模块式小型压水堆一回路水化学参数分析

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1、模块式小型压水堆一回路水化学参数分析　　【摘要】本文在调研国内外压水堆核电厂一回路水化学的运行经验反馈的基础上，结合模块式小型压水堆的技术发展方向，对模块式小型压水堆一回路水化学运行参数进行分析研究，提出了模块式小型压水堆一回路水化学参数指标，可为模块式小型压水堆一回路水化学工况的设计、水化学规程的制定提供参考。　　【关键词】水化学参数；一回路；模块式小堆　　0引言　　模块式小型压水堆由于其在安全特性及多用途性等方面的显著特点而备受关注，可在区域供电、海水淡化、城市供暖、工业供气等方面广泛应用，

2、目前已成为核能领域的研究热点之一。为提高模块式小型压水堆的经济性，减少对人员和环境的影响[1]，需在延长换料周期、缩短换料时间和加严剂量控制等方面予以考虑。　　一回路水化学工况直接影响一回路结构材料的腐蚀以及腐蚀产物在堆芯的沉积，与核电厂机组的安全可靠运行密切相关。为满足模块式小型压水堆向延长换料周期、缩短换料时间和加严剂量控制等方向发展的需求，有必要开展模块式小型压水堆一回路水化学参数研究工作，以确保反应堆冷却剂压力边界的完整性，确保燃料包壳的完整性以及维持燃料组件的设计性能，减少堆芯外辐射场

3、的剂量率。7　　本文在调研国内外压水堆核电厂一回路水化学的运行经验反馈的基础上，对模块式小型压水堆一回路水化学运行参数进行分析研究，提出了模块式小型压水堆一回路水化学参数指标。　　1模块式小型压水堆一回路水化学工况的基本要求　　模块式小型压水堆一回路水化学工况应满足如下基本要求：　　（1）能降低一回路结构材料的腐蚀速率，避免局部腐蚀的发生；　　（2）能减少腐蚀产物和杂质在燃料包壳表面的沉积，以避免热阻增加进而使燃料包壳的壁温升高，加速燃料包壳的腐蚀；　　（3）能减少腐蚀产物的释放以及向堆芯迁移和

4、活化，以降低堆芯外辐射场的剂量率。　　2水化学参数的特性分析　　为尽量减少反应堆冷却剂浸润材料的均匀腐蚀和局部腐蚀，减少腐蚀产物向堆芯迁移，需维持良好的水化学工况，需对一回路水化学重要的水质参数进行控制，主要包括pH值、锂、溶解氢、溶解氧以及杂质（氯化物、氟化物、硫酸根、硅、铝、钙、镁和悬浮物）等[3]。通过分析水质参数控制的原因、特性及其相关运行经验反馈，确定了模块式小型压水堆一回路水化学参数指标。　　2.1pH值　　反应堆冷却剂pH值决定了结构材料腐蚀速率、腐蚀产物释放速率、腐蚀产物的迁移方

5、向及沉积特性。合理确定运行期间反应堆冷却剂pH值，不仅能减少结构材料腐蚀，还能够减少腐蚀产物向堆芯的迁移、沉积以及腐蚀产物的活化。7　　国内压水堆核电厂大多数采用的改进型硼-锂协调控制曲线，即（1）寿期初的锂浓度维持恒定直到pH300℃达到7.0；（2）通过减少锂浓度维持pH300℃=7.0；（3）锂浓度维持恒定直到pH300℃达到最佳值7.2；（4）通过减少锂浓度维持pH300℃=7.2。　　针对模块式小型压水堆采用长换料周期，对于反应堆冷却剂pH值控制优化，主要体现在由于实施长燃料循环后导致

6、循环寿期初反应堆冷却剂中硼浓度的增加，锂浓度随着硼浓度的增加而相应地提高，而硼-锂协调控制曲线的基本特征和pH300℃目标值未发生变化。因此，模块式小型压水堆冷却剂的pH值优化反映在硼-锂协调曲线中锂浓度的变化。　　2.2锂　　根据反应堆物理的需要，硼酸作为可溶性中子毒物加入反应堆冷却剂中。为了保证在正常运行期间维持反应堆冷却剂高温下的高pH值，需向反应堆冷却剂中添加pH控制剂氢氧化锂，其限值需根据高温pH值的要求和对应的硼浓度而确定的。　　根据国内外压水堆核电厂的运行经验反馈，反应堆冷却剂中锂

7、浓度的优化趋势为适当地提高锂浓度运行限值，以减少腐蚀产物在堆芯的沉积。在循环的开始阶段，国际上推荐使用的最小pH300℃值为6.9。在pH300℃低于6.9下运行，会增加一回路的腐蚀产物、放射性剂量、堆芯的沉积物和燃料包壳的腐蚀。针对模块式小型压水堆采用长燃料循环方案，以增加电厂的可利用率，减少大修次数，降低发电成本以及减少放射性废物排放和乏燃料数量等，在长燃料循环开始时需增加反应堆冷却剂中硼浓度，故为了达到国际上推荐使用的最小pH300℃值，必须适当提高反应堆冷却剂中的锂浓度[4]。7　　另外

8、，国外部分压水堆核电厂发生过燃料轴向功率偏移（AOA），其可能造成反应堆功率下降，严重时还会导致机组停机。目前，AOA机理还未完全弄清，但是与过冷沸腾下硼酸在燃料元件包壳沉积物中的浓缩形成LiBO2导致中子通量下降有关。而燃料包壳上沉积物的增加，会提高燃料包壳表面温度，增强燃料的局部浓缩作用。因此，减少燃料包壳上沉积物的来源，对避免核电厂发生AOA是十分重要的。降低一回路系统材料腐蚀速率是减少燃料元件沉积物生成的重要手段之一，在核电厂一回路中通过采用提高锂浓度的方法来使材料的腐蚀速率最小。同时，