L8TES001BA硼浓度低不满足固化条件原因分析

L8TES001BA硼浓度低不满足固化条件原因分析

刘烨王朝金

（大亚湾核电运营管理有限责任公司运行三部广东深圳518100）

摘要：针对发现岭澳核电站二期L8TES001BA浓缩液硼浓度低于固化标准问题，本文指出岭澳核电站二期L8TES001BA硼浓度低的原因和后续控制措施；该控制措施在现场实践中得到的充分的验证，其风险控制策略和控制过程形成了一套可传承的控制方案，用于指导运行人员在面临同类问题时的风险分析和控制。

关键词：浓缩液；硼浓度；钠硼比；容积；稀释

0前言

2014.4对L8TES001BA浓缩液固化前取样，发现浓缩液的硼浓度为35980ppm，钠硼比（Na/B）为0.22，此次固化数据远远低于固化设计值，若按照此数据对浓缩液进行固化，既增加了固化桶的饱和使用率又增加了工作人员的集体受照剂量，严重的违背了辐射防护ALARA控制原则。通过本次理论分析和现场实践，首先减少了工作人员的工作量，其次降低了集体受照剂量，再次降低了固化桶的运行成本，最后延长了系统、设备的使用寿命。

1系统设计理念

根据L8TEU和L8TES系统设计的理念，L8TEU系统主要功能是收集核岛产生的地板废水、工艺废水、化学废水，通过过滤单元、净化单元、蒸发单元、化学试剂中和单元对废水进行处理以满足固化和排放的法规要求。L8TEU蒸发单元为L8TEU001EV，主要对含有化学成分的废水进行蒸发处理，产生40000±1000ppm和Na/B为0.20~0.25的合格浓缩液。L8TES001BA的主要功能是收集L8TEU001EV蒸发的40000±1000ppm和Na/B为0.20~0.25的合格的浓缩液，为后续的浓缩液固化工作提供条件。

2主要问题

岭澳核电站二期自商运以来通过L8TEU001EV共产生了3批可固化的浓缩液。L8TEU001EV传L8TES001BA前，对浓缩液的取样分析结果都满足固化要求。但在L8TES001BA固化前取样结果却低于40000±1000ppm固化要求（见表1）。

表1L8TEU001EV和L8TES001BA的数据对比

根据L8TEU001EV向L8TES001BA传硼设计要求，当L8TEU001EV水位到100mm时，将L8TEU001EV置于到state0，此时按照程序执行L8TEU001EV向L8TES001BA传硼操作。根据L8TEU001EV设计要求，当L8TEU001EV水位在100mm时，储存的浓缩液约为4m3。对于岭澳核电站二期L8TEU001EV在state5期间，L8TEU001EV的水位变化曲线如图1所示。

图1：

针对图1，当L8TEU001EV的水位在150.9mm时，L8TEU001EV由于水位的波动会导致L8TEU001EV由于低水位保护使L8TEU001EV跳闸到state6，按照该水位（150.9mm）执行L8TEU001EV向L8TES001BA传硼必将导致硼浓度低于40000±1000ppm。从运行角度出发，为了保证按照设计要求执行传硼，运行针对此种现象制定了针对性的控制方案，即L8TEU001EV向L8TES001BA传硼时，通过蒸馏液的疏水阀来控制L8TEU001EV的水位，此时进料阀放置手动并关闭，这种手段的优点就是L8TEU001EV的水位不会波动，当L8TEU001EV水位达到100mm时手动将L8TEU001EV置于state0，然后执行L8TEU001EV向L8TES001BA传硼工作。经过此种方案的验证，L8TES001BA的硼浓度的确有了非常大的改善，但是还是低于固化预期，如表1中三次传硼后的取样结果。

传硼前针对L8TEU001EV取样的计算公式：

P2=

P1=第一次硼浓度；

H1=第一次测量时的EV液位；

S=EV截面积（2.2m2）；

V=EV外的体积（包括管道和RE）；

P2=第二次硼浓度；

H2=第二次测量时的EV液位；

根据经验每次TEU001EV从低液位100传硼至TES001BA的浓缩液体积4.2m3，推算V=4m3；

3原因分析和最终结论

原因分析：

针对此种情况，经过大量的分析，初步怀疑与传硼结束后用SED水对管线冲洗有关（图2所示），冲洗管线的管径、长度、容积数据如表2所示。

图2

表2：L8TES001BA与L8TEU001EV传输管线的容积

由于L8TES001BA下部和上部为椭圆形，通过建模来计算L8TES001BA底部椭圆形水位和容积的对应关系。

当L8TES001BA水位大于0.4m时，水位和容积的换算关系如下：

V=（H-0.4）*π*r2+A

——V：实际容积；

——H：实际水位；

——r：L8TES001BA筒体内径；

——A：L8TES001BA椭圆形所占的容积。

若L8TES001BA实际水位H为2.3m经过计算，实际体积为4.356m3。

浓缩液硼浓度的理论计算：

若L8TEU001EV水位120mm，硼浓度为41000ppm传到L8TES001BA，L8TES001BA中有0.2m-SED水，当L8TEU001EV全部传到L8TES001BA后为2.33m，计算L8TES001BA的最终硼浓度为多少？

1.L8TES001BA接收的容积为：（2.33-0.4）*π*r2+0.53617=4.41666m3

2.考虑到传硼前管线中含有SED水，经过稀释后的硼浓度为：

[（4.41666-0.16907-0.045931773）*41000ppm]/4.41666=39004ppm

3.考虑到传硼结束后要用SED水冲洗管线10秒钟，冲洗水量计算方式通过建模计算如下：

1)假设L8TEU261VD上游8SED051管线压力为8.5bar.g保持不变，图中J1压力源=8.5bar.g；

2)模型中P2管道长度=L8SED054管线长度+L8TES046管线长度+L8TEU408VD、L8TEU261VD当量长度=4261mm；

3)模型中P1管道长度=L8TES025管线长度+L8TEU032VB至上游第一个三通之间的管线长度+L8TEU032VB当量长度=8229mm；

4)不考虑管路中的弯头阻力损失；

5)J2为大气压；

6)管道粗糙度=0.05mm。

计算流量：0.1173m3/10秒

4.考虑到传硼前管线中含有SED水和传硼后对管线进行SED水冲洗10秒钟后，L8TES001BA的最终硼浓度为：【（4.41666-0.16907-0.045931773-0.1173）*41000】/4.41666=38378.8ppm

L8TES001BA浓缩液硼浓度的实际数据

2014.3执行L8TEU001EV向L8TES001BA传硼操作，传硼结束后，用SED水对L8TES032VB管线进行冲洗，通过曲线发现L8TEU261VD的开启和关闭时间间隔为35S。

1)根据建模图形计算出的冲洗流量数据，本次L8TES001BA共接收的SED水量约为：

0.1173m3*3.5=0.41055m3（未考虑管线弯头对流量产生的影响）

L8TES001BA最终的硼浓度为：

[（4.41666-0.16907-0.045931773-0.41055）*41000]/4.41666=35198.68ppm（A）

2)根据L8TES001BA水位上涨量数据，本次L8TES001BA共接收的SED水量约为：

（2.3588-2.254）*2.2787=0.304m3

L8TES001BA最终的硼浓度为：

[（4.41666-0.16907-0.045931773-0.304）*41000]/4.41666=36182ppm（B）

3)2014.6执行L8TES001BA向L8TEU001EV传硼工作，传硼结束后开启L8TEU261VD通过L8TEU032VB到L8TES001BA冲洗22秒钟，服务对L8TES001BA进行排空并将废水进行全部接收，经过现场实际测量，共接收SED水量为0.337m3，说明建模数据和L8TES001BA水位上涨量基本相符。

5.化学对L8TES001BA的取样数据为：35980ppm

该数据介于（A）和（B）之间，说明计算数据与实际取样的结果基本相符。

结论：L8TES001BA硼浓度降低的原因是由于管线SED冲洗水对L8TES001BA中的硼进行了稀释导致。

结论再次验证：

2014.6执行L8TEU001EV向L8TES001BA传硼工作，传硼前L8TEU001EV的数据如下：

1)根据L8TES001BA水位上涨量数据计算最终的硼浓度：

L8TEU001EV向L8TES001BA传硼结束后，L8TES001BA水位为2.3614m，L8TEU261VD通过L8TEU032VB到L8TES001BA冲洗后，L8TES001BA水位为2.435m，SED注入的冲洗水量为0.1667m3，最终L8TES001BA的硼浓度理论计算为：

L8TES001BA接收总容积：（2.435-0.4）*3.1415926*0.8^2+0.53617=4.6277802m3

L8TES001BA最终的理论硼浓度为：

（4.6277802-0.045931773-0.1667）*42691/4.6277802=40720.259466ppm（C）

2)根据L8TEU261VD的开启和关闭时间段18S计算最终硼浓度：

根据建模图形计算本次L8TES001BA共接收的SED水量约为：

0.1173m3*1.8=0.21114m3（未考虑管线弯头对流量产生的影响）

L8TES001BA最终的理论硼浓度为：

（4.6277802-0.045931773-0.21114）*42691/4.6277802=40319.528ppm（D）

3)2014.6对L8TES001BA现场取样结果为：

最终结论：通过（C）、（D）、（E）三个数据对比，说明L8TES001BA硼浓度降低的原因是SED冲洗水稀释导致。理论计算和现场实际的验证结果相符。

4结束语

岭澳核电站二期L8TES001BA浓缩液固化指标为40000±1000ppm，相对其他核电站来说，岭澳核电站二期的固化指标控制更加严格，通过理论计算和在现场中的实际验证，解决了L8TES001BA浓缩液固化硼浓度低的问题。随着国内核电项目的发展，DCS相关机组也会遇到这钟情况，本文通过深入的分析和研究，并结合理论计算和现场实际的验证，摸索出一套完全可控的运行控制方案，对节省运行固化成本，提高固化效益以及降低集体辐照剂量，深化辐射防护ALARA控制原则起到非常重要的作用，对国内核电同行提供了重大的借鉴意义。

参考文献：

［1］核工业第二研究设计院L8TEU/TES/SED系统设计手册

［2］中广核工程有限公司L8TEU/TES/SED建筑等轴图册

［3］大亚湾核电运营管理有限责任公司放射性废物管理大纲