华龙一号核电机组调试阶段核级硼酸需求分析
（中国核电工程有限公司华东分公司，浙江 海盐 314300）
摘 要：本文通过对国内某华龙一号核电厂调试阶段需要使用核级硼酸的系统与 CNP1000 机组调试阶段需要使用核级硼酸的系统进行对比分析计算，给出了华龙一号核电双机组调试期间的核级硼酸采购量。
关键词：华龙一号；调试阶段；核级硼酸
概述
华龙一号核电机组是我国具有完全自主知识产权的第三代核电技术，在可预见的未来，该堆型将是国内核电主要建设堆型，并且是中国核电走出去的主力堆型。本文主要通过对某核电厂 5、6 号机组调试阶段需要使用核级硼酸的系统与 CNP1000 机组调试阶段需要使用核级硼酸的系统进行对比分析，定量计算出了华龙一号核电双机组调试期间的核级硼酸采购量，用于指导后续机组调试期间的核级硼酸采购工作。
1 硼酸在压水堆核电站中的应用
链式裂变反应是反应堆的物理基础，反应堆稳定运行的需要通过控制棒进行控制。为了更经济、更完美地控制反应堆的链式裂变反应，还需向压水反应堆冷却剂添加可溶性中子吸收物质硼酸来进行化学补偿控制。
可燃毒物棒、控制棒和化学补偿控制三种方式中，其对反应性控制的分配中，以化学补偿控制量最大[1] 。
天然硼由
10 B（19.8%）和 11B（80.2%）组成，硼酸化学式为 H3 BO 3 ，相对分子质量 61.84。
在硼酸作为反应性补偿控制的一回路冷却剂中，10 B 会发生中子反应：
而 7Li 进入冷却剂后正好可以起到 pH 控制作用，可以大大减少一回路pH 控制剂氢氧化锂-7 的使用量。
核电厂调试阶段需要使用核级硼酸的系统有很多，接下来我们进行逐一对比分析。
2 反应堆冷却剂系统对比分析
华龙一号的反应堆冷却剂（RCS）系统与 CNP1000 的反应堆冷却剂（RCP）系统相比，主要差异有[2] ：
1）华龙一号增加考虑了严重事故缓解措施。在严重事故发生后，第二道防线的压力容器破损前，通过稳压器快速卸压功能，将一回路的压力降低，避免堆芯融化产生的高压熔融物喷射，而直接对安全壳进行加热，在一定程度上减轻了高压熔堆事故的后果。
2）华龙一号中设置了压力容器事故排气子系统，可以在事故工况下，将不凝结气体排出，从而保证堆芯冷却，从而缓解事故进程。
3）华龙一号将反应堆燃料组件由 157 组提高到了 177 组，在提高了反应堆堆芯功率的同时降低了平均线功率密度，在额定工况下，燃料组件传热工况更加远离偏离泡核沸腾点，反应堆堆型的安全性进一步提高。
3 反应堆硼和水补给系统对比分析
华龙一号的反应堆硼和水补给（RBM）系统与 CNP1000 的反应堆硼和水补给（REA）相比，主要差异有[3] ：
（1）功能差异
RBM 系统和 REA 系统相比，主要功能不变，只是在硼酸浓度上略有差别，调整为 REB 系统制备 4%~4.57%（7000~8000ppm）的硼酸溶液，为 RSI系统制备 1.37%（2400±100ppm）的硼酸溶液。
（2）总体设计差异
1）RBM 系统和 REA 系统的设计原则保持一致：都是通过与化学和容积控制系统配合，保证反应堆反应性控制在期望状态；另外在小泄漏或管道小破口事件发生时，为反应堆冷却剂系统的提供补水。
2）RBM 系统和 REA 系统安全准则保持一致（但由于华龙一号一回路容量增大，安全准则中硼酸体积由 CNP1000 的 48.9m?增大为 64.67m?）。
3）REA 系统为双堆布置，为双机组共用，而 RBM 为单堆布置，这些设备均为单机组使用。
4 新增应急硼注入系统
应急硼注入（REB）系统是华龙一号新增系统，用来在如下的事故瞬态时向反应堆冷却剂系统注入硼酸溶液，实现堆芯硼化，保证堆芯的次临界状态[4]：
1）在未能紧急停堆的预计瞬变（ATWS）工况下，REB 系统可以向 RCS系统快速注入 4%~4.57%（7000~8000ppm）的硼酸溶液，确保将反应堆带入次临界状态；2）在事故工况下发生向 RCS 系统补硼或补水不可用的情况下，可以通过手动启动 REB 系统，向 RCS 系统进行补水和硼化，保证反应堆堆芯处于可预期情况。
5 安全注入系统对比分析
华龙一号的安全注入（RSI）系统与 CNP1000 的安全注入（RIS）系统相比，主要差异有[5] ：
1）RSI 系统取消了浓硼酸注入一回路，即取消了在 RCS 系统流量不足时，通过上充泵将硼酸注入箱中的浓硼酸注入一回路的功能，上充泵不再作为高压安注使用，而是通过 REB 系统来完成这一功能；2）在停堆期间，反应堆处于半管运行工况下，失去余热排出功能，RSI系统将有中压安注泵通过一回路冷段向堆芯注入硼酸溶液，替代 RIS 系统的通过高压安注泵向一回路补水的设计，注入压力降低，提高了系统的安全性。
6 核级硼酸需求量分析
根据 2～6 节的系统差异分析结果，将需要硼酸的用户进行统计，结果详见表 7-1。
表 7-1 华龙一号核电机组硼酸溶液的需求量
系统 用户
硼浓度 Dj
（ppm）
需求量
（m?）
双机组需求量
Vj（m?）
RCS
反应堆冷却剂系
统
2400 280 560
RBM 硼酸贮存箱 7000 280 560
REB 硼酸注入箱 8000 100 200
RFT 乏燃料水池 2400 2106 4212
内置换料水箱 2400 2403 4806
RSI
安注箱 2400 136.5 273
核级硼酸的需求量计算公式为：
（4-6）
式中：
B 1 ——核级硼酸理想计算量，kg；
转换系数——，kg/g；
D j ——硼酸溶液中硼浓度，ppm；
V j ——硼酸溶液体积，m?。
带入表 4-6 中数据，计算得：B 1 =166,954.74kg8 核级硼酸采购量计算华龙一号核电机组核级硼酸采购量的影响因子直接取用笔者对CNP1000 核电机组核级树脂采购量的影响因子分析结果（本文不再赘述），见表 4-7。
表 4-7 华龙一号核电机组核级硼酸采购考虑因素影响因子 影响率 备注试验不确定性（C） 2% Bc采购裕量（M） Bc 的 2% Bm考虑试验不确定性因素 C 后，华龙一号核电机组核级硼酸的采购量计算公式为：
B c =(1+C)B 1 （4-7）
经计算：
B c =170,293.83kg
考虑采购裕量 M 后，华龙一号核电机组核级硼酸的采购量计算公式为：
B m =(1+M)B c （4-8）
经计算：
B m =173,699.71kg
7 结论及展望
通过计算得出了华龙一号核电机组调试阶段的核级硼酸采购需求量应为 112.5 吨。后续，可以在计算出的核级硼酸需求总量的基础上，将核级硼酸需求与华龙一号核电机组调试进度计划进行匹配，得出更加精细化的调试阶段核级硼酸管理进度计划。
参考文献：
[1]韩延德.2010.核电厂水化学[M].北京：中国原子能出版社.
[2]张玉龙.2014.反应堆冷却剂系统手册[R].成都：中国核动力研究设计院.
[3]姚鸿帅.2009.反应堆硼和水补给系统手册第 2-5 章[R].北京：中国核电工程有限公司.
[4]郭新海.2013.应急硼注入系统手册[R].北京：中国核电工程有限公司.
[5]赵斌.2013.安全注入系统手册[R].北京：中国核电工程有限公司.
作者简介
杨果（1989），男，河南邓州，工程师，研究方向：核电厂调试。
