[發明專利]一種適用于棒控堆芯的反應堆冷卻劑水質控制方法

有效

• 申請號: 201810877090.0
• 申請日: 2018-08-03
• 公開（公告）號: CN109036598B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 謝楊;宋波;王亮;陳志輝;鄧禮平;鐘發杰;汪量子;倪東洋;秦冬;巨海濤;于穎銳;張坤;邢碩;呂亮亮;王璐;龐華
• 申請（專利權）人: 中國核動力研究設計院
• 主分類號: G21C15/28
• 分類號: G21C15/28
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 高俊

本發明公開了一種適用于棒控堆芯的反應堆冷卻劑水質控制方法，該水質控制方法包括向反應堆冷卻劑中加入硼酸，且所述硼酸為富集硼?11硼酸，且富集硼?11硼酸中，¹¹B豐度范圍為80.2％～100％；冷卻劑中，B元素的濃度范圍為10mg/kg～300mg/kg。該方法不僅能夠有效降低核電站一回路結構材料腐蝕，改善堿化劑局部濃縮對鋯合金腐蝕的不利影響，減少腐蝕產物在燃料包殼表面的沉積和活化，提高燃料組件運行的安全性和可靠性；同時可降低對壽期、經濟性、安全性等總體指標的負面影響。

技術領域

本發明涉及核反應堆技術領域，特別是涉及一種適用于棒控堆芯的反應堆冷卻劑水質控制方法。

背景技術

壓水堆核電站中反應堆冷卻劑作為系統的慢化劑和載熱劑，其工作條件惡劣，在高溫、高壓、高速流動、高熱通量及高中子通量輻照條件下易導致冷卻劑浸潤結構的腐蝕。反應堆冷卻劑水質直接影響一回路結構材料的腐蝕以及腐蝕產物的釋放、遷移和沉積，與反應堆長期安全可靠運行密切相關。

為了降低壓水堆核電站一回路結構材料腐蝕，以及減少腐蝕產物在燃料包殼表面的沉積和活化，壓水堆核電站一般均采用堿性水質。目前國內外陸基壓水堆核電站基本上均采用硼控堆芯，硼酸作為可溶性中子毒物加入反應堆冷卻劑中以滿足反應性控制的需求，與此同時，硼酸的存在能夠改善堿化劑局部濃縮對鋯合金腐蝕的不利影響；而對于棒控堆芯，反應堆冷卻劑無需添加硼酸用于反應性控制，若為了滿足水化學要求而加入硼酸，會在壽期末帶來反應性懲罰，并增加了冷卻劑意外稀釋造成正反應性引入事故的風險；因此，基于硼控堆芯制定的反應堆冷卻劑水質方案不適用于采用棒控堆芯的壓水堆核電站。俄羅斯浮動核電站采用的與氮氣穩壓技術相配套的氨型水質方案，需配置專門的冷卻劑除氣系統，導致相關的工藝配置和運行操作較為復雜，且該水質方案主要適用于采取氮氣穩壓的壓水堆核電站。

為此，本專利提供一種適用于壓水堆核電站棒控堆芯的反應堆冷卻劑水質方案，不僅能夠有效降低核電站一回路結構材料腐蝕，改善堿化劑局部濃縮對鋯合金腐蝕的不利影響，減少腐蝕產物在燃料包殼表面的沉積和活化，提高燃料組件運行的安全性和可靠性；同時盡可能降低對壽期、經濟性、安全性等總體指標的負面影響。

發明內容

針對上述提出的基于硼控堆芯制定的反應堆冷卻劑水質方案不適用于采用棒控堆芯的壓水堆核電站，而如采用氨型水質方案，存在的需配置專門的冷卻劑除氣系統，導致相關的工藝配置和運行操作較為復雜，且該水質方案主要適用于采取氮氣穩壓的壓水堆核電站的問題，本發明提供了一種適用于棒控堆芯的反應堆冷卻劑水質控制方法，該方法不僅能夠有效降低核電站一回路結構材料腐蝕，改善堿化劑局部濃縮對鋯合金腐蝕的不利影響，減少腐蝕產物在燃料包殼表面的沉積和活化，提高燃料組件運行的安全性和可靠性；同時可降低對壽期、經濟性、安全性等總體指標的負面影響。

為解決上述問題，本發明提供的一種適用于棒控堆芯的反應堆冷卻劑水質控制方法通過以下技術要點來解決問題：一種適用于棒控堆芯的反應堆冷卻劑水質控制方法，該水質控制方法包括向反應堆冷卻劑中加入硼酸，且所述硼酸為富集硼-11硼酸，且富集硼-11硼酸中，¹¹B豐度范圍為80.2％～100％；

冷卻劑中，B元素的濃度范圍為10mg/kg～300mg/kg。

本方案中，通過向反應堆冷卻劑水質中加入特定¹¹B豐度范圍的富集硼-11硼酸，同時，通過控制硼酸的濃度，可以有效降低由于氫氧化鋰或氫氧化鉀在發生泡核沸騰時濃縮造成的燃料包殼鋯合金苛性腐蝕風險。同時，相較于現有技術中采用的為硼-10的硼酸，由于硼-11中子吸收截面很小，與使用天然硼的硼酸相比，富集硼-11可減少甚至消除壽期末中子強吸收體硼-10帶來的反應性懲罰；另一方面，本方案中硼酸為富集硼-11，相較于現有技術，由于硼-10的存在增加了冷卻劑意外稀釋造成正反應性引入事故的風險，采用本方法控制水質，提高了對停堆裕量的要求，還可能提出額外的防硼誤稀釋措施或系統設置需求，富集硼-11可以減輕甚至消除這種負面效應。