CEPR机组自动补给和补充硼化设计原理

CEPR机组自动补给和补充硼化设计原理

谭东

台山核电合营有限公司 广东省江门市 529228

摘要：本文介绍了CEPR机组自动补给和补充硼化的基本原理，详细分析了在不同情况下补充硼化的动作情况，并针对寿期末工况给出了控制建议。

关键词：CEPR机组；自动补给；补充硼化

The design prinsiple of CEPR automatic makeup and supplement boration

Tan Dong TaiShan Nuclear Power Joint Venture CO. Ltd.，Jiangmen，Guangdong, 529228, China

Abstract: In this paper, the design principle of CEPR automatic makeup and supplement boration is presented, the logic and problem of automatic makeup and supplement boration is analyzed. The corresponding control strategy is provided to solve the problem existed in the end of fule life cycle.

Keywords: CEPR; automatic makeup ; supplement boration

0 前言

在压水堆核电站，为满足余热导出功能，必须维持一定的一回路水装量。正常运行情况下，由于系统存在微小泄漏以及冷热变化导致的水位膨胀收缩，需要不时对一回路进行补给，此功能是由反应堆硼水补给系统REA来实现。由于CEPR机组高度的自动化程度，其自动补给的硼水流量计算有一定的复杂性，尤其是在寿期末一回路硼浓度较低，硼酸流量低于最低允许流量时的控制有其独到的特点，本文尝试对此设计原理予以论述并针对其存在的问题给出了相应的解决方案。

1 CEPR机组自动补给的基本原理

为维持RCV容控箱的液位，设计上当RCV容控箱液位低于1.95m时启动REA自动补给，当液位高于2.00m时停止REA自动补给。首先计算自动补给的除盐水流量，然后再根据除盐水计算硼酸流量。其除盐水流量是根据如下步骤计算得出：

首先根据VCT的液位偏差计算出补偿VCT液位偏差的除盐水流量：

Qdw△L=320×(1.95－LVCT)；

上述流量经过除盐水流量的上下限制得到一个补给需求的除盐水流量Qdw.rq。

上限Qdw.max为除盐水注入的最大流量（正常为80m³/h，一列除盐水不可用时最大流量为47m³/h）与根据一回路硼浓度及单台硼酸泵注入最大流量21.6 m³/h计算得到的除盐水流量的小选，即：

Qdw.max=MIN [80（47），((Bc.bast-Bc.mkp)*21.6 m³/h)/(Bc.mkp)]

其中，Bc.bast 为硼酸罐硼浓度，Bc.mkp为补给需求硼浓度，正常为一回路总硼浓度，若硼表（REN7141MG）故障或出现防误稀释信号时为CSV+100ppm。

下限Qdw.min考虑是单台除盐水泵注入的最小流量4.7m³/h

Qdw.rq 为Qdw△L经过式上下限限制之后的需求除盐水流量。

Qdw.rq再与单台硼酸泵的最小注入硼酸流量2.2 m³/h与计算的注入流量大选得到最终除盐水流量，即：

Qdw=MAX [Qdw.rq，((Bc.bast-Bc.mkp)*2.2m³/h)/(Bc.mkp)]

此外，当根据最小注入硼酸流量2.2 m³/h计算的除盐水流量超过了80 m³/h（一列除盐水不可用时为47 m³/h），则Qdw= Qdw.rq。此种工况为补充硼化工况。

除盐水流量确定后，即可计算补给的需求硼酸流量Qba.rq：

Qba.rq=(Qdw.rq×Bc.mkp)/(Bc.bast-Bc.mkp)

最终硼酸注入流量为Qba 为Qba.rq 与单台硼酸泵最小注入流量2.2 m³/h取大得到：

Qba=MAX[Qba,2.2]

自动补给启动时的注意事项：自动补给启动后需要立即关注自动补给的动作正确与否，包括水泵和硼泵的运行情况，阀门的动作情况；当一列水泵或硼泵不可用后，需要关注自动补给的流量能否满足维持RCV液位的需求；自动补给注入后一段时间内需要关注一回路冷热情况，以防止自动补给的硼浓度与一回路有过大的差异。

2 CEPR机组补充硼化的基本原理

随着机组燃耗的加深，一回路硼浓度会逐渐降低。在出现自动补给信号时，如果一回路硼浓度降低到计算得出的除盐水需求流量超过最大除盐水流量时，就会触发补充硼化信号。补充硼化信号的触发逻辑如下：

无最大流量硼化需求（手动最大流量硼化，自动最大流量硼化）；

无硼化需求（RCSL自动硼化，手动硼化，手动补给）；

无稀释需求（RCSL自动稀释，手动稀释，手动补给）；

补给需求总硼浓度＞20ppm（补给需求总硼浓度正常为一回路总硼浓度，若REN7141MG故障或出现防止稀释信号时为CSV+100ppm）；

当不存在防止稀释信号时，根据最小注入硼酸流量2.2 m³/h和补给需求硼浓度计算得出的除盐水需求流量超过了最大除盐水流量（正常为80m³/h，一列除盐水不可用时最大流量为47m³/h）。由此可反推出对应的一回路硼浓度，计算公式为：

如果取硼酸罐硼浓度为7116ppm，则计算得出的一回路总硼浓度低于190ppm。当一列除盐水不可用时计算得出的一回路硼浓度低于318.2ppm。

注：之所以加上防止稀释信号的闭锁条件，是避免由于补充硼化导致稀释先启动，叠加防止稀释信号导致停止稀释信号触发。

补充硼化信号触发时，会触发REA0009KS，同时在主控页面REA0002YC上产生文本：SUPPLEMENT BORATION。注意，补充硼化信号产生后，需等待容控箱液位低信号消失后延时900s，此KS和文本才会消失。

补充硼化触发后，除盐水注入先启动按照流量Qdw.rq注入除盐水，此流量正常为根据容控箱的液位偏差计算得出的除盐水流量。而硼酸注入一开始并不启动，根据已经注入的除盐水体积来累积计算应注入的硼酸体积，直到应注入的硼酸体积超过0.037 m3，优先的硼酸注入列才启动开始以2.2 m3/h的流量注入硼酸。当硼酸注入的量完全抵消了除盐水注入效果时（也即注入的总硼酸量和总除盐水量与一回路硼浓度刚好匹配），硼化停止。

考虑以下几种情况：

补偿正常微小泄漏。容控箱水位低于1.95m后，出现自动补给需求，补充硼化启动，除盐水开始注水，当容控箱水位回到2.0m后，除盐水停止注入。此时积分算出应该注入的硼酸体积＜0.037 m3，因此硼酸注入不会启动，但积分器并不会清零。后续再次出现自动补给需求，积分器继续计算，直到算出的硼酸体积超过0.037 m3，硼酸才开始注入，以抵消累积的除盐水注入效果。因此寿期末实际机组上在有自动补给需求时，可能会出现除盐水多次启动注入但硼酸注入不启动的情况。需要注意的是，此过程前期会对一回路带来稀释效果。0.037 m3硼酸对应的反应性约为-15pcm，也即在硼酸注入启动前，由于除盐水注入最多可能会累积带来+15pcm的反应性。另外，当有RCSL来的自动硼化/稀释需求时，积分器会被清零。

一回路换水或者补偿较大泄漏时。由于这种工况下，除盐水持续注入，因此硼酸注入是间歇启动的。

3 存在的问题及建议

目前自动补给存在的问题是硼水流量匹配不好，导致对一回路冷热产生一定的影响，为此可以采取以下设计优化方案：也即补给需求硼浓度减去根据REA注入的除盐水和硼酸流量计算的硼浓度与一回路实际硼浓度的偏差的积分值，以缓解实际自动补给过程中的轻微硼化效果。

而在寿期末，由于补充硼化是先注水，后注硼，所以可能出现注硼之后对控制棒棒位造成较大影响从而导致AO超出LCO上限的风险。因此寿期末可以考虑通过手动稀释来将积分器清零的方式来避免此影响。

4 结束语

CEPR机组自动补给和补充硼化的设计，考虑了容控箱液位不同时提供不同的补给速率，并且实现硼酸流量和给水流量自动匹配，同时兼顾仪表精度和泵的最低以及最高允许流量。对于自动补给硼水流量匹配不好导致影响一回路冷热的问题，可以通过硼浓度修正来进行设计优化；而对于寿期末补充硼化的硼酸注入可能对一回路冷热和AO产生影响的问题，可以通过手动清零积分器的方式来避免。

参考文献

[1] DUPUIS Jean-Philippe. EPR TSN FUNCTIONAL REQUIREMENTS ON PZR LEVEL CONTROL I&C FUNCTION.PARIS,AREVA,2015

[2] WINNERLEIN AndreasLECHNER REA- SDM Chapter 5 -Instrumentation and Control (I&C). PARIS, AREVA,2016