用于蒸汽发生器湿度测量试验的示踪剂的用量计算方法与流程

1.本发明涉及核电技术领域，尤其涉及一种用于蒸汽发生器湿度测量试验的示踪剂的用量计算方法。


背景技术：

2.核电站主要由反应堆、一回路系统和二回路系统等三个部分组成。核裂变在由核燃料组成的反应堆堆芯内发生，核裂变放出的热量由流经堆芯的一回路系统的高压水带出堆外并在蒸器发生器里将热量传递给二回路的水。水受热后产生的蒸汽推动蒸汽轮机，蒸汽轮机则带动发电机发电。
3.蒸汽发生器湿度测量试验是关键的机组性能考核试验，其试验结果将直接反映出蒸汽发生器出口的蒸汽品质。核电机组通常使用示踪剂法测量蒸汽湿度，其试验原理是向二回路注入一定量的易溶于水不溶于气的示踪剂，利用离子痕量检测技术得到蒸汽发生器限流器前的蒸汽湿度。湿度试验中，示踪剂的用量不仅决定着试验结果，同时也影响机组安全运行。特别是需要短时间内重复进行湿度测量时，示踪剂使用的剂量需要精确计算。
4.相关技术中示踪剂用量主要是参考电站，该用量仅适用于同型蒸汽发生器的机组。采用不同技术路线、不同型号蒸汽发生器的核电机组示踪剂用量需要进行准确的定量计算。此外相关技术方案中选用的示踪剂一般是限定的，如若更换，也需要调整示踪剂使用的剂量。而且，相关技术无法满足短时间多次执行湿度测量试验的需求，制约问题就是重复试验期间的示踪剂用量。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷，提供一种测量精准，具有普遍适用性的用于蒸汽发生器湿度测量试验的示踪剂的用量计算方法。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种用于蒸汽发生器湿度测量试验的示踪剂的用量计算方法，包括以下步骤：
7.s1、确定所述蒸汽发生器中示踪元素x的本底质量m
x-0
；
8.s2、确定所述示踪元素x的检出限c
lqd-x
；
9.s3、根据所述示踪元素x的检出限c
lqd-x
和所述蒸汽发生器的水质限值，确定所述示踪元素x的剂量；
10.s4、根据所述蒸汽发生器中所述示踪元素x的本底质量m
x-0
和所述示踪元素x的剂量，计算所述示踪剂的用量范围。
11.优选地，试验前所述蒸汽发生器中示踪元素x的本底质量m
x-0
由式(1)计算得到：
[0012][0013]
其中，i＝1，2
…
；c
x-0
为试验前所述蒸汽发生器中所述示踪元素x的浓度，其单位为
ppb；m
sg-water
为单台蒸汽发生器正常运行期间的水装量，其单位为t。
[0014]
优选地，所述步骤s2具体包括：
[0015]
s21、确定所述示踪剂的成分；
[0016]
s22、确定所述示踪剂中示踪元素x的检出限c
lqd-x
。
[0017]
优选地，所述步骤s22具体包括：
[0018]
根据离子浓度检测设备及检测方法，确定所述示踪元素x的检出限c
lqd-x
。
[0019]
优选地，所述检测设备为质谱仪。
[0020]
优选地，所述步骤s3具体包括：
[0021]
s31、根据所述示踪元素x的检出限c
lqd-x
，确定所述示踪元素x的最小剂量m
x-min
；
[0022]
s32、根据所述水质限值，确定所述示踪元素x的最大剂量m
x-max
。
[0023]
优选地，所述步骤s31具体包括：
[0024]
根据蒸汽发生器出口设计湿度m
design
和所述示踪元素x的检出限c
lqd-x
，计算所述示踪元素x的最小剂量m
x-min
。
[0025]
优选地，所述示踪元素x的最小剂量m
x-min
由式(2)计算得到：
[0026][0027]
优选地，所述步骤s32具体包括：
[0028]
利用水质限值作为示踪剂的最大剂量，将蒸汽发生器二次侧溶液钠浓度限值转化为相同摩尔浓度下的示踪元素浓度，计算得出所述示踪元素x的最大剂量m
x-max
。
[0029]
优选地，所述示踪元素x的最大剂量m
x-max
由式(3)计算得到：
[0030][0031]
其中，c
limit-na
为所述蒸汽发生器允许的钠离子浓度，其单位为ppb；a
x
为示踪元素x的相对原子质量；a
na
为钠元素的相对原子质量；n为蒸汽发生器的数量。
[0032]
优选地，所述示踪剂的用量范围由式(4)计算得到：
[0033][0034]
其中，k为所述示踪元素x在所述示踪剂中的占比，其单位为％。
[0035]
实施本发明具有以下有益效果：本发明利用湿度测量试验计算原理及机组运行限制条件提供的边界值，精确计算示踪剂剂量；可以在减少水质超标风险的情况下准确计算湿度试验需要的示踪剂用量，可解决不同成分的示踪剂用量问题，也可以解决新型机组特别是短时间重复执行的湿度测量试验示踪剂用量的问题。
附图说明
[0036]
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0037]
图1是本发明用于蒸汽发生器湿度测量试验的示踪剂的用量计算方法的流程框图；
[0038]
图2是本发明用于蒸汽发生器湿度测量试验的示踪剂的用量计算方法步骤s2的流
程框图；
[0039]
图3是本发明用于蒸汽发生器湿度测量试验的示踪剂的用量计算方法步骤s3的流程框图。
具体实施方式
[0040]
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。以下描述中，需要理解的是，“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“纵”、“横”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“头”、“尾”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系、以特定的方位构造和操作，仅是为了便于描述本技术方案，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。
[0041]
还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。当一个元件被称为在另一元件“上”或“下”时，该元件能够“直接地”或“间接地”位于另一元件之上，或者也可能存在一个或更多个居间元件。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅是为了便于描述本技术方案，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0042]
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
[0043]
目前大部分蒸汽发生器湿度测量试验选用的技术方案如下：使用160g-180g示踪剂。试验期间，利用凝结水泵前负压向二回路注入示踪剂溶液，示踪剂在二回路循环稳定后，通过测量主给水及蒸汽发生器水样示踪元素离子浓度，计算得到蒸汽湿度，该用量仅适用于同型蒸汽发生器的机组。针对此，本发明提供了一种可适用于不同型号蒸汽发生器的核电机组，且可针对不同示踪剂用量的定量计算。
[0044]
如图1所示，为本发明的一种用于蒸汽发生器湿度测量试验的示踪剂的用量计算方法，以实现精准计算示踪剂需要的剂量，而且该方案同时适用于使用不同示踪剂的用量计算，具有一定的普适性。该方法包括以下步骤：
[0045]
s1、确定蒸汽发生器中示踪元素x的本底质量m
x-0
；蒸汽发生器中示踪元素x的本底质量指的是在加入示踪剂前蒸汽发生器环境中已经含有的示踪元素的质量，由于蒸汽发生器湿度测量试验期间注入的示踪剂会在机组二回路内残留，试验后本底残留产生的不确定性，因此，蒸汽发生器湿度测量试验执行前需要对蒸汽发生器水样进行本底浓度测量，该步骤需要在正式试验前根据现场蒸汽发生器中的实际水样测量后得到，目的是为了扣除环境中残存使用示踪元素对试验测量浓度的影响。一般是在正式试验前一天执行本操作。可理解地，本发明中的步骤一般都是在试验前准备的，因此，步骤的执行顺序是可以根据实际情况调整的。
[0046]
进一步地，试验前蒸汽发生器中示踪元素x的本底质量m
x-0
由式(1)计算得到：
[0047][0048]
其中，i＝1，2
…
；n＝1，2
…
；c
x-0
为试验前蒸汽发生器中示踪元素x的浓度，其单位为ppb；m
sg-water
为单台蒸汽发生器正常运行期间的水装量，其单位为t。
[0049]
s2、确定示踪元素x的检出限c
lqd-x
；
[0050]
进一步地，如图2所示，步骤s2具体包括：
[0051]
s21、确定示踪剂的化学成分；该步骤是由试验前试验人员选择确定，示踪剂一般可以选择锂、钠、钾、铯这一族的化合物，常见的有氢氧化锂、碳酸铯、氯化铯等化合物，例如选择示踪元素x为锂元素或者铯元素。
[0052]
s22、确定示踪剂中示踪元素x的检出限c
lqd-x
。更进一步地，步骤s22具体包括根据离子浓度检测设备及检测方法，确定示踪元素x的检出限c
lqd-x
。具体地，根据使用元素分析的设备可以得到对应元素的检出限。在本实施例中，所选用的检测设备可以为质谱仪。质谱仪的工作原理如下：首先通过使用检测设备检测不同浓度的标准示踪剂溶液获得示踪元素x的离子浓度与计数率的曲线，从而根据曲线和待测示踪剂溶液的计数率得到待测示踪元素x的离子浓度，进而确定示踪元素x的检出限c
lqd-x
。离子浓度检测通常使用icp-ms电感耦合等离子体质谱仪对代表性样品中示踪剂元素浓度进行检测，检测方法主要包括以下步骤：以实验室高纯水作为标样空白，使用待测元素标液及实验室高纯水配制多个标准样品形成标准样品曲线，按照“标样空白
→
标准样品
→
待测样品”的顺序进样，得到待测样品中示踪剂元素的浓度检测结果。
[0053]
s3、根据示踪元素x的检出限c
lqd-x
和蒸汽发生器的水质限值，确定示踪元素x的剂量；
[0054]
进一步地，如图3所示，步骤s3具体包括：
[0055]
s31、根据示踪元素x的检出限c
lqd-x
，确定示踪元素x的最小剂量m
x-min
；
[0056]
更进一步地，步骤s31具体包括：
[0057]
根据蒸汽发生器出口设计湿度m
design
和示踪元素x的检出限c
lqd-x
，计算示踪元素x的最小剂量m
x-min
。为了保证汽轮机长期正常工作，蒸汽发生器出口设计湿度m
design
一般不超过0.1％，蒸汽发生器出口设计湿度m
design
为蒸汽发生器本身的性能保证参数之一，可直接在蒸汽发生器的相关设计文件中获取。
[0058]
具体地，示踪元素x的最小剂量m
x-max
由式(2)计算得到：
[0059][0060]
其中，c
lqd-x
为示踪元素x的检出限，其单位为ppb；m
design
为蒸汽发生器出口设计湿度，其单位为％；m
sg-water
为单台蒸汽发生器正常运行期间的水装量，其单位为t。
[0061]
s32、根据水质限值，确定示踪元素x的最大剂量m
x-max
。示踪剂注入后，大部分示踪剂在蒸汽发生器中富集，引起蒸汽发生器二次侧水质变差，核电厂运行期间，蒸汽发生器二次侧的水质需要严格的控制，水质的恶化会引起机组状态后撤等动作，影响机组运行安全。
因此可利用水质限值作为示踪剂的最大使用剂量。
[0062]
更进一步地，步骤s32具体包括：
[0063]
利用水质限值作为示踪剂的最大剂量，将蒸汽发生器二次侧溶液钠浓度限值转化为相同摩尔浓度下的示踪元素浓度，计算得出示踪元素x的最大剂量m
x-max
。根据化学技术规范，蒸汽发生器二次侧水质控制有两个指标，分别是阳电导和钠离子。
[0064]
如表1所示，表1为执行某机组时不同浓度示踪剂溶液对阳电导影响量的模拟实验结果。不同浓度碳酸铯对阳电导影响量模拟试验的内容是配置不同浓度示踪剂溶液，测量溶液的阳电导率。该实验过程如下，该示踪剂溶液选用为碳酸铯，并分别设置成不同浓度的碳酸铯；取运行蒸汽发生器中的水样分别配置成浓度为300ppb的碳酸铯溶液、浓度为600ppb的碳酸铯溶液、浓度为1000ppb的碳酸铯溶液，并分别测量以上不同浓度溶液的阳电导率。统计结果见下表1；
[0065]
表1
[0066][0067]
该机组的阳电导的控制值为4-10μs/cm，国内外核电机组蒸汽发生器二测水质阳电导控制范围大体一致。综上，可以看出示踪剂的注入引起阳电导的变化量很小，与电站阳电导的控制区间相比，裕度是十分充分的。因此阳电导限值不作为示踪剂最大剂量的计算依据。
[0068]
由于试验可使用的示踪元素与钠元素属于同族元素，根据电厂化学技术规范，可将蒸汽发生器二次侧溶液钠浓度限值转化为相同摩尔浓度下的示踪元素浓度。具体地，示踪元素x的最大剂量m
x-max
由式(3)转换计算得到：
[0069][0070]
其中，c
limit-na
为电厂化学运行技术规范中蒸汽发生器允许的钠离子浓度，其单位为ppb；a
x
为示踪元素x的相对原子质量；a
na
为钠元素的相对原子质量；m
sg-water
为单台蒸汽发生器正常运行期间的水装量，其单位为t；n为蒸汽发生器的数量。可理解的，运行期间水质是根据机组状态时刻变化的。化学控制需要，规定了若干个限值，由这若干个限值划分出若干个区域，水质在不同区域内有不同的管控要求，c
limit-na
实际是目标期望值，试验结束时预计会达到的数值。
[0071]
s4、根据蒸汽发生器中示踪元素x的本底质量m
x-0
和示踪元素x的剂量，计算出示踪剂的用量范围。该示踪元素x的剂量包括示踪元素x的最大剂量m
x-max
和示踪元素x的最小剂
量m
x-min
。
[0072]
进一步地，根据以上步骤的计算结果，并由式(4)计算求得所选用示踪剂的用量范围为：
[0073][0074]
其中，m
x-min
为示踪元素x的最小剂量，其单位为g；m
x-max
为示踪元素x的最大剂量，其单位为g；m
x-0
为蒸汽发生器中示踪元素x的本底质量，其单位为g；k为示踪元素x在示踪剂中的占比，其单位为％。
[0075]
在一个实施例中，实施步骤s2、先确定示踪元素x的检出限c
lqd-x
，进一步地，实施步骤s21、确定所述示踪剂的成分，根据实际情况确定使用cs2co3，故在该实施例中示踪元素x即为铯元素；并实施步骤s22、根据离子浓度检测设备及检测方法确定示踪元素cs的检出限c
lqd-x
，具体地，根据检测设备icp-ms及离子浓度测量方法确定示踪元素cs的检出限c
lqd-x
为0.1ppb，其中，1ppb＝1μg/kg。
[0076]
接着，实施步骤s31、根据蒸汽发生器设计文件可以得到蒸汽发生器出口设计湿度m
design
为0.1％、单台蒸汽发生器正常运行期间的水装量m
sg-water
为70t，并根据式(2)计算示踪剂的示踪元素cs的最小使用剂量m
x-min
：
[0077][0078]
将以上数据代入到式(2)中，得到
[0079]mx-min
＝[0.1/0.1％]*70*1000/1000000＝7g；
[0080]
然后实施步骤s3、根据化学运行技术规范，蒸汽发生器允许的钠离子浓度c
limit-na
为95ppb。蒸汽发生器数量为3，可以计算得到蒸汽发生器二次侧示踪元素cs最大使用剂量m
x-max
：
[0081][0082]
将以上数据代入到式(3)中，得到
[0083]mx-max
＝(95*133*70*1000*3)/(23*1000000)＝115.36g；
[0084]
再者，实施步骤s1、确定所述蒸汽发生器中示踪元素x的本底质量m
x-0
，可理解地，该步骤也可以在该实施例的步骤s2之前实施，不影响整体的计算。具体地，试验前示踪元素cs的本底浓度为0.1ppb，则示踪元素cs本底质量计算如下：
[0085][0086]
将以上数据代入到式(3)中，得到
[0087]mx-0
＝(0.1*70*1000*3)/1000000＝0.021g；
[0088]
最后，实施步骤s4、根据所述蒸汽发生器中所述示踪元素x的本底质量m
x-0
和所述示踪元素x的剂量，计算所述示踪剂的用量范围。其中，需要先确定示踪元素cs在示踪剂中的占比，示踪元素cs在示踪剂中的占比k计算过程如下：
[0089]
该实施例中的化合物为碳酸铯cs2co3，因此该化合物的质量数为：
[0090]
133(cs)*2+12(c)+16(o)*3＝326；
[0091]
因此，求得铯元素在该化合物中的占比k＝(133*2)/326＝81.6％；
[0092]
综上，将相关参数代入式(4)中，
[0093][0094]
最终确定碳酸铯示踪剂的用量范围如下：
[0095]
[(7-0.021)/81.6％,(115.36-0.021)/81.6％]＝[8.55,141.35]g；
[0096]
即在该实施例中，碳酸铯示踪剂的用量范围为[8.55,141.35]g。由于示踪剂注入到二回路之后，示踪剂会在蒸汽发生器内富集，残留在汽水循环回路中的示踪剂量微乎其微，故在本实施例中忽略了残留在汽水循环回路中的示踪剂。
[0097]
可理解地，本发明方法不仅限于碳酸铯作为示踪剂时的用量计算，也同样适用于其他示踪剂的用量计算，在此不做赘述。
[0098]
本发明利用湿度测量试验计算原理及机组运行限制条件提供的边界值，精确计算示踪剂剂量，根据蒸汽发生器出口设计湿度和示踪元素的检出限求出示踪剂的最小剂量，利用水质限值作为示踪剂的最大使用剂量；可以在减少水质超标风险的情况下准确计算湿度试验需要的示踪剂用量，可解决不同成分的示踪剂用量问题，也可以解决新型机组特别是短时间重复执行的湿度测量试验示踪剂用量的问题。
[0099]
可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。