核电厂硼浓度监测系统参数设置
胡永强 卢裕夫 涂序平 伍东明
中图分类号：TM623 文献标识：A 文章编号：1674-1145（2019）5-184-01
摘 要 硼表对压水堆一回路硼浓度进行实时监测，对调节堆芯控制反应性有着重要的意义，本文介绍了硼表高压参数、甄别域参数值得选定方法，对硼表系统安全稳定运行以及维护有参考意义。
关键词 核电厂 硼酸浓度 参数设置
在压水堆一回路中，采用硼酸作为化学毒物来进行反应性的补偿控制。通过调节一回路冷却剂中的硼浓度来达到调节和控制反应性的目的。反应性控制作为核电厂运行的重中之重，因此必须有监测一回路冷却剂硼浓度的设备，并以此设备测量所得的数据实施反应堆反应性控制策略。
在核电站常用的硼浓度测量中，主要有两种方法：第一个是酸碱中和滴定法，化学人员对一回路冷却剂进行取样，然后在试验室中使用滴定法分析得到硼浓度；第二个方法就是在线硼表测量，采用硼表对一回路的硼浓度进行在线测量。硼表测量系统主要由探测装置、标定装置、机柜、就地显示箱及温度变送器箱组成，本文将着重介绍该系统机柜中的参数设置。
一、硼表测量原理
通过探测装置与核取样回路连接，构成一个完整和独立的反应堆及一回路系统硼浓度测量系统；探测装置内部安装有中子探测器和中子源，核电站主回路中的硼对热中子具有很大的吸收截面。探测器输出的脉冲信号计数率与探测器接收到的热中子数成正比。硼浓度监测道通过对脉冲信号进行采集，数据处理单元通过中子计数率计算出回路中的硼浓度。通过长期在线监测反应堆及一回路系统内循环水中的硼浓度，当一回路中的硼浓度稀释时，如果硼浓度偏差（相对于“设定值”）大于预设值（Δmg/L）时产生硼浓度偏差报警，防止堆功率的意外增长，确保运行安全；如果硼浓度值大于高值报警预设值，产生高值报警；如果硼浓度小于低值报警预设值时，产生低值报警。
二、高压最优值的选取
涂硼正比计数管是一金属圆管做成的，管内充以三氟化硼气体。硼吸收中子后发出粒子使三氟化硼电离，一次电离所产生的电子在计数管内电场作用下加速并向集电极移动，它获得的能量足以使其它分子电离，这些电子全部到达中心电极后，在负载电阻上就产生一个电压脉冲，脉冲频率与中子注量率水平成线性关系。
换言之，当工作电压足够大时，入射中子使BF3气体发生所谓“气体放大”，即次级电子在高电场作用下，在与气体分子作相邻两次碰撞之间的自由程中积累了足够的能量，以至可以使气体分子再次被电离，每碰撞一次，电荷载流的数目增加一倍，电流以倍增系数A=2n（n为初级电子达到阳极的路径上与气体分子碰撞的平均次数）被放大，这就是说，中子探测器工作在“正比区”，利用正比气体放大的特点制作的中子探测器叫“BF3正比计数管”，它的气体放大倍数A在一定的外加电压下是常数，A值甚至可以达到106。为了选取合适的工作电压，实验记录了600V-820V中10个点的平均计数率，最后做出坪曲线图，选取最平坦的一段作为工作电压，实验数据如图1所示：
经过实验测量数据绘制坪曲线图，可以看出电压在750V-800V之间坪曲线较平坦，可选780V作为探测器工作电压。
三、甄别放大器最优电压选取
为使硼表测量数据真实可靠，需尽量剔除本底噪声信号，设置合理的甄别阈是剔除本底噪声的有效方法。将探测器工作高压调节到工作值后稳定5分钟，从低到高逐步改变甄别阈值0.3V-1.4V，每10秒记录一个点，待计数率稳定后记录lO个数据并求平均计数，实验数据如图2所示：
经过实验测量数据绘制阈压曲线图，可以看出甄别放大器电压电压在1.1V-1.2V范围较平坦，可选1.2V作为甄别放大器电压工作电压。
四、实验验证
验证试验是在（30±1）℃的回路硼溶液温度下，通过不断改变回路中的硼溶液浓度获取相应的中子计数率，通过上位机上显示的硼浓度与化学滴定浓度进行比较。
采用等量置换方法将硼溶液浓度从高到低改变，根据硼浓度测量范围0-2500mg/L，将量程分成两段并分段拟合，第一段为0～1000mg/L，另一段是 1000mg/L-2500mg/L。
等量置换是指通过用一定体积的去离子水置换相同体积的硼溶液以达到将硼溶液稀释到预计硼浓度的目的。等量置换公式为：Xn=P0 （V0-Vd）n / V0n，P0 为初始硼浓度，V0为回路内初始硼溶液体积，n为置换次数，Xn为对应置换次数下的理论硼浓度。上位机采集时间设置为10s，每个浓度采集10个点，计算出10个点的平均浓度。
待计数率稳定后进行取样滴定分析，同时对两组样品进行滴定分析，计算滴定平均值，记录计滴定浓度。与此同时，记录下上位机计算出的10个点的平均值，记录数据。待两组数据都记录完成后，取出3.5L体积的硼溶液，加入3.5L体积的去离子水，此时回路硼浓度理论值为2294.80 mg/L，待计数率稳定后进行取样滴定分析，同时记录上位机数据，完成14组滴定浓度、硼表浓度数据对获取，记录数据，绘制出滴定浓度与硼表浓度曲线，如图3所示：
通过验证试验图可以看出，在最优高压值、最优甄别放大区电压值下，滴定硼浓度曲线、硼表显示浓度两条曲线基本相似。可以认为780V为涂硼正比技术官最佳工作电压值，1.1V为甄别放大器最优电压值。
五、结语
本文对压水堆硼浓度监测系统的参数选择做了详细的阐述，通过实验数据得出探测器、甄別放大器的最佳工作电压。通过与化学滴定硼浓度值得对比，表明硼表测量值非常准确，验证了探测器、甄别放大器电压设定的合理性，对硼浓度监测系统的安全稳定运行有一定的参考意义。
