核电站冷却剂乏燃料箱加硼优化设计防腐防爆的制作方法

文档序号:11178951阅读:687来源:国知局

本发明涉及核电站冷却剂乏燃料箱加硼优化设计防腐防爆,它关系核电站正常安全运行,常受到严重腐蚀而造成的核事故及可怕的氢爆。所以建厂设计中都增强防腐设计,更关心防熔堆防氢爆设计措施。

核电站设计和运行中的化学控制目的有两点:(1)限腐蚀;(2)放射性维持在规定限度。其实,还应该有(3)抑制回路产生的氢气和阻止氢气爆炸。

反应堆换料、乏燃料储存不但要考虑放射性物质的防护,还应考虑元件、设备的防腐及水箱的安全及氢气扩散、泄漏。所以2011年日本福岛核电站爆炸,主回路冷却剂和乏燃料水池氢气的产生及泄漏,是引起爆炸的主要原因,而未爆的2号机组大量注入硼酸。

冷却剂、乏燃料水池产生的氢怎样才能降低、如何使其不爆炸的安全设计予以极大的重视,正是本专利的宗旨。



背景技术:

由于冷却剂系统和乏燃料水池、换料水池系统都是用水将其热量导出去,同时形成纯氢气冒出,或产生氢爆。要从源头阻止氢爆,已有技术极少,甚至有也没起到应有作用。

正如

本技术:
人申请的专利2014108205245(压水堆非能动安全的快 速有效设计措施)所述,要加中子吸收剂,而且是一种含硼量高的五硼酸盐不是硼酸,才能真正达到核电安全非能动快速有效设计措施。

反应堆烧过后核燃料称乏燃料,既有余热又有少部分核反应和强放射性裂变产物辐射源。所以乏燃料水池既要有吸收中子的物质,又要有助去除热量和防元件腐蚀及氢产生。然而过去的设计仅考虑去除余热,大量冷却水供应而已。自然,冷却剂和乏燃料水箱的水辐照、分解,产生的氢泄漏或冒出达到一定程度会爆炸是自然的。甚至向冷却剂中再充氢,也没有抑制氢的产生。所以化学控制的目的也应该考虑如何不产生氢爆,并从氢爆源头解决问题。

另外,海水冷却系统设备严重腐蚀。其它冷却水系统设备、管道严重腐蚀经常维、更换,安全运行和持续更换的经济成本成了大问题。故有的采取管道腐蚀改造,内壁喷涂熔融聚合物;有的添加含毒性大、价格高的有机聚合物造成二次污染,效果一般。所以防腐既是核电厂运行的经济效益问题和安全运行问题,应该重视的科研新课题。

早先设计在冷却剂系统中加氢气和氢氧化锂,80-90年代皆又加h3bo3,硼酸是弱酸,其实对金属长期腐蚀是很严重的;虽然加氢氧化锂调ph值,还是产生了较多的氢气,而专设的加氢系统再加氢,这不能不说是加大氢泄漏,氢爆的一个原因。

1967年我国核动力堆“紧急停堆”系统设计我考虑到了这一问题,想用含硼高的一种五硼酸盐代替硼酸,但国内不生产。所以在重水堆中子屏蔽水中用重铬酸钾作防腐剂(因没有五硼酸盐)而测出大量氢气。70年代末请北京化工厂研制出五硼酸盐,才大量用在核动 堆换料大检修。然而施国治等人在高温高压台架的硼酸水中腐蚀研究中,结论:没有付蚀,,使用情况令人满意(《核动力工程》1982年12月)。12、24、50小时试验看不到腐蚀这是肯定的。

我们1980年陆上模式堆(196)元件检测和1982年核动力堆大检修的“在役检查”都没有发现腐蚀,可能是没有加硼酸的原因,所以运行10年没有腐蚀;可是加硼酸运行10年产生全面腐蚀,有的部位严重腐蚀,维修、换件频繁。引起人们极大重视,不得不采取措施,于是想用富集硼酸,用量大为减少,或好一些,但价格高几倍,不能防腐蚀。

所以必须改变酸性中子吸收剂为碱性中子吸收剂。例如硼砂饱和液ph是9.5(实验值)和11.1(理论值);而硼酸饱和液ph是4.7(实验值)和3.3(理论值)。可想硼酸储罐及阀门的腐蚀,只有制成60立方,而硼盐罐体积小若干倍。况且废硼盐后处理容易。

没想到50年过去了,国内外还是加硼酸的老传统,例如2011年3月11日日本福岛核电站氢气爆炸后又检测出福岛2号机组厂房有氢气还有核裂变气体氙,于是向堆内注入浓硼酸。

这时突然反思:不该加硼酸而应加一种含硼高的硼酸复盐,而且各个水冷却系统都该加。既使达不到防氢爆目的,防腐的作用总是有益的。所以加硼系统应优化设计。



技术实现要素:

本发明所要解决的问题是提供一种提高冷却剂、乏燃料水池甚至海水冷却系统防腐安全设计的便利、有效方法,不产生二次核污染的 加硼盐方案

重要的是这种含硼高的硼盐用量少,不会像使用硼酸产生腐蚀作用。且这一种硼盐易去污易回收易处理;降低运营成本,提高机动性。

正像本人申请2014108205245专利所说:1967年选用的含硼高的防腐防氢爆的硼盐国内不生产,后来北京化工厂研制出,大量供应我们在1982年第一艘核潜艇换料大检修时应用,达到良好效果。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案:

提高冷却剂、乏燃料水池和海水冷却系统防腐安全设计,包括乏燃料水池、换料水池、冷却设备或元件本身的防腐安全,还要考虑系统泵、阀、管道防腐及使用寿命,对各工况、环境及特殊(部件)设备提供一种有效防腐措施:一种硼酸复盐达到综合效果,无公害、用量少、易去污回收优点;使用广泛的防腐方法,并能阻止氢爆的产生。若采用富集硼酸盐,起码用量比硼酸少5倍以上,60升的硼酸注罐(《华龙一号》福清核电站)可为10升。但是富集硼酸价格要贵几倍,还是用硼酸复盐合算。

提高冷却剂系统,乏燃料水池、反应堆换料水池防腐,提供有效防腐的硼酸复盐复配法,以五硼酸盐为主,或加防腐缓冲剂以调酸碱度,既可固体加入,也可配成溶液注入硼箱,使冷却剂含硼5000~6000ppm。为防结晶堵管道,在硼水箱出液口高出箱底10-15cm,不要在箱底开口。

提供海水冷却系统各个设备,泵、阀管道的防腐,硼酸盐复配剂既可固体加入也可配成溶液,使海水冷却水含硼1400~1600ppm,海 水冷却水排出口海域不影响生物生长。

为提高冷却水系统(非海水)的防腐,提供有效防腐的硼酸复盐含量要低些,配成含硼盐为1500~2500ppm的冷却水。

本发明具体实施方式:

冷却剂、乏燃料水池、换料水池有效防腐设计具体实施方式为加入硼酸盐复配法的五硼酸盐,或加入防腐剂调ph,配成饱和溶液或过饱和溶液,使冷却剂含硼5000-6000ppm。ph=6.5-8.0;为防止形成结晶堵塞管道,制造水箱时出液口距箱底10-15cm距离,不要在箱底开口。

海水冷却水系统有效防腐设计,以五硼酸盐固体或配成含硼1400~1600ppm的冷却海水;乏燃料箱也含硼1400-1600ppm。

冷却水系统(非海水)提供有效防腐的硼酸盐复配中,以五硼酸盐加入,使冷却水含1500~2500ppm,ph=.6.5~8.0。



技术特征:

技术总结
本发明涉及核电站冷却剂乏燃料箱加硼优化设计防腐防爆,它是核能有效利用,安全、高效发展核电的关键问题。2011.03.11日本福岛核电站爆炸;怕2号机组也发生氢气爆炸,7个月后注入硼酸;硼酸防堆熔起作用,却促进氢的产生,易引起氢爆。为了防熔防爆还是将反应堆压力壳制成双层(第一层22CM不锈钢,第二层100CM不锈钢混凝土)厚厚的密封起来;还认为不安全,又搞起了非能动第三代,希望设计百分之百的安全。然而却忽略了“紧急停堆”、“冷却剂”关键设计系统添加硼酸所存在的严重缺欠,且大量硼酸放射性废液(一座百万千瓦压水堆核电站每年132立方)后处理困难、复杂,故须优化设计。既可使压水堆、沸水堆及重水堆核电站达到防腐蚀目的,又能防熔防爆,获得意想不到的益处。

技术研发人员:姚明勤;张振英;姚鸿海
受保护的技术使用者:姚明勤
技术研发日:2016.03.24
技术公布日:2017.10.03
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