长循环燃料管理对硼和水补给系统的影响分析
王琳，任云”
（1.环填保护部核与辐射安全中心，北京100082；2.中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室，四川或都510041）
关参数的变化.本文遵照硼和水补给系统设计准则的要求，对其系统容量和能力重新进行了计算和验证，论证结果表明原有的核电厂和水补给系统设计基本满足长循环赠料管理的要求，
关键词：压水滩：长循环磁料管理；REA系统
申医分类号：TL353 文章标志码：A
文章编号：0258-0918（2013)02-0200-04
Analysis andVerification of Boron and Water Makeup System forLong CycleFuel Management
WANG Lin REN Yun²
(1. Nucleer and Radiation Safety Center of MEP Bejing 1oto822. Science and Technology on Reactor System Desigs Technology Laboretory Nucleer Power Institate of Chins Chengbu of Sichuss Prov. 510041)
Abstraet; In order to improve economic benefits of the fuel and modify the refuelingphilosophy in pressurized water reactor the long cycle fuel managerment strategy will be implemented then relative parameters will be changed. The capacity and capabilities ofboron and water makeup (REA) system are calculated and verified to be conformed tothe system design basis The results show that the present REA system could satisfythe requirement of new long cycle fuel management.
Key words: pressurized water reactor; long cycle fuel management; REA system
硼和水补给系统（REA）的主要功能是为化容系统贮存并供给其容积控制、化学控制和反应性控制所需的各种流体.典型的REA系期延长，各种工况下冷却剂中硼浓度较原设计有 统（两台机组）配置包括两个除盐除氧水箱、一个硼酸配制箱、三个硼酸溶液贮存箱、四台硼酸
溶液输送泵等.
核电厂实施长循环燃料管理策略后，换料周等产生影响，因此，有必要针对长循环燃料管理 较大变化，可能对REA系统及设备的功能、容量
析，判断其原有设计是否仍能满足设计准则的要 下的REA系统（设备）的容量和能力开展验证分求，如果不满足，应提出合理的建议和解决措施，使REA系统能够实现其设计功能.
RSS等工况下，冷却剂中硼浓度较原设计有较大变 化.根据硬酸贮存箱容量的设计准则，计算如下：
在HFP状态下将反应堆冷却剂硼化至RSS所需硼浓度的硼酸溶液量V：
从HFP至RSS状态补偿体积收缩和稳压器汽空间消除需要的硼酸溶液量V：
1REA系统设计准则
REA系统的设计准则概括如下：
-在HFP状态下将反应堆冷却剂硼化至CSS所需硼浓度需要的硼酸溶液量V，：
（1）确酸贮存箱容量的设计准则
在一台硼酸贮存箱失效的情况下，其余两台在寿期末（EOL）从满功率（HFP）实现换料停堆 疆酸贮存箱内的有效硼酸溶液量仍能使一个机组（RSS），同时，在最大限制条件下，使另一个机组在寿期初（BOL）从HFP运行达到冷停难（CSS）状态.
从HFP至CSS状态补偿体积收缩和稳压器汽空间消除需要的硼酸溶液量V.
硼酸贮存箱中有效硼酸溶液量V为：
V=VVVV (1)
计算核电厂实施长循环燃料管理后各个燃料循环中所需的硼酸溶液量（见表1），取最大值作为新的燃料管理下的硼酸贮存箱有效硼酸量.
（2）除盐水贮存箱容量的设计准则
两台除盐水贮存箱的有效水装量必须满足一台机组在EOL从CSS至HFP运行所需的硼稀释水量；也应满足两台机组同时在热停堆（HSS）氢蜂状态重新启动至HFP状态所需的硼稀释水量.
Table 1Required usable volumes of boric 表1燃料循环要求的可用硼酸溶液量acid tanks for each fuel cycle
（3）硼酸输送泵容量的设计准则
从 HFP 至 RSS 从 HFP 至 CSS V蜥环 V/m² (EOL) (BOL) v/m²62. 54 V/m² 25.30 V/m² 19. 04 22.24 129. 13C2 62.54 25.30 20.00 22.59 130. 44C3 62.54 25.30 21. 60 22.78 132. 22Eq 62.54 25.30 21.34 23.82 22.98 132. 16Es Eb 62.54 62. 54 25.30 25、30 21. 16 21. 09 22. 95 131. 95 132. 74
在机组正常运行时，一台泵足以满足反应堆需要，并按预先设定的程序投人运行.
泵持续运行1.5h提供硼酸溶液流量（通过直 在主给水丧失事故下，要求每台硼酸输送接硼化管线）使机组一国路冷却剂达到CSS所需要的硼浓度.
2长循环管理对REA系统的影响 分析
硼酸贮存箱的有效珊酸溶液容积、液位定值，补给水箱的有效水容积、水位定值，硼酸输 送泵的容量是根据机组正常运行要求和事故分析确定的，且与各种正常运行工况下反应堆冷却剂硼浓度密切相关.
其中Ea循环为平衡循环，
（2）计算结果分析
REA系统每台硼酸贮存箱有效容积的设计值为81m²，可用容积为78.6m（扣除低3水位以下体积）.
实施长循环燃料管理后，各种运行工况下硼酸贮存箱和补给水箱的容量及其液位定值、 反应堆冷却剂中的硼浓度有所变化，有必要对硼酸输送系的容量重新进行计算分析.
①表1的计算结果表明，Ea燃料循环所需的硼酸溶液量最大（132.74m²），要求每台硼酸贮存箱的最小硼酸溶液量为66.37m²，小于设计是能够满足长循环燃料管理的要求. 可用容积的设计值.因此，硼酸贮存箱的容量
3长循环燃料管理下REA系统容 量计算分析
②若计算结果比可用容积78.6m略大，可通过TEP系统和硼酸配制箱提供不足的硼酸落液.
3.1硼酸贮存箱容量计算
（1）计算方法实施新的燃料管理策略后，HFP、HSS、CSS
③若计算结果远大于可用容积，且通过
TEP系统和硼酸配制箱提供的硼酸溶液也不 能满足要求，则需要通过增加REA系统硼酸贮存箱高度、底面积及提高REA硼酸浓度低限值这三方面进行综合考虑.调整后的硼酸贮存箱的容量应能满足长循环燃料管理要求的最大硼酸溶液量.
3.2翻酸贮存箱液位定值计算
（1）硼酸贮存箱液位定值设计要求
.高液位定值
警信号，并自动停止相应的补水泵运行.在硼 当硼酸贮存箱液位达到该定值时，发出报酸配制罐的硼酸溶液经硼酸输送泵输送人硼酸贮存箱时，高液位报警信号发出后，操作人员手动停止硼酸输送泵.
b低3液位定值（LOW3）
当硼酸贮存箱液位达到该定值时，发出报警信号，提醒操作人员停止硼酸输送泵运行，5min（直接硼化模式）或40min（正常硼化模式）后硼酸输送泵将出现汽蚀.
c低2液位定值（LOW2）
该液位对应的硼酸溶液量是一个机组在最苛刻条件下安全停堆所需的最小硼酸量.在EOL当机组从HFP运行后撒至热备用工况下，8~9个小时后准备再次升功率时，由于其 他原因操作人员使机组返回CSS状态，且此时一组最大价值停堆控制棒被卡在堆外，在此期间硼化所需的硼酸溶液量作为硼酸贮存箱LOW2液位定值对应的硼酸体积，
警信号，操作人员必须从TEP系统或备用贮存 当硼酸贮存箱液位达到该定值时，发出报箱向正在使用的硼酸贮存箱补充硼酸溶液.
d低液位定值（LOW1）
警信号，提醒操作人员注意，翻酸输送泵 当硼酸贮存箱液位达到该定值时，发出报（1REA003PO或2REA003PO）运行10min后将达到LOW2液位定值.
（2）硼酸贮存箱液位定值的影响分析
硼酸贮存箱总容积和硼酸输送泵流量有关，不 根据液位定值的设计要求，高液位定值与受燃料管理策略的影响，因此，对于新的燃料管理策略，硅酸贮存箱高液位定值维持原有的8.12m不变.
设计、设备管路布置和硼酸输送泵的性能，而以 LOW3液位定值取决于硼酸贮存箱结构上参数不受燃料管理的影响，因此，新的燃料管理策略下，硼酸贮存箱LOW3液位定值可维持原有的0.48m不变.
和修正如表2所示. 对LOW2和LOW1液位定值进行的计算
表2硬酸处存箱液位定值计算结果Table 2 The calculation results for thesetpoint level of boric acid storage tanks
项目 原设计（年换料） 长错环高液位 液位定值 8. 12 m 液位定值 8. 12 mLOW: $ 14 m 5 77 mLOW2 4. 8 m 5 43 mLOW3 0. 47 m 0. 47 m
因此，计算结果表明，实施长循环燃料管理策略后，高液位和LOW3定值不变，LOW1、LOW2定值较原设计均有所提高，应根据分 析结果修改现场运行文件，以指导长循环燃料管理实施后的REA系统运行工作.
3.3除盐水贮存箱容量计算
（1）计算过程
硼浓度，和除盐水贮存箱容量的设计原则，对实 根据CSS、HSS和HFP运行状态下堆芯施长循环燃料管理后的各个燃料循环所需的除盐水量分别进行了计算，结果如表3所示.
表3各个燃料循环要求的可用除垫水量Table 3 Usable water volume in the
water storage tanks for cach fuel cycle
奶料 从 CSS 至 HFP 所需水量 头HFP至氨峰 HSS 所需水量（EOL.单台机组） （单台机组)Vs/m V/D C2 478 29 473. 59 182 29 178. 64483. 57 175. 25483. 72 182. 29Es 485 58 203. 99Eb 482. 99 148. 40
高液位报警，发出液位报警.
（2）结果分析
除盐水贮存箱有效水装量设计值为600m².
（2）液位定值的影响分析
计算结果表明，一台机组在EOL从CSS至HFP运行所需的硼稀释水量最大为485.58m².随后从HSS氰峰状态能够至HFP运行状态所 两台机组同时从HFP运行状态至HSS状态且需的水量最大为408m².
101SN（102SN）高高液位定值、103SN（104SN）高液位定值取决于补给水箱结构.现有补给水量的要求，这些定值则不需要进行调整. 的补给水箱有效容积若能够满足新的燃料管理对
105SN(106SN)、107SN(108SN)低液位定值指示补给水箱水量达到机组冷停堆所需的最小补给水量，该补给水量就是机组从热态向冷态过渡时RCP系统水体积收缩所需的补充水 量，此值在新的燃料管理中没有进行调整，这些液位定值也没有调整的必要.
因此，最大计算值小于设计值，除盐水贮存箱的容量能够满足长循环燃料管理的要求.
效水装量设计值，在REA系统运行过程中，可 如除盐水量的最大计算值大于补给水箱有以通过输助给水（ASG）系统除氧水箱或硼回收（TEP）系统水箱对REA补给水箱运行补水.其中ASG除氧水箱向REA补给水箱补水流量为60m²/h，TEP水箱的供水速率为 27.2m/h，均能满足REA系统补水的要求.
109SN（110SN）所指示的20m”水体积低低液位定值取决于补给水箱结构和补给水泵的汽蚀高度，不受新的燃料管理策略的影响，不需 要进行调整.
3.4除盐水贮存箱液位定值计算
3.5硼酸输送泵容量计算
（1）液位定值的设置要求
（1）容量计算
除盐水贮存箱液位定值设置如下：
翻化用硼酸溶液量和硼酸输送泵运行时间计算 机组从HSS工况向CSS工况转换所需的如下：
a101SN（102SN）：高高液位，对应的液位定值为11.67m，总水体积为330m，达到该液位时发出报警，
a从HSS硼化至CSS硼浓度硼化用硼酸溶量VsCs
b103SN（104SN）：高液位，对应的液位300 m'. 为11.31m，总水体积为320m²，有效水体积为
积收缩所用硼酸溶液量Vp！ b从热停堆HSS至冷停堆CSS补偿体
c105SN（106SN）：低液位，对应的液位为3.54m，总水体积为100m²，有效水体积为80 m*.
c硼酸输送泵需要提供的硼酸溶液量Vre!
(2)
d107SN（108SN）：低液位，对应的液位为3.54m，总水体积为100m，有效水体积为80m².
d硼酸输送泵运行时间Trr1
(3)
e109MN（110MN）：在机组控制盘上为以下液位报警：
TpQrr输送泵运行时间进行的计算结果如表4所示. 对各个燃料循环要求的硼酸溶液量和础酸
的水容积为20m，当液位降至该定值以下时 -001BA（002BA）低低液位报警，对应补给水泵运行有汽蚀的危险，必须停止4台补给水泵的运行.
表4确酸输送系输送所需翻酸运行的时间 Table 4 The timt to send required boricacid with boric acid pump in service
从 HSS 至 CSS 从 HSS 至 CSS卷料 循环 所需碳酸溶液量 (BOL) 碳酸输送泵运行时间 (BOL)h30.21 1.44
-127m²容积液位（有效容积为107m²）报警，警告已经接近冷停堆要求的容积限制值 （80m²以27.2m²/h运行1 h）.
180m²容积液位（有效容积为160m²）报警，警告已经达到两个机组运行时冷停堆要求的容积限值.
（下转第218页）
（上接第203页）
（2）结果分析
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从 HSS 至 CS5燃料 所省硬酸溶液量 确酸输远泵运行时间 从HSS 至 CSS环 (BOL) (BOL)C2 31. 03 1.48 hC3 32. 42 1.54Eq Ea 32. 23 32.71 1. 53 1. 56Eb 31.71 1.51
核电厂每个机组设置两台硼酸输送泵用于输送4%的硼酸溶液.在反应堆正常运行期间，一台硼酸输送泵足以满足需要.在主给水 事故工况下，为使机组从热停堆达到冷停堆，每台泵均可提供21m/h的硼酸流量.
计算结果表明，实施长循环燃料管理策略后，在主给水丧失事故下，使机组从热停堆达到冷停 堆，单台硼酸输送泵需要运行94min（1.56h），
由于在失去主给水事故工况下，要求ASG水箱在2h内提供足够水容积以维持反应堆在
4结论
参考文献：
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热停堆状态.2h包括硼酸输送泵运行的时间 和操纵员的准备时间.在不更换较大流量的翻酸输送泵时，留给操级员的准备时间将由30min减少到26min，必要时也可启动另一台硼酸输送泵，因此硼酸输送泵的容量能够满是 长循环燃料管理的要求，
优化，对REA系统的设计提出了新的要求. 随着燃料经济性要求的提高和换料方案的通过对REA系统硼酸贮存箱容量及液位定值、补给水箱容量及水位定值、硼酸输送泵容量的计算分析，验证了REA系统及其设备的容 量基本满足长循环燃料管理的要求，并对个别不能满足长循环燃料管理要求的定值及设备容量提出了解决措施.
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