CN115608424A - 一种核电机组离线硼饱和系统 - Google Patents

一种核电机组离线硼饱和系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及核电机组树脂床净化技术领域，具体公开了一种核电机组离线硼饱和系统，分为高浓硼制备回路、树脂床硼饱和回路、树脂床充装及回收回路，其中低位水箱的底部出口通过管道与树脂床的顶部入口连通，在管道上设有硼酸输送泵；树脂床的底部出口通过管道与高位水箱入口连通；在高位水箱的侧壁上连接溢流管线并与低位水箱连通；通过开启硼酸输送泵，将低位水箱中的含硼水注入到树脂床中，对树脂床中树脂进行硼饱和，树脂床中流出的水进入高位水箱并通过溢流管线流入低位水箱。本发明离线硼饱和系统具有操作简单、工业风险低、收益高等诸多优点，可提高机组的固有安全性，降低管理成本，提高机组反应性管理水平。

Description

一种核电机组离线硼饱和系统
技术领域
本发明属于核电机组树脂床净化技术领域，具体涉及一种核电机组离线硼饱和系统。
背景技术
当前M310型核电机组如下几个系统的树脂床(混床)会直接影响一回路或乏燃料水池的硼浓度：RCV化学和容积控制系统RCV001/002DE(混床)、PTR反应堆换料水池和乏燃料水池冷却和处理系统PTR001DE(混床)、TEP硼回收系统TEP006DE(混床)。因上述树脂床均为混床，阴树脂会吸收以硼酸根离子存在的硼，导致系统中硼浓度降低，在上述树脂床投入使用前，均需要先进行硼饱和操作，待完全硼饱和以后才能投入系统使用。
RCV001/002DE和TEP006DE通过吸收一回路冷却剂的方式来进行硼饱和操作。将未进行硼饱和的除盐床接入工艺系统中，使一回路冷却剂流过除盐床，通过除盐床吸收一回路冷却剂中的硼来实现硼饱和。由于一回路冷却剂经过除盐床后硼浓度会明显下降，为避免一回路被稀释导致功率非计划上升，需通过除盐床下游阀门RCV030VP使被除硼的一回路冷却剂旁通至硼回收系统，待除盐床完成硼饱和后再投入系统。若出现操作失误，将未进行硼饱和除盐床误投入使用，则会导致一回路被误稀释，由于除盐床硼浓度变化引起的反应性变化非常大，其对反应堆的安全将带来不容小觑的影响。数据分析显示，从1999年到2005年，有核电基地发生人因引起的反应性控制相关事件十余起，其中在REA系统上进行相关操作导致一回路意外稀释或硼化，或者存在其它潜在风险的事件就有八起，在此八起事件中有五起是在进行一回路大流量补给期间发生的。
PTR001DE采用直接投入系统进行硼饱和的方式，即更换后的树脂床不进行硼饱和操作，待完成冲洗后直接将其投入系统，通过乏池的含硼水对其进行硼饱和，此种硼饱和方式将直接导致乏池硼浓度降低。以功率运行情况下PTR系统1561t(乏池1326m3，管道等处的总体积235m3)进行计算，如对该除盐床进行硼饱和，乏池硼浓度将下降24.1ppm，将导致乏池次临界度降低，可能引起硼浓度违反技术规范的要求，而技术规范对乏池硼浓度要求在2300-2500ppm之间，以保证足够的次临界裕度。
当机组进入寿期末，一回路硼浓度过低将无法对新更换树脂床进行硼饱和操作。如果新更换的树脂床为TEP006DE，一般会选用两台机组相对硼浓度高的机组进行硼饱和；如新更换的树脂床为RCV001/002DE，只能采用临时运行隔离方式将新更换树脂床隔离，待具备硼饱和条件后再进行硼饱和操作。
此外，由于树脂床的功能不同，核岛内核级树脂有阴床树脂、阳床树脂、混床树脂等，而当前的机组树脂更换方法为直接将新树脂装入除盐床，无法对除盐床中树脂种类进行验证，在更换过程中还存在换错树脂的安全隐患。
综上所述，当前普遍采用的除盐床在线硼饱和的方式存在较高的安全隐患和人因失误风险，因此亟需设计一套核电机组离线硼饱和系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种核电机组离线硼饱和系统，避免现有硼饱和方式对一回路反应性的影响，实现树脂床离线硼饱和。
本发明的技术方案如下：
一种核电机组离线硼饱和系统，设置在非生产厂房，分为三个回路：高浓硼制备回路、树脂床硼饱和回路、树脂床充装及回收回路；
所述的高浓硼制备回路包括搅拌器、电加热器、浓硼罐、手动排放阀、低位水箱、循环泵、再循环阀以及相连接的管道阀门；
所述浓硼罐的底部出口通过管道A与低位水箱连通，在管道A上设有手动排放阀，低位水箱的底部出口a通过管道B与浓硼罐的顶部入口连通，在管道B上依次设有循环泵和再循环阀；
所述的树脂床硼饱和回路包括低位水箱、树脂床、硼酸输送泵、高位水箱、溢流管线、紧急排水阀、树脂捕捉器以及相连接的管道阀门；
在所述的树脂床中装有需要硼饱和的树脂；
所述低位水箱的底部出口b通过管道C与树脂床的顶部入口连通，在管道C上设有硼酸输送泵；树脂床的底部出口通过管道D与高位水箱入口连通；在高位水箱的侧壁上连接溢流管线并与低位水箱连通；
所述的树脂床充装及回收回路包括树脂传送漏斗、树脂排放阀；
所述的树脂传送漏斗通过管线F与树脂床的顶端连通，用于将需要硼饱和的树脂装入树脂床中；
在所述树脂床的底端连接回收管，在回收管上设有树脂排放阀，用于将树脂床中硼饱和后的树脂排出回收。
在所述的管道D上设有树脂捕捉器，用于捕捉回路中的碎树脂。
所述高位水箱的底部通过管道E与低位水箱连通，在管道E上设有紧急排水阀；
若溢流管线出现异常导致高位水箱水位过高，则可通过开启紧急排水阀将高位水箱中的水排放至低位水箱中。
所述高位水箱的位置高于树脂床的位置，通过重力作用确保在树脂床中存在暂存树脂时能够保持满水状态。
在所述的低位水箱上设有补水管线和排水管线，在进行低位水箱检修时可通过补水管线冲洗，通过排水管线排水。
在所述的管线F上设有支管连接正洗进水阀，用于将冲洗样水通入树脂床中。
在树脂床硼饱和回路运行期间，高浓硼制备回路可独立运行，实现在线调节低位水箱中硼浓度的目的。
通过电加热器及搅拌器在浓硼罐中制备高浓度硼酸；
制备完成的硼酸通过开启手动排放阀排放至低位水箱；
通过不断制备，提高低位水箱中硼浓度，直至符合目标硼浓度为止；
通过循环泵和再循环阀对高浓硼制备回路打循环，确保硼浓度均匀准确，并防止硼结晶。
通过开启硼酸输送泵，将低位水箱中的含硼水注入到树脂床中，对树脂床中树脂进行硼饱和，树脂床中流出的水进入高位水箱并通过溢流管线流入低位水箱；
若溢流管线出现异常导致高位水箱水位过高，则可通过停运硼酸输送泵来避免出现高位水箱溢流；
待树脂床上下游硼浓度取样合格后，可实施树脂床的冲洗、沥水操作。
在硼饱和过程中可逐渐调整回路中的硼浓度，使其与即将更换树脂床的机组一回路硼浓度一致，减少树脂更换后离子平衡过程的硼酸吸收释放量，最大限度减少树脂更换后对机组的扰动。
本发明的显著效果在于：
本发明离线硼饱和系统具有操作简单、工业风险低、收益高等诸多优点，可从根本上解决M310型核电机组除盐床(混床)在当前管理方式下存在的安全隐患，将除盐床(混床)相关的风险管理由人防转变为技防，提高机组的固有安全性，降低管理成本，提高机组反应性管理水平。
(1)安全性提高：树脂床离线进行硼饱和操作，可有效降低除盐床误投入风险。采用离线硼饱和，最严重反应性后果即为向一回路引入除盐床体积(除去树脂体积后会小于除盐床体积)清水的风险，不会发生持续对一回路进行稀释的情况，可完全避免除盐床误投入的事件发生。
(2)降低人因失误风险。乏池中断冷却、乏池含硼水补充、换料水箱补水、除盐床充水排气及冲洗等操作均为不常执行的高风险工作，如采用离线硼饱和的方式，可有效避免一回路大流量补给产生反应性事件风险。
(3)减少放射性废物，降低后处理压力。1)新树脂中会有碎树脂存在，离线硼饱和系统中设有专门的树脂捕捉器，可减少碎树脂引入工艺系统，降低主回路中过滤器更换频率，减少放射性废物产生；2)采用离线硼饱和的方式，除盐床完成安装后仅需进行一次冲洗，可减少放射性废液的产生；3)新树脂的拆包工作将在非放厂房进行，可最大程度降低包装类废物产生。
(4)确保树脂种类正确。可在离线进行硼饱和过程中对树脂床的种类进行验证，确保新更换的树脂床种类正确。
(5)提高树脂床的可用性。新树脂在离线时已进行硼饱和，新更换树脂仅进行充水及冲洗操作即可，更换后可随时使用，有效提高树脂床的可用性。
(6)减少人员辐射剂量。在线进行树脂床硼饱和操作的区域环境剂量整体较高，如采用树脂离线硼饱和方式，可有效减少人员操作时间，从而实现减少人员辐射剂量的目的。
(7)经济性高。离线硼饱和系统可多机组共用，对于群堆管理的电厂，全厂仅需要设置一套树脂床离线硼饱和系统即可，具备很高的经济性。
附图说明
图1为离线硼饱和系统示意图。
图中：1.搅拌器；2.电加热器；3.浓硼罐；4.手动排放阀；5.低位水箱；6.循环泵；7.再循环阀；8.树脂床；9.硼酸输送泵；10.高位水箱；11.溢流管线；12.紧急排水阀；13.树脂捕捉器；14.树脂传送漏斗；15.正洗进水阀；16.树脂排放阀。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示的一种核电机组离线硼饱和系统，设置在非生产厂房，分为三个回路：高浓硼制备回路、树脂床硼饱和回路、树脂床充装及回收回路。
所述的高浓硼制备回路用于制备高浓度硼酸，包括搅拌器1、电加热器2、浓硼罐3、手动排放阀4、低位水箱5、循环泵6、再循环阀7以及相连接的管道阀门。
所述浓硼罐3的底部出口通过管道A与低位水箱5连通，在管道A上设有手动排放阀4，低位水箱5的底部出口a通过管道B与浓硼罐3的顶部入口连通，在管道B上依次设有循环泵6和再循环阀7。所述的搅拌器1用于搅拌浓硼罐3中的硼酸，电加热器2用于对浓硼罐3中的硼酸进行加热。
通过电加热器2及搅拌器1在浓硼罐3中制备高浓度硼酸，目标硼浓度为7000ppm(可依据实际需求调节配置硼酸的硼浓度)。制备完成的硼酸通过开启手动排放阀4排放至低位水箱5。通过不断制备，提高低位水箱5中硼浓度，直至符合目标硼浓度为止。通过循环泵6和再循环阀7对高浓硼制备回路打循环，确保硼浓度均匀准确，并防止硼结晶。
在树脂床硼饱和回路运行期间，高浓硼制备回路可独立运行，实现在线调节低位水箱5中硼浓度的目的。
所述的树脂床硼饱和回路用于树脂硼饱和，包括低位水箱5、树脂床8、硼酸输送泵9、高位水箱10、溢流管线11、紧急排水阀12、树脂捕捉器13以及相连接的管道阀门。
在所述的树脂床8中装有需要硼饱和的树脂。
所述低位水箱5的底部出口b通过管道C与树脂床8的顶部入口连通，在管道C上设有硼酸输送泵9；树脂床8的底部出口通过管道D与高位水箱10入口连通，在管道D上设有树脂捕捉器13；高位水箱10的底部通过管道E与低位水箱5连通，在管道E上设有紧急排水阀12；在高位水箱10的侧壁上连接溢流管线11并与低位水箱5连通。
所述高位水箱10的位置高于树脂床8的位置，通过重力作用确保在树脂床8中存在暂存树脂时能够保持满水状态。
在所述的低位水箱5上还连通有补水管线和排水管线，在进行低位水箱5检修时可通过补水管线冲洗、通过排水管线排水。
所述的树脂捕捉器13用于捕捉回路中的碎树脂。
通过开启硼酸输送泵9，将低位水箱5中的含硼水注入到树脂床8中，对树脂床8中树脂进行硼饱和，树脂床8中流出的水进入高位水箱10并通过溢流管线11流入低位水箱5。若溢流管线11出现异常导致高位水箱10水位过高，则可通过开启紧急排水阀12将高位水箱10中的水排放至低位水箱5中或通过停运硼酸输送泵9来避免出现高位水箱10溢流。待树脂床8上下游硼浓度取样合格后(参照在线硼饱和合格标准)，可实施树脂床8的冲洗、沥水操作。
在硼饱和过程中可逐渐调整回路中的硼浓度，使其与即将更换树脂床的机组一回路硼浓度一致，减少树脂更换后离子平衡过程的硼酸吸收释放量，最大限度减少树脂更换后对机组的扰动。
所述的树脂床充装及回收回路包括树脂传送漏斗14、正洗进水阀15、树脂排放阀16，可实现树脂床8的充装、冲洗、沥水和回收，硼饱和后的树脂最终通过分装成小桶运输至核岛。
所述的树脂传送漏斗14通过管线F与树脂床8的顶端连通，用于将需要硼饱和的树脂装入树脂床8中。在所述的管线F上设有支管连接正洗进水阀15，用于将冲洗样水通入树脂床8中。在所述树脂床8的底端连接回收管，在回收管上设有树脂排放阀16，用于将树脂床8中硼饱和后的树脂排出回收。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种核电机组离线硼饱和系统，其特征在于：设置在非生产厂房，分为三个回路：高浓硼制备回路、树脂床硼饱和回路、树脂床充装及回收回路；
所述的高浓硼制备回路包括搅拌器(1)、电加热器(2)、浓硼罐(3)、手动排放阀(4)、低位水箱(5)、循环泵(6)、再循环阀(7)以及相连接的管道阀门；
所述浓硼罐(3)的底部出口通过管道A与低位水箱(5)连通，在管道A上设有手动排放阀(4)，低位水箱(5)的底部出口a通过管道B与浓硼罐(3)的顶部入口连通，在管道B上依次设有循环泵(6)和再循环阀(7)；
所述的树脂床硼饱和回路包括低位水箱(5)、树脂床(8)、硼酸输送泵(9)、高位水箱(10)、溢流管线(11)、紧急排水阀(12)、树脂捕捉器(13)以及相连接的管道阀门；
在所述的树脂床(8)中装有需要硼饱和的树脂；
所述低位水箱(5)的底部出口b通过管道C与树脂床(8)的顶部入口连通，在管道C上设有硼酸输送泵(9)；树脂床(8)的底部出口通过管道D与高位水箱(10)入口连通；在高位水箱(10)的侧壁上连接溢流管线(11)并与低位水箱(5)连通；
所述的树脂床充装及回收回路包括树脂传送漏斗(14)、树脂排放阀(16)；
所述的树脂传送漏斗(14)通过管线F与树脂床(8)的顶端连通，用于将需要硼饱和的树脂装入树脂床(8)中；
在所述树脂床(8)的底端连接回收管，在回收管上设有树脂排放阀(16)，用于将树脂床(8)中硼饱和后的树脂排出回收。
2.如权利要求1所述的一种核电机组离线硼饱和系统，其特征在于：在所述的管道D上设有树脂捕捉器(13)，用于捕捉回路中的碎树脂。
3.如权利要求1所述的一种核电机组离线硼饱和系统，其特征在于：所述高位水箱(10)的底部通过管道E与低位水箱(5)连通，在管道E上设有紧急排水阀(12)；
若溢流管线(11)出现异常导致高位水箱(10)水位过高，则可通过开启紧急排水阀(12)将高位水箱(10)中的水排放至低位水箱(5)中。
4.如权利要求1所述的一种核电机组离线硼饱和系统，其特征在于：所述高位水箱(10)的位置高于树脂床(8)的位置，通过重力作用确保在树脂床(8)中存在暂存树脂时能够保持满水状态。
5.如权利要求1所述的一种核电机组离线硼饱和系统，其特征在于：在所述的低位水箱(5)上设有补水管线和排水管线，在进行低位水箱(5)检修时可通过补水管线冲洗，通过排水管线排水。
6.如权利要求1所述的一种核电机组离线硼饱和系统，其特征在于：在所述的管线F上设有支管连接正洗进水阀(15)，用于将冲洗样水通入树脂床(8)中。
7.如权利要求1所述的一种核电机组离线硼饱和系统，其特征在于：在树脂床硼饱和回路运行期间，高浓硼制备回路可独立运行，实现在线调节低位水箱(5)中硼浓度的目的。
8.如权利要求1所述的一种核电机组离线硼饱和系统，其特征在于：通过电加热器(2)及搅拌器(1)在浓硼罐(3)中制备高浓度硼酸；
制备完成的硼酸通过开启手动排放阀(4)排放至低位水箱(5)；
通过不断制备，提高低位水箱(5)中硼浓度，直至符合目标硼浓度为止；
通过循环泵(6)和再循环阀(7)对高浓硼制备回路打循环，确保硼浓度均匀准确，并防止硼结晶。
9.如权利要求1所述的一种核电机组离线硼饱和系统，其特征在于：通过开启硼酸输送泵(9)，将低位水箱(5)中的含硼水注入到树脂床(8)中，对树脂床(8)中树脂进行硼饱和，树脂床(8)中流出的水进入高位水箱(10)并通过溢流管线(11)流入低位水箱(5)；
若溢流管线(11)出现异常导致高位水箱(10)水位过高，则可通过停运硼酸输送泵(9)来避免出现高位水箱(10)溢流；
待树脂床(8)上下游硼浓度取样合格后，可实施树脂床(8)的冲洗、沥水操作。
10.如权利要求9所述的一种核电机组离线硼饱和系统，其特征在于：在硼饱和过程中可逐渐调整回路中的硼浓度，使其与即将更换树脂床的机组一回路硼浓度一致，减少树脂更换后离子平衡过程的硼酸吸收释放量，最大限度减少树脂更换后对机组的扰动。
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