反应堆一回路溶解氢含量测定方法与流程

本发明涉及反应堆水质分析技术领域，尤其涉及一种反应堆一回路溶解氢含量测定方法。

背景技术：

按照核电厂水化学技术规范的规定，压水反应堆运行期间，一回路冷却剂中的溶解氢含量必须控制在一定范围。功率运行及冷停堆模式下，合适的氢含量既能有效抑制一回路水的辐照分解，又能防止核燃料锆合金的氢脆效应，同时防止一回路压力边界材料的腐蚀。反应堆一回路冷却剂中溶解氢浓度的准确测量是跟踪与调节氢浓度的前提和必需条件，与核电厂安全运行密切相关。

压水反应堆一回路中溶解氢的测量方法主要有三种：借助倾析器和气相色谱的气液相分离器色谱法，该方法测量准确，可溯源，但是操作复杂；基于金属钯电极吸附氢原理的在线式仪表，该仪表电极需要频繁再生和冲洗加之响应迟缓，可靠性极低；热导式氢分析仪，有便携与在线式两种，其中在线式较为少见，而便携式氢分析仪在多数核电厂皆有应用。关于便携式氢分析仪，虽有文献涉及其使用方式、常见问题及解决措施的报道，但是对于一回路冷却剂多种不同水化学条件对测量产生的影响尚缺乏细致研究，致使其实际使用过程存在操作复杂、浪费冷却剂及测量结果精确度较低等问题。

影响测量结果的水化学条件主要包括：流经便携式氢分析仪的样水流量；便携式氢分析仪的测量背压；冷却剂中各种干扰气体对溶解氢检测的干扰；氢分析仪系统误差。

传统方法准确度低主要体现在没有考虑一回路冷却剂中干扰气体对溶解氢检测的干扰，氦气对溶解氢测量结果的干扰没有评估和补偿方法。

传统方法操作复杂主要体现在：传统方法中氢分析仪使用的吹扫氮气源自氢分析仪自带气缸，该气缸容积小且需使用外置高压氮气钢瓶定期充气，充气过程复杂，高压氮气使用过程中存在安全风险；传统方法只使用纯氢气体标定便携式氢分析仪，且不考虑其它气体对氢测量结果的影响，纯氢气体标定时必须使用外置高压氢气钢瓶，操作危险且复杂。

冷却剂浪费主要是因为：传统方法使用氢分析仪时，流过氢分析仪的反应堆一回路冷却剂样水直接对空排放，然后被当作化学废水排到废水处理系统中，没有实现一回路冷却剂的直接回收再利用。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，提供一种实现在线连续测量的反应堆一回路溶解氢含量测定方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种反应堆一回路溶解氢含量测定方法，包括以下步骤：

s1、分别将流量计和压力表安装在便携式氢分析仪的流通池入口和出口上，对便携式氢分析仪进行标定；

s2、将所述便携式氢分析仪连接在反应堆一回路中，将所述便携式氢分析仪的供气钢头连接核岛的氮气供应系统；

s3、反应堆一回路的冷却剂通过所述入口进入所述流通池，通过所述出口返回反应堆一回路；

s4、所述便携式氢分析仪对接入的冷却剂进行测定，获得冷却剂中氢气和氦气的总含量；

s5、将获得的冷却剂中氢气和氦气的总含量减去预先通过气液相分离器测得的冷却剂中的氦气含量，获得冷却剂中氢气的含量。

优选地，步骤s2中，将所述流通池的出口通过快插接头连接反应堆一回路的化学容积控制系统。

优选地，步骤s2中，将减压阀的一端通过软管连接所述便携式氢分析仪的供气钢头，另一端通过快插接头连接核岛的氮气供应系统。

优选地，步骤s4中，测定时，通过氮气供应系统提供氮气对所述便携式氢分析仪进行氮气吹扫。

优选地，步骤s3中，所述流通池内的冷却剂通过所述出口先流出至化学和容积控制系统的容控箱，再返回反应堆一回路。

优选地，步骤s3中，所述流通池的出口通过快插接头连接所述化学和容积控制系统的容控箱。

优选地，步骤s3中，控制进入所述流通池的冷却剂的流量≥200ml/min。

优选地，步骤s5的算法由以下方法获得：

便携式氢分析仪使用热导检测器，测量结果由下式(1)表示：

[h2]m＝[h2]t+k×[he]+c(1)

式中，[h2]m为便携式氢分析仪测得的氢气含量，[h2]t与[he]分别为气液相分离器测得的氢气和氦气含量，k为氦补偿系数，c为系统误差；

在便携式氢分析仪的电极半透膜对氢和氦选择透过性相同条件下，k表示为：k＝λh2/λhe；其中，λh2为氢的热导率，λhe为氦的热导率；25℃时，k＝0.88；

由式(1)，根据一回路冷却剂不同氦浓度时溶解氢含量计算k和c实际值，k的值为1.0，c不大于1.23ml/kg，得出便携式氢分析仪对氢和氦的响应相同，系统误差小，因此将便携式氢分析仪测得的冷却剂中氢气和氦气的总含量减去气液相分离器测得的冷却剂中的氦气含量，获得冷却剂中氢气的含量。

本发明的反应堆一回路溶解氢含量测定方法，采用通过便携式氢分析仪实现对反应堆一回路冷却剂中溶解氢含量的在线连续测定，冷却剂测定后返回一回路中，实现回收再利用；提高一回路冷却剂中溶解氢含量测量的准确度、稳定性和灵敏度，减少溶解氢分析时的人员受辐照剂量，提高工作效率，保护化学分析人员。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明的反应堆一回路溶解氢含量测定方法的流程图；

图2是本发明中便携式氢分析仪的结构示意图。

具体实施方式

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。

结合图1、2，本发明一实施例的反应堆一回路溶解氢含量测定方法，包括以下步骤：

s1、在便携式氢分析仪10的流通池的入口或出口装上流量计20。

流量计20用于监测进入流通池内的冷却剂流量；优选地，将流量计20安装在流通池的入口处。

在流通池的出口装上压力表30，用于监测压力。

流量计20和压力表30安装完成后，对便携式氢分析仪10进行标定。便携式氢分析仪可以使用纯氢气体标定法进行标定，也可以使用气液相分离器的溶解氢测量结果直接进行手工标定。

s2、将便携式氢分析仪10连接在反应堆一回路中，将便携式氢分析仪10的供气钢头连接核岛的氮气供应系统(raz)。

其中，根据所要测量的冷却剂中氢含量，将便携式氢分析仪10与反应堆一回路中对应通路进行连接，以将冷却剂接入流通池。将流通池的出口通过快插接头40连接反应堆一回路的化学容积控制系统，使得测量后的冷却剂从流通池的出口排出到化学容积控制系统，以排回反应堆一回路进行再利用，避免浪费。

压力表30位于快插接头40和流通池的出口之间的连接管路上，对便携式氢分析仪10的背压进行监控，以维持在稳定状态。

便携式氢分析仪10的供气钢头通过减压阀50连接氮气供应系统(raz)。进一步地，将减压阀50的一端通过软管60连接便携式氢分析仪10的供气钢头，另一端通过快插接头70连接核岛的氮气供应系统。氮气供应系统对便携式氢分析仪10连续供应氮气，省去了通过外置高压氮气钢瓶给便携式氢分析仪10气缸定期充气的繁琐操作。

s3、反应堆一回路的冷却剂通过入口进入便携式氢分析仪10的流通池，通过出口返回反应堆一回路。

由于样水流量对溶解氢测量结果有重要影响，根据试验结果，便携式氢分析仪10流量影响特性为：样水流量小于200ml/min时，随着样水流量的增加，测量结果大幅升高；流量增加至200～500ml/min时，测量结果稳定。因此，为了降低流量变化对溶解氢测量的影响，便携式氢分析仪10使用时样水流量不得低于200ml/min。

根据上述结论，结合流通池的入口上的流量计20，控制进入流通池的冷却剂的流量≥200ml/min。

另外，氢溶解度与压力有关，根据试验结果，便携式氢分析仪10的背压会对溶解氢测量结果产生轻微影响，压力越高测量值越大，因此测量过程需尽量保持背压稳定。

便携式氢分析仪10的流通池的出口通过快插接头40连接化学和容积控制系统的容控箱，流通池的出口排出的冷却剂先进入化学和容积控制系统的容控箱，再返回反应堆一回路。

s4、便携式氢分析仪10对接入的冷却剂进行测定，获得冷却剂中氢气和氦气的总含量。

s5、将获得的冷却剂中氢气和氦气的总含量减去预先通过气液相分离器测得的冷却剂中的氦气含量，获得冷却剂中氢气的含量(即冷却剂中溶解氢含量)。

其中，通过气液相分离器测量的冷却剂与进入便携式氢分析仪10的冷却剂为反应堆一回路中相同通路中的冷却剂。

通常，便携式氢分析仪使用时会受到干扰气体的影响。由气体热导率计算公式计算反应堆一回路常见气体在25℃下的热导率(w·(m·k)-¹)分别为(h2，0.17064)、(he，0.15016)、(n2，0.02475)、(o2,0.02571)、(ar,0.01795)、(xe，0.00568)、(kr，0.00946)。其中o2、ar、xe和kr在反应堆一回路中含量较少且热导率极低，n2充当氢分析仪的背景气，它们对溶解氢测量的影响可忽略。但是，氦的热导率及分子直径与氢相近，大量存在时会影响测量结果。因此，可借助气液相分离器的溶解氢和氦测量结果进行评估并去除氦气对溶解氢检测的干扰，方法如下：

可便携式氢分析仪使用热导检测器，测量结果可表示为下式(1)：

[h2]m＝[h2]t+k×[he]+c(1)

式中，[h2]m为便携式氢分析仪测得的氢气含量(即溶解氢含量)，[h2]t与[he]分别为气液相分离器测得的氢气和氦气含量，k为氦补偿系数，c为系统误差。

在便携式氢分析仪的电极半透膜对氢和氦选择透过性相同条件下，k可表示为：k＝λh2/λhe；其中，λh2为氢的热导率，λhe为氦的热导率。25℃时，k＝0.88。

由式(1)，根据一回路冷却剂不同氦浓度时溶解氢含量计算k和c实际值，结果如表1。由表1可知，k的值约为1.0，c不大于1.23ml/kg，即便携式氢分析仪对氢和氦的响应基本相同，系统误差很小，因此可将便携式氢分析仪测得的冷却剂中氢气和氦气的总含量减去气液相分离器测得的冷却剂中的氦气含量，获得冷却剂中氢气的含量。

表1.溶解氦补偿系数与系统误差

另外，本发明中使用的便携式氢分析仪10，为持续维持测量精度，还应对便携式氢分析仪10进行定期标定；对便携式氢分析仪10进行质控检查用于评定仪器分析过程的稳定性及准确性。

便携式氢分析仪可以使用纯氢气体标定法进行标定，当反应堆一回路冷却剂中氢含量较高时，也可以使用气液相分离器的溶解氢测量结果直接进行手工标定。由于纯氢气体标定时必须使用外置高压氢气钢瓶，操作危险且复杂，使用气液相分离器分析结果作手工标定过程简单且没有氢气使用风险。

定期用气液相分离器测量溶解氢含量作为便携式氢分析仪的质控检查依据。氦含量分析、定期标定、质控检查可同时进行。

通过本发明的测定方法对反应堆一回路冷却剂溶解氢含量的测定，测量工作效率显著提高，分析人员受辐照剂量大幅减少；当冷却剂中溶解氢浓度为1.50～32.10ml/kg时，测量误差不大于1.37ml/kg。单次标定后，便携式氢分析仪可以至少使用2个月；准确度、稳定性和灵敏度均优于dh1021型氢表。

本发明应用于反应堆正常功率运行及大修启停期间时，溶解氢测量值更加准确、灵敏、可靠，有利于核电机组一回路冷却剂溶解氢的含量控制，使得反应堆运行更加安全可靠。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。