[发明专利]核电厂容控箱除氧测试系统以及方法

说明书

本发明公开了一种核电厂容控箱除氧测试系统以及方法，系统包括上充下泄系统、吹扫系统、含氧量调节系统、温度控制系统、参数监控系统，本发明的测试系统提供上充流和下泄流的流量控制、温度调节、含氧量控制、氮气补给以及气体排放等功能，基于这些功能可以实现“间歇吹扫”、“憋压排气”的测试，并且本发明还分别就其在不同工况分别设计了相应的测试方法，通过测试获得容控箱液位、等待时间和吹扫时间对“间歇吹扫”除氧效果的影响规律；以及获得静置时间对“憋压排气”除氧效果的影响规律；并且通过两种方法的测试数据的比较，可以获得“间歇吹扫”和“憋压排气”两种方法在除氧效果上的差异，为实际机组除氧策略优化调整提供更优的数据支撑。

技术领域

本发明涉及核电领域，尤其涉及一种核电厂容控箱除氧测试系统以及方法。

背景技术

化学与容积控制系统作为压水堆核电机组核辅助系统之一，在运行中起到重要作用；其中容积控制作用补偿了核电厂从冷态到热态零功率启动过程或从热态零功率到冷停堆过程中所引起的冷却剂回路水体积的变化。图1是一回路化容系统控制原理图，为了维持冷却剂回路水位恒定，在正常发电时，设有与冷却剂回路相连的化容系统，化容系统中包括容控箱等。冷却剂回路中的管道和设备均由不锈钢制成，水中的溶解氧会对管道和设备造成腐蚀。氧腐蚀的机理如下：阳极：Fe→Fe₂⁺+2e^-；阴极：O₂+H₂O+4e^-→40H^-，生成的Fe₂⁺会进一步氧化，最终生成的腐蚀产物是Fe₃O₄，且水中溶解氧浓度的升高会加速设备的腐蚀速率，造成设备的损坏。

因此，核电厂对冷却剂中的含氧量有严格的控制要求。机组启动时，当一回路密闭之后参与气体量达到要求后，使用容积控制系统进行一回路的最终除氧。在容积控制系统中，存在两个氧平衡：一是冷却剂回路中水中的溶解氧与冷却剂回路中气体中氧的平衡；二是容控箱中液相水中的溶解氧与气相中氧的平衡。由于容控箱与冷却剂回路之间存在一个动态的平衡过程，即容控箱中的水会流入冷却剂回路中，冷却剂回路中的水也会流入容控箱中，为了实现减少冷却剂回路内水中的溶解氧的含量，可通过减少容控箱内水中的溶解氧的含量来实现。常见的除氧方式有：物理除氧和化学除氧，其中，物理除氧基本原理如下：

1)道尔顿分压定律：混合气体全压力等于其组成各气体分压力之和，即容控箱内水面上混合气体全压力P，应等于溶解水中各气体(N₂、O₂、CO₂等)分压之和：

2)亨利定律：气体在水中的溶解度，与该气体在水面上的分压力成正比。即单位体积水中溶解某气体量b与水面上该气体的分压力P_b成正比，其表达式为：

式中：P为混合气体全压力，K_b为该气体的重量溶解度系数，它与气体种类，水面上该气体分压力和水的温度有关。

3)传质方程

气体离析出水面要有足够的动力(ΔP)，其传质方程为：

G＝K_m·A·ΔP

式中：G为离析气体量；K_m为传质系数；A为传质面积；ΔP为不平衡压差，即平衡压力与实际分压力之差。