楊威

摘要：核電站一回路冷卻劑中溶解氫含量是重要的OTS（運(yùn)行技術(shù)規(guī)范）參數(shù)。在核電站，共有在線溶解氫表、相分離-氣相色譜法、熱導(dǎo)式便攜氫表、容控箱理論計(jì)算這四種方法。本文即對(duì)這四種測量方法的測量原理、使用優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行概述。

關(guān)鍵詞：一回路冷卻劑；溶解氫；相分離；容控箱

1前言

一回路冷卻劑在反應(yīng)堆的強(qiáng)輻射條件下會(huì)分解，水輻照分解產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性產(chǎn)物是引起一回路結(jié)構(gòu)材料和設(shè)備腐蝕的主要原因之一，為降低水輻解生成的強(qiáng)氧化性產(chǎn)物的濃度，抑制水的輻解過程，通常采用向冷卻劑中加H2的辦法。在實(shí)際運(yùn)行中，對(duì)于CPR1000的核電機(jī)組，使冷卻劑中溶解氫含量在20～50mL／kgH20范圍內(nèi)， 一回路冷卻劑中溶解氫含量是重要的OTS（運(yùn)行技術(shù)規(guī)范）參數(shù)，在壓水堆核電站，共有在線溶解氫表、相分離-氣相色譜法、熱導(dǎo)式便攜氫表、容控箱理論計(jì)算這四種方法。機(jī)組正常運(yùn)行期間，一回路冷卻劑溶解氫含量的測量主要是通過在線溶解氫表的方式，當(dāng)在線氫表不可用或在線表數(shù)據(jù)需要比對(duì)的時(shí)候，我們采用相分離-氣相色譜法、熱導(dǎo)式便攜氫表以及容控箱理論計(jì)算這三種方法進(jìn)行測量。

2在線溶解氫表

在線溶解氫表連接在一回路化學(xué)和容積控制系統(tǒng)除鹽床入口，在線溶解氫表以法國阿?，mDH102-1型溶解氫表為例,其工作原理：

鈀合金在吸收了水中的氫氣后，其電阻值發(fā)生變化，由這種變化可以得出相應(yīng)的氫氣濃度。在鈀合金被飽和后，必須令氫氣釋放，使鈀合金“解析”后才能做下一次測量，所以，氫表只能作間斷運(yùn)行。

解析原理：通過取樣介質(zhì)在反電極上產(chǎn)生100mA的再生電流，此時(shí)在工作電極上產(chǎn)生的氧迅速與鈀絲上吸附的氫結(jié)合從而實(shí)現(xiàn)再生的功能。反電極只參與再生，它不影響測量結(jié)果。

解析過程說明：解析時(shí)產(chǎn)生的電流直接影響到解析的效果。當(dāng)電流小于100mA時(shí)，在工作電極上不能產(chǎn)生足夠的氧把鈀絲上的氫完全吸附，也就是說再生不夠徹底。這種現(xiàn)象一般出現(xiàn)在機(jī)組的壽期末，隨著機(jī)組運(yùn)行到壽期末，一回路的硼濃度越來越低，根據(jù)化學(xué)技術(shù)規(guī)范的硼-鋰協(xié)調(diào)圖，一回路的鋰濃度也越來越低。當(dāng)硼濃度低于100ppm，鋰的濃度應(yīng)為0.8ppm左右，此時(shí)一回路的電導(dǎo)率約為8μS/cm。當(dāng)硼濃度繼續(xù)下降時(shí)，一回路電導(dǎo)率也會(huì)隨之下降低于8μS/cm，此時(shí)電極與反電極間一回路水的阻抗會(huì)增加，導(dǎo)致再生電流達(dá)不到100mA引起再生效果不好，從而引起測量誤差。在現(xiàn)場判斷解析的方法：如果按下再生按鈕時(shí)氫表顯示低于25cm3/kg，就說明再生電流值不夠，需要進(jìn)行再次再生；按下再生按鈕一分鐘后釋放時(shí)，只有當(dāng)指針能夠達(dá)到5cm3/kg以下，才說明鈀測量絲吸附的氫已經(jīng)被充分解析。在經(jīng)過1.5小時(shí)后讀數(shù)，此時(shí)的讀數(shù)才會(huì)認(rèn)為是可信的、準(zhǔn)確的。

3相分離-氣相色譜法

相分離器工作原理.相分離器主要由脫氣裝置、取樣器和氮?dú)夤芫€三部分組成，脫氣裝置由脫氣器和潷析器串聯(lián)組成，脫氣器連接到一回路取樣管線，通過控制進(jìn)樣三通閥和出口三通閥來完成樣品循環(huán)，同時(shí)取到一定體積一定壓力且具有代表性的一回路冷卻劑樣品。潷析器與可移動(dòng)的真空取樣器相連接，使系統(tǒng)壓力降低，完成樣品中氣相與液相的初步分離，同時(shí)通過氮?dú)夤呐輰⒚摎馄饕后w中的溶解氫從液相中載帶出來，通過氮?dú)獯祾邔⒎蛛x出的氫氣收集至取樣器中，然后取下取樣器用氣相色譜進(jìn)行分析，便可計(jì)算出樣品中溶解氫的含量。

4熱導(dǎo)式便攜氫表

便攜氫表以奧比菲亞（Orbisphere）3654型熱導(dǎo)式溶解氫表為例， 3654型熱導(dǎo)式分析儀表的測量探頭是由氣體擴(kuò)散膜、電加熱的熱導(dǎo)芯片、吹掃管路及相關(guān)組件構(gòu)成。氣體擴(kuò)散膜將熱導(dǎo)芯片與樣品隔開，在擴(kuò)散膜和熱導(dǎo)芯片之間有一段小的封閉空間，該空間被吹掃氣周期性地充滿。在每次吹掃結(jié)束后，被測量的氫氣從樣品中通過膜擴(kuò)散進(jìn)來然后與芯片接觸，并改變了檢測器周圍氣體的熱導(dǎo)。因此，在一定的溫度下樣品中被測氣體含量變化與熱導(dǎo)的改變率成比例并反映到熱導(dǎo)芯片的輸出電壓上，芯片上輸出電壓的改變量被測量出來，得出被測氣體的濃度。該熱導(dǎo)式溶氫分析儀采用雙循環(huán)序列工作，在測量狀態(tài)下該循環(huán)周期大約為20s，每次循環(huán)由一個(gè)4s的吹掃周期和一個(gè)16s的采樣周期組成。吹掃周期中，吹掃氣吹出先前的樣品，并為下一次測量確立一個(gè)背景信號(hào)參考點(diǎn)（初始斜率）；采樣周期中，樣品中溶解的氫氣透過擴(kuò)散膜，引起芯片上熱導(dǎo)的改變進(jìn)而引起芯片的輸出電壓變化，結(jié)合溫度探頭的信號(hào)，儀器就可以計(jì)算出氣體的濃度。

5容控箱理論計(jì)算方法

CPR1000核電機(jī)組采用向一回路化學(xué)和容積控制系統(tǒng)容控箱加入氫氣的方法控制一回路溶解氫，容控箱運(yùn)行參數(shù)如表1。

6結(jié)論

經(jīng)過多年的運(yùn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比，上述四種分析方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。各種分析方法優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見表2。

對(duì)比優(yōu)缺點(diǎn)，機(jī)組正常運(yùn)行期間，一回路冷卻劑溶解氫含量的測量主要是通過在線溶解氫表的方式，當(dāng)在線氫表不可用或在線表數(shù)據(jù)需要比對(duì)的時(shí)候，我們采用相分離-氣相色譜法、熱導(dǎo)式便攜氫表以及容控箱理論計(jì)算這三種方法進(jìn)行測量。endprint