任意两种不同氧化态的固相，a、b、c、Z和Z’为系数。
上述两个反应的吉布斯自由能满足公式(12)：
Figure BDA0003870023250000111
在公式(12)中，ΔGT表示标准状态下的吉布斯自由能，R表示平衡常数，T表示当前测量温度，Q表示反应熵；
其中，Q＝1/PH2 Z或Q＝1/PO2 Z，PH2和PO2分别表示氢气、氧气分压力。
根据亨利定律，如果实际氢或氧含量大于各自对应的平衡值，则ΔGT为负，化学反应向右进行，方程右侧的产物更稳定；反之，化学反应向左进行。在给定溶解氢(DH)和溶解氧(DO)后，可确定反应堆一回路水中除锂元素以外的其余各种金属元素可能稳定存在的稳定固相。
在确定稳定固相后，可以根据稳定固相确定稳定固相对应的沉淀溶解化学反应。
具体的，可以综合分析多个实际运行工况范围内的E-pH图来确定稳定固相所对应的沉淀溶解化学反应，即可得到其余各金属元素在一回路水中的饱和溶解度。
这里，以铁酸镍溶解度计算为例，简单介绍沉淀溶解化学反应确定方法。按照558K下E-pH图中铁酸镍的稳定存在区域如图3所示，在这个稳定区周围各条线都代表了铁酸镍的分解反应，其中涉及到溶解态物质的就是沉淀溶解化学反应方程。
图3确定了558K下的溶解反应有4个，列于表1中。
表1铁酸镍在558K下的沉淀溶解化学反应方程
序号 沉淀溶解化学反应
1 3NiFe<sub>2</sub>O<sub>4</sub>+6H<sup>+</sup>+H<sub>2</sub>＝3Ni<sup>2+</sup>+2Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>+4H<sub>2</sub>O
2 NiFe<sub>2</sub>O<sub>4</sub>+2H<sup>+</sup>＝Ni<sup>2+</sup>+Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>+H<sub>2</sub>O
3 3NiFe<sub>2</sub>O<sub>4</sub>+5H<sub>2</sub>O+H<sub>2</sub>＝3Ni(OH)<sup>3-</sup>+2Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>+3H<sup>+</sup>
4 NiFe<sub>2</sub>O<sub>4</sub>+2H<sub>2</sub>O＝Ni(OH)<sup>3-</sup>+Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>+H<sup>+</sup>
当温度、压力、DH、DO浓度发生变化时，各稳定固相对应的沉淀溶解化学反应也会发生变化时，其本质上是E-pH图中各固相的交界线发生移动。
在上述确定沉淀溶解化学反应后，根据沉淀溶解化学反应和沉淀溶解化学反应对应的吉布斯自由能，可以得到其余各金属元素所对应的离子浓度的计算满足公式(13)：
Figure BDA0003870023250000121
在公式(13)中，i代表不同物质，C为常数，X、T、Z、W和Y为系数，针对不同金属系数取值不同，PH2表示氢气分压力。ΔGT是吉布斯自由能。
S12)、根据离子电荷守恒、一回路水中硼酸和氢氧化锂的离子积公式、未电离硼酸和未电离氢氧化锂的浓度，构建第一函数，第一函数用于表征氢氧化锂的总浓度和pH值的对应关系。
其中，离子电荷守恒的计算公式如下公式(iii)所示：
[OH-]+[∑B-]＝[Li+]+[H+]+[∑M+] (iii)
其中，水的离子积公式如下(iv)所示：
Kw＝[H+][OH-] (iv)
氢氧化锂的离子积公式如上公式(9)所示。
[∑B-]的计算公式(v)可以根据硼酸的离子积公式得到：
Figure BDA0003870023250000122
[∑M+]可以通过上述溶解度计算公式计算得到，由于在一回路条件下，[∑M+]相比于其他正离子可以忽略，因此，第一函数满足公式(14)：
Figure BDA0003870023250000131
在公式(14)中，[LiOH]bulk表示氢氧化锂的当前测量总浓度，Kw表示水的离子积，[H+]表示H+在一回路水中的摩尔浓度，K1 B表示硼酸的一级电离常数；K2 B表示硼酸的二级电离常数；K3 B表示硼酸的三级电离常数，x表示未电离硼酸的摩尔浓度，Kj表示氢氧化锂的离子积。
通过上述公式，即可根据[LiOH]bulk计算得到当前pH值。
S13)、根据第一函数和氢氧化锂的当前测量总浓度，计算一回路水的当前pH值。
氢氧化锂的当前测量总浓度可以测量得到，如此可以得到当前pH值。
在一些实施例中，根据第一函数和氢氧化锂的当前测量总浓度，计算一回路水的当前pH值，包括：
根据第一函数和一回路水的参考pH值，计算参考pH值对应的氢氧化锂的参考总浓度；将所述参考pH值作为pH迭代初始值，根据氢氧化锂的当前测量总浓度、第一函数和迭代算法，对pH迭代初始值进行i次校正，直至当前pH值与第i次pH校正值之差的绝对值小于或等于预设阈值为止，其中，i为大于或等于1的整数，在i次校正过程中，上一次pH校正值作为下一次校正的pH迭代初始值。
在这些实施例中，通过将参考pH值作为pH迭代初始值，通过迭代算法对该pH迭代初始值进行反复校正，能够使当前pH值不断逼近精度要求，从而能够计算准确的当前pH值。
在一些实施例中，上述迭代算法满足如下公式(1)：
Figure BDA0003870023250000132
其中，在公式(1)中，pH表示当前pH值，pH0表示每一次校正过程中的pH迭代初始值，[LiOH]bulk表示氢氧化锂的当前测量总浓度，[LiOH]0表示每一次校正过程中氢氧化锂的迭代初始总浓度，[LiOH]0与pH0满足第一函数，n表示预设阈值。
在这些实施例中，在迭代计算前，先根据第一函数和一回路水的参考pH值，计算参考pH值对应的氢氧化锂的参考总浓度，然后将参考pH值作为pH迭代初始值pH0，将氢氧化锂的参考总浓度作为氢氧化锂的迭代初始总浓度[LiOH]0，再结合测量得到的氢氧化锂的当前测量总浓度[LiOH]bulk，得到第一次pH校正值，将第一次pH校正值作为第二次校正的pH迭代初始值，并根据第一次pH校正值和第一函数计算与第一次pH校正值对应的氢氧化锂的迭代初始总浓度[LiOH]0，重复以上迭代，直到|pH-pH0|<n为止，迭代收敛。
其中，上述氢氧化锂的迭代初始总浓度[LiOH]0可以根据每一次校正后的pH迭代初始值带入公式(14)中得到，也即公式(14)中计算得到的[LiOH]bulk即为与pH迭代初始值对应的氢氧化锂的迭代初始总浓度[LiOH]0。
基于以上，n可以为0.0001。如此，当|pH-pH0|<0.001则迭代收敛。可以最大程度上使当前pH值逼近精度要求。
本申请的实施例提供一种一回路水化学的确定方法，通过获取在当前测量温度下，一回路水中未电离硼酸和未电离氢氧化锂的浓度，以及一回路水中除锂元素以外的其余各金属元素在一回路水中的饱和溶解度，并利用离子电荷守恒、一回路水中硼酸和氢氧化锂的离子积公式，以及未电离硼酸和未电离氢氧化锂的浓度，构建关于氢氧化锂的总浓度和pH值的函数关系，在计算pH值时考虑了一回路水中影响pH变化的可能的反应机理，计算结果准确，从而可以准确预测一回路水pH值变化对蒸汽发生器腐蚀等的影响，进而可以为燃料棒的反应性能和反应堆的安全提供准确参考。同时，通过确定一回路水中金属元素的饱和溶解度，还可以为反应堆外合金材料腐蚀和燃料棒结垢行为进行预测，从而可以进一步为燃料棒的反应性能和反应堆的安全提供参考。
本申请的一些示例还提供一种一回路水化学的确定方法，在该确定方法中，设置输入参数为：主流体硼浓度为566ppm；主流体的氢氧化锂浓度为1.42ppm；溶解氢气浓度为30cc/kg；主流体温度为300℃，通过计算得到当前pH值与参考算例pH值的对比如图4所示，如下表2给出了pH＝7.2时各个金属离子的饱和浓度。
表2水化学计算结果
名称 值 单位
pH值 7.2 /
Ni饱和离子浓度 4.01e-10 /
Fe饱和离子浓度 3.93e-09 /
Cr饱和离子浓度 6.38e-11 /
Co饱和离子浓度 5.10e-10 /
Mn饱和离子浓度 3.39e-10 /
由图4可知，本申请实施例计算的当前pH值与参考算例pH值偏离较小，决定系数R2为0.9176，说明本申请实施例计算的当前pH值计算较为准确。
本申请实施例还提供一种一回路水化学的确定装置，如图5所示，包括：
获取模块501，用于获取在当前测量温度下，一回路水中未电离硼酸和未电离氢氧化锂的浓度，以及一回路水中除锂元素以外的其余各金属元素在一回路水中的饱和溶解度；构建模块502，用于根据离子电荷守恒，一回路水中硼酸和氢氧化锂的离子积公式，以及未电离硼酸和未电离氢氧化锂的浓度饱和溶解度，构建第一函数，第一函数用于表征氢氧化锂的总浓度和pH值的对应关系；计算模块503，用于根据第一函数和氢氧化锂的当前测量总浓度，计算一回路水的当前pH值。
在一些实施例中，如图5所示，该计算模块503具体用于根据第一函数和一回路水的参考pH值，计算参考pH值对应的氢氧化锂的参考总浓度；将所述参考pH值作为pH迭代初始值，根据氢氧化锂的当前测量总浓度、第一函数和迭代算法，对pH迭代初始值进行i次校正，直至当前pH值与校正后的pH初始值之差的绝对值小于或等于预设阈值为止，其中，i为大于或等于1的整数，在i次校正过程中，上一次pH校正值作为下一次校正的pH迭代初始值。
在一些实施例中，上述获取模块501，具体用于根据硼酸在一回路水中的离子积公式，以及硼元素质量守恒，计算在当前测量温度下，一回路水中未电离硼酸的浓度。
在一些实施例中，获取模块501，还具体用于根据氢氧化锂的离子积公式、氢氧化锂的总浓度以及在当前测量温度下氢氧化锂的电离度，计算未电离氢氧化锂的浓度。
在一些实施例中，获取模块501，还具体用于获取当前测量温度下，一回路水中除锂元素以外的其余各金属元素的稳定固相对应的沉淀溶解化学反应的吉布斯自由能，根据沉淀溶解化学反应和吉布斯自由能，计算其余各金属元素所对应的离子浓度；按照元素种类，对其余各金属元素中每一种金属元素所对应的离子浓度分别进行累加，得到其余各金属元素在一回路水中的饱和溶解度。
上述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。图5中上述各个模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。例如，采用软件实现时，上述获取模块501、构建模块502、计算模块503可以是由至少一个处理器读取存储器中存储的程序代码后，生成的软件功能模块来实现。图5中上述各个模块也可以由计算机中的不同硬件分别实现，例如获取模块501由至少一个处理器中的一部分处理资源(例如多核处理器中的一个核或两个核)实现，而构建模块502、计算模块503由至少一个处理器中的其余部分处理资源(例如多核处理器中的其他核)，或者采用现场可编程门阵列(field－programmablegate array，FPGA)、或协处理器等可编程器件来完成。显然上述功能模块也可以采用软件硬件相结合的方式来实现，例如获取模块501由硬件可编程器件实现，而构建模块502、计算模块503是由CPU读取存储器中存储的程序代码后，生成的软件功能模块。
图5中获取模块501、构建模块502、计算模块503实现上述功能的更多细节请参考前面各个实施例中的相关描述，在这里不再重复，该确定装置也同样具有与以上所述的确定方法相同的技术效果。
本申请实施例还提供一种计算机设备，如图6所示，该计算机设备包括：通过系统总线连接的处理器、存储器，通信接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、移动蜂窝网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种一回路水化学的确定方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，上述计算机设备的结构描述仅仅是本申请方案相关的部分结构，并不构成对本申请方面所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一些实施例中，还提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述各方法实施例中的步骤。
本实施例中处理器实现的各步骤，其实现原理和技术效果与上述一回路水化学的确定方法的原理类似，在此不再赘述。
本申请实施例还提供一种计算机存储介质，该计算机存储介质存储有计算机程序指令，计算机程序指令在计算机上运行时，使得处理器执行如上所述各方法实施例中的步骤。
本实施中计算机程序被处理器执行时实现的各步骤，其实现原理和技术效果与上述一回路水化学的确定方法的原理类似，在此不再赘述。
本申请实施例还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上所述的各方法实施例中的步骤。
本实施例中计算机程序被处理器执行时实现的各步骤，其实现原理和技术效果与上述一回路水化学的确定方法的原理类似，在此不再赘述。
需要说明的是，本申请所涉及的用户信息(包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等)和数据(包括但不限于用于分析的数据、存储的数据、展示的数据等)，均为经用户授权或经过各方充分授权的信息和数据。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所实验的对存储器、数据库或其他介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性促成存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器(ReRAM)、磁变存储器(Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM)、铁电存储器(Ferroelectric Random Access Memory，FRAM)、相变存储器(Phase Change Memory，PCM)、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic RandomAccess Memory，DRAM)等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件程序实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。该计算机程序产品包括一个或多个计算机程序指令。在计算机上加载和执行该计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例中的流程或功能。该计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络或者其他可编程装置。该计算机程序指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(digital subscriberline，DSL))方式或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心传输。该计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包括一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。该可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、磁盘、磁带)、光介质(例如，数字视频光盘(digital video disc，DVD))、或者半导体介质(例如固态硬盘(solid state drives，SSD))等。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (13)

1.一种一回路水化学确定方法，其特征在于，包括：
获取在当前测量温度下，所述一回路水中未电离硼酸和未电离氢氧化锂的浓度，以及所述一回路水中除锂元素以外的其余各金属元素在所述一回路水中的饱和溶解度；
根据离子电荷守恒、所述一回路水中硼酸和氢氧化锂的离子积公式，以及所述未电离硼酸和所述未电离氢氧化锂的浓度，构建第一函数，所述第一函数用于表征氢氧化锂的总浓度和pH值的对应关系；
根据所述第一函数和所述氢氧化锂的当前测量总浓度，计算所述一回路水的当前pH值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一函数和所述氢氧化锂的当前测量总浓度，计算所述一回路水的当前pH值，包括：
根据所述第一函数和所述一回路水的参考pH值，计算所述参考pH值对应的氢氧化锂的参考总浓度；
将所述参考pH值作为pH迭代初始值，根据氢氧化锂的当前测量总浓度、第一函数和迭代算法，对pH迭代初始值进行i次校正，直至所述当前pH值与第i次pH校正值之差的绝对值小于或等于预设阈值为止，其中，i为大于或等于1的整数，在i次校正过程中，上一次pH校正值作为下一次校正的pH迭代初始值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述迭代算法满足如下公式(1)：
Figure FDA0003870023240000011
其中，在公式(1)中，pH表示所述当前pH值，pH0表示每一次校正过程中的pH迭代初始值，[LiOH]bulk表示所述氢氧化锂的当前测量总浓度，[LiOH]0表示每一次校正过程中氢氧化锂的迭代初始总浓度，[LiOH]0与pH0满足所述第一函数，n表示所述预设阈值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取在当前测量温度下，所述一回路水中未电离硼酸的浓度，包括：
根据所述硼酸在所述一回路水中的离子积公式，以及硼元素质量守恒，计算在所述当前测量温度下，所述一回路水中未电离硼酸的浓度。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
所述硼酸在一回路水中的离子积公式满足公式(2)、(3)、(4)、(5)、(6)和(7)：
Figure FDA0003870023240000021
Figure FDA0003870023240000022
Figure FDA0003870023240000023
Figure FDA0003870023240000024
Figure FDA0003870023240000025
Figure FDA0003870023240000026
其中，在公式(2)、公式(3)、公式(4)、公式(5)、公式(6)和公式(7)中，[B(OH)- 4]表示B(OH)- 4的摩尔浓度，[OH-]表示一回路水中OH-的摩尔浓度，[B(OH)3]表示未电离硼酸的摩尔浓度，K1 B表示硼酸的一级电离常数；[B2(OH)- 7]表示B2(OH)- 7的摩尔浓度，K2 B表示硼酸的二级电离常数；[B3(OH)- 10]表示B3(OH)- 10的摩尔浓度，K3 B表示硼酸的三级电离常数，T表示当前测量温度；
所述未电离硼酸的浓度的计算公式满足公式(8)：
Figure FDA0003870023240000027
在公式(8)中，x表示未电离硼酸的摩尔浓度，[B]表示硼酸的总摩尔浓度。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取在当前测量温度下，所述一回路水中未电离氢氧化锂的浓度，包括：
根据所述氢氧化锂的离子积公式、氢氧化锂的当前测量总浓度，以及在所述当前测量温度下所述氢氧化锂的电离度，计算所述一回路水中所述未电离氢氧化锂的浓度。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
所述氢氧化锂的离子积公式满足公式(9)和(10)：
Figure FDA0003870023240000031
log Kj＝-0.8217-0.0031T (10)
在公式(9)和(10)中，Kj表示氢氧化锂的离子积，[Li+]表示Li+的摩尔浓度，[OH-]表示OH-在一回路水中的摩尔浓度，[LiOH]表示未电离氢氧化锂的摩尔浓度，T表示当前测量温度；
所述未电离氢氧化锂的浓度的计算公式满足公式(11)：
[LiOH]＝[LiOH]bulk(1-αLiOH) (11)
在公式(11)中，[LiOH]bulk表示氢氧化锂的当前测量总浓度，αLiOH表示氢氧化锂的当前电离度。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取在所述当前测量温度下，所述一回路水中除锂元素以外的其余各金属元素在所述一回路水中的饱和溶解度，包括：
获取所述当前测量温度下，所述一回路水中除锂元素以外的其余各金属元素的稳定固相所对应的沉淀溶解化学反应的吉布斯自由能；
根据所述沉淀溶解化学反应和所述吉布斯自由能，计算所述其余各金属元素所对应的离子浓度；
按照元素种类，对所述其余各金属元素中每一种所述金属元素所对应的离子浓度分别进行累加，得到所述其余各金属元素在所述一回路水中的饱和溶解度。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述第一函数满足公式(14)：
Figure FDA0003870023240000041
在公式(14)中，[LiOH]bulk表示氢氧化锂的当前测量总浓度，Kw表示水的离子积，[H+]表示H+在一回路水中的摩尔浓度，K1 B表示硼酸的一级电离常数；K2 B表示硼酸的二级电离常数；K3 B表示硼酸的三级电离常数，x表示未电离硼酸的摩尔浓度，Kj表示氢氧化锂的离子积。
10.一种一回路水化学的确定装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取在当前测量温度下，所述一回路水中未电离硼酸和未电离氢氧化锂的浓度，以及所述一回路水中除锂元素以外的其余各金属元素在所述一回路水中的饱和溶解度；
构建模块，用于根据离子电荷守恒、所述一回路水中硼酸和氢氧化锂的离子积公式，以及所述未电离硼酸和未电离氢氧化锂的浓度，构建第一函数，所述第一函数用于表征氢氧化锂的总浓度和pH值的对应关系；
计算模块，用于根据所述第一函数和所述氢氧化锂的当前测量总浓度，计算所述一回路水的当前pH值。
11.一种计算机设备，其特征在于，包括：处理器和存储器，所述存储器被配置为存储计算机程序指令；
当所述计算机程序指令被所述处理器执行时，使得所述计算机执行如权利要求1～9任一项所述的方法的步骤。
12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在计算机上运行时，使得处理器执行如权利要求1～9任一项所述的方法的步骤。
13.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现1～9任一项所述的方法的步骤。
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