专利名称:向运行中的动力反应堆注入的化学品注入系统和化学品输送过程/方法
技术领域：
本发明涉及核动力反应堆，并且尤其是涉及在线注入系统，该系统
提供向启动后的核动力反应堆注入化学溶液以处理反应堆内部由此减轻晶间应
力腐蚀开裂(IGSCC)的能力。
技术背景
已知在核动力反应堆中采用贵金属化学品结合氢气注入以减轻晶间 应力腐蚀开裂(IGSCC)。作为催化剂，贵金属溶液注入到反应堆内以帮助氧气 和氢气的再化合。贵金属向动力反应堆的输ia常是在模式3的热备用(hot standly)过程中进行。当贵金属注入时该模式过程中不产生动力，造成昂贵的 临界路径时间(cnticaJ path time)的大量损耗。
另外，在动力反应堆的启动阶段，利用目前的系统构型不能注入氢 气。在正常水化学条件下，可以得到不足浓度的氢气与辐射裂解氧再化合。因 此，任何存在的裂纹都将扩展，造成一部分裂纹没有被贵金属处理过，并且因 此没有减轻IGSCC。本发明提供的在线注入系统，JI31提供在反应堆启动后注 入化学溶液以处理反应堆内部的能力解决了该问题。
已进行了几次对在正常运行期间动力反应堆的化学输送过程方面的 尝试。就结果而言尽管每次尝试都相对成功，但每次尝试都有大的挫折和改进。
由于主蒸汽管道辐射增加是化学溶液注入到反应堆所关注的，因此 采用过程控制器极其密切地监控着采用的注入量。最初的注入溶液需非常稀释 以使它对主蒸汽的影响最小化。禾,稀释溶液，储槽经常耗空，需要多个劳动 密集型混合过程来重新注满储槽。每次浓度改变时也需要稀释过程。
为了避免进行繁重的溶液混合过程，采用较高的溶液浓度。但是， 较高浓度等同于溶液侵蚀特性的增加，这可能会对泵内部的被浸湿的部件有不 利的影响。伴随着在反应堆汽轮机设备房内100+。F的恶劣环境温度，传统的现 有注射泵(观赋过几个制造商)在运转数小时内就失灵了。[0007]输送过程的另一个关注是由于在运输管线内的沉积造成的化学品损耗。在管线内的滞留时间越短会使化学品损耗越少。禾l」用对体积的有限控制，
利用DI水流增加容积排放流率缩短了溶液在运输管线内的滞留时间。这种方法还允许化学品自动稀释，这给注入滑道(iniectionskid)增加了新特征。
本发明的在线注入系统克服了上述缺点，向正在运行的动力反应堆提供化学溶液的不间断输入。
发明内容
本发明的注入系统设计用以在动力反应堆的正常运行条件下通过各种主要或辅助系统(给水、再循环、RWCU等)开关向动力反应堆输入化学溶液。i亥输送过程是通过正排量泵实现的。化学品注入是以浓缩溶液形式，在从滑道排出前该浓縮液由系统在内部稀释。这种采用注入系统的化学输送方法取得了几方面的重要成果。首先，它使由于在运输管线上沉积而造成的化学损耗最小化。第二其使较高浓度溶液能被用作注入剂。第三，其消除了化学稀释的费时繁重过程。第四，其将化学溶液提高到注入所需要的压力。第五，其通过使用特殊制备的独特冲洗溶液防止在注射泵头部固体从溶液沉淀出。并且最后，在线注入将在动力反应堆启动、关闭和运行过程中可能形成的新裂缝表面上沉积新化学品。
图1是本发明的在线注入系统的示意性流程图。
图2是显示用于图1的在线注入系统的逻辑控制器的联锁信号示意图。
图1是在线注入系统10的示意性流程图，该系统用于将化学溶液注入正在运行的反应堆(未示出)以减轻晶间应力腐蚀开裂。系统10包括两t至ffi行的注射泵12和14。 一个泵14从两个调配槽16或18中的选择之一泵出浓缩的化学溶液，而另一个泵12通过用来自设备源20的Dl7jC稀释该溶液帮助
縮短该化学溶液的输送时间。泵12和14的排放物在排出滑道和注入反应堆之前(g卩ilil给水管线17)在管线接合处19合并并混合。化学溶液的这种稀释完成了减少化学品在运输f^15内的滞留时间的任务，同时有利于溶液的稀释。
系统10通过开关(tap) 22将化学溶液注入到主要或辅助系统内。泵12和14为正排量泵(positive displacement pump)，其用于调整注入能力，由此提供对化学溶液iaA反应堆的注入率的控制。化学溶、)^人溶液槽16或18中的一个注入反应堆的量根据重量法分别使用测力传感器24或26 S郎宗。 采集系统25利用化学溶、M量损失的模拟或数字信号27或29计算化学品从溶液槽16和18泵出的速率。由此，通过使用与测力传感器24和26接口的电子秤以及M信号27或29将化学溶液重量损失 传送到 采集系统25 ，系统10实现对化学溶液进入反应堆17的注入控制。
如图2中所示，Mii使用逻辑控制器40，注射泵12和14以及隔离阀28和30联锁以在关闭情况下关掉化学品注入。逻辑控制器40分别通过信号线21和23与泵12和14 ，并且分别il51交流电源线31和33控制隔离阀28和30。 ffl31以太网端口42，报警信号用于在本地或i^巨离:tW知操作者，系统10处于不良状态并且有自动断开的可能。正常关闭的自动隔离阀28和30位于注射泵12和14的下游。在那里，阀28和30在跳闸信号(lnpsignal)、信号丢失或动力损失时关闭。Sii在远处禾拥以太网线路连接到以太网端口42的连接，具有观测系统状态的能力。舰这物程连接，所有的對艮都是可显示的。逻辑控制器40提供下列报警信号
a. 高压力一压力接近关闭(shutdown)状态的报警；
b. 低液位一通知操作者槽内化学溶液的液位低；C.高流速一化学品注入速率与设定速率不同的状态；d.低流速一化学品注入速率与设定速率不同的状态；逻辑控制器40还提供下列关闭信号
a. 高压力一设备和人员的保护；
b. 低压力一管线断裂的指示；系统隔离；C.泵故障一泵失灵时系统隔离；
d低于低液位(low-low solution)—化学溶液槽空、泵停止、阀隔离。[(X)16]系统10的新特征是它在反应堆以全功率和i^t运行时注入具有宽范围pH的化学溶液的能力。在线注入过程提供监测和控制化学注入以供最佳应用的能力。选择的注入速率依赖于主蒸汽管道辐射("main steam line radiation,MSLR")增加值、反应堆水内和沉积在反应堆内表面上的化学溶液的浓度以及反应堆内通过电化学腐蚀电位("ECP")探头读取的腐蚀电位。
注入系统io的化学注入速率可以如下表示.-
注AiI率f (MSLRHCw,Cs,ECP)
其中MSLRM^主蒸汽Wit辐射监测器；Cw^溶角祐反应堆水内的化学浓度；Cs二沉积在表面上的化学浓度；而ECP二电化学腐蚀电位。
化学溶液在动力反应堆中的注入维持在低的但是稳定的浓度。目标浓度的直接注入会需要多个繁重的混合步骤或极大的溶液存储容器。注入系统10采用泵12和14进行的内部稀释能力允许使用浓縮溶液来计量iSA较高流量的DI水流(a higher flowing DI water stream)。稀释的排放流具有缩短的滞留时间，导致注入的化学品的管线路耗较少，同时充足地输送需要量到反应堆。
为了维持化学溶液的连续注入，如同系统10的在线注入过程所需要的，防止在注射泵14的部件上的固#^淀和沉积是必需的。为了这个目的，提供了新型缓冲溶液50用于冲洗注射泵14的浸湿的移动部分。在图3中示出了用于储存和M泵14循环缓冲溶液50的再循环和存储系统54。系统54包括用于存储缓冲溶液50的罐53和分别用于将溶液50输送到包围泵14的活塞52的平头外壳(flush housing) 56和将溶液50送回到罐53的管线51和55。平头外壳56包含一部分溶液50和嵌入式密封(flush seal) 58，所述嵌入式密封用于防止溶液50泄漏出外壳56。冲洗溶液50由碳勝内和碳酸氢钠粉末以1:1的比例(每种都是相等的0.025摩尔(0.025 equal molar of each))组成，形成pH约为10的溶液。没有缓冲冲洗溶液50时，固体从该化学溶液析出而弄脏注射泵14的活塞和密封。这造成移动部分上的摩擦增加，导致往复运动活塞52被粘连，这损坏密封并且最终造成泵14的整体失效。采用特殊的测试过的缓冲冲洗溶液50以避免系统失效关闭是关键的。由于来自化学注入剂在泵14的活塞和密封上的沉积，传统冲洗溶液，例如水、甲醇、乙醇、异丙醇、丙三醇或氢氧化钠的使用己经造成过泵失效。因此，如上所述，特殊配制的冲洗溶液，被成功用于将贵金属注入反应堆而没有间断。[0020]在反应堆的动力运行过程中，注入系统10将化学溶液，例如醇、肼、钛、锆、钨、钽、钒，并且，尤其是，铂化合物[Na2Pt(OH)6]输送到反应堆容器内。动力运行过程中的较高温度和较高流谢，催化剂渗入反应堆裂隙和裂缝。因此，铂输送条件，其增加铂化合物扩散进入反应堆裂隙和裂缝，优选和反应堆的氧化剂渗入割牛相匹配。
化学溶液在线注入正在运行的反应堆的典型时间周期优选大约1到3周。这个较长时间周期同样更适于促进化争注入剂fflM对流、涡流和扩散输送进入反应堆的裂隙和裂缝。化学品注A3I率伏选低速，使得应用过程中反应堆水化学品浓度保持在万亿分之几(ppt)至低于十亿分之几("ppb")之间的水平(parts per trillion (ppt) to low parts per billion (ppb) levels)而导电性增加则微乎其微。
因为可能有与在线过程相关的MSLRM增加；所以优选地，在任何长期的稳态注入周期之前，都以递增添加速率(at incrementaJ addition rate)进行
一些预备的短期(大约4小时持续时间)化学品注入步骤测试。所述预备注入速率允许选择落在设备运行剂量速率(N16)指导方针之内的连续注入速率。
依据本发明向运行中的动力反应堆注入的化学品注入系统和化学品输:lil禾i/方法的要求如下所述。
设备运行要求
在线运用需要的运行条件如下
反应itit行模式优选大于70%功率。堆芯流量(core flow) 1^大于85%。
应用持续时间
铂化学品注入的持续时间伏选为7到21天。反应堆水导电率
在注入期间反应堆水的导电率优选小于0.3^iS/cm，上限值为小于1.0^iS/cm。
8过程控制
过程控制是根据在7到21天间针对每一应用注入的化学物种的质量。注
入率依据特定设备的N"反应，如同M31最初NW步骤测试所确定。该速率可能 部分地额外地由反应堆水注入剂浓度(例如，所需的反应堆水中100ppt的铂) 以及导电性增加限度来控制。
用于随后再应用的化学品输入
周期性的再应用ffc选以6至12个月的间期进行。如果设备经历了一段延 长的off-hydrogen时肌就应该尽可能在这种事件之后再应用该在线过程。那个 时间注入的质量应当与最初的应用相同。
尽管已经接合目前认为最实用和优选的实施方案阐述了本发明，应 当理解本发明并不局限于公开的实施方案，相反，其意欲涵盖所附权利要求
的 精神和范围内包括的各种变体和等同设置。部件列表
10在线注入系统
12, 14注射泵
15运输管道
16, 18补偿溶液槽
17反应器进水管线
21, 2 3孑言号线
22开关
24, 2 6测力传感器 2 5数据采集系统
27, 2 9, 2 6数字信号
28, 30隔离阀 31, 33交流电源线 4 0逻辑控制器
42以太网端口 50緩冲溶液 51, 55管线 52活塞 53罐
54再循环存储系统 56平头外壳 58嵌入式密封
权利要求
1. 注入系统，用于在核动力反应堆运行的同时将浓缩的化学溶液注入到所述反应堆内，以用一种或多种化学物种处理所述反应堆的内表面，和由此减轻晶间应力腐蚀开裂，所述注入系统包括用于存储所述浓缩的化学溶液的容器，第一注射泵，用于将所述浓缩的化学溶液从该容器泵入到连接到所述反应堆的注入开关的共用运输管道，装置，用于确定所述浓缩的化学溶液通过第一注射泵被从该溶液槽泵出的速率，第二注射泵，用于将DI水从所述水的源泵入所述共用管线，以利用所述共用运输管道自发稀释所述浓缩的化学溶液，第一和第二阀，用于分别将第一和第二注射泵连接到所述共用运输管道，由此在所述动力反应堆的运行过程中将所述稀释的化学溶液输送到所述动力反应堆内部，以及逻辑控制器，用于控制第一和第二注射泵以及多个将第一和第二注射泵连接到所述共用运输管道的阀，由此控制所述稀释的化学溶液进入所述动力反应堆系统的注入速率。
2. 权禾腰求l的注入系统，其中所述化学物种选自由钼、醇、肼、钛、锆、 鸨、钒、钽组成的组。
3. 权利要求
1的注入系统，进一步包括再循环和存储系统，用于储存和循 环DI 7JC通过第一注射泵以冲洗第一注射泵的被浸湿的移动部分。
4. 权利要求
3的注入系统，其中DI水为缓冲溶液，由碳酸钠和碳,钠 粉末以1:1的比例组成，形成每种都是相等的0.025摩尔并且pH为大约10的冲 洗溶液。
5. 权利要求
1的注入系统，其中第一和第二注射泵都为正排量泵，其用于 调整注入能力，由此提供对所述稀释的化学溶液iaA所述反应堆的注Ail率的 控制。
6. 权利要求
1的注入系统，其中用于确定浓縮的化学溶^A所述溶液容器 泵出的速率的装置包括至少一个测力传感器，该测力传感器采用重量法测量存储在所述容器内的化学溶液的重量的减少。
7. 权利要求
5的注入系统，其中用于确定浓缩的化学溶M/人所述溶液容器 泵出的速率的装置进一步包括数据釆集系统，该 釆集系统利用来自至少一 个测力传感器的信号来计算化学溶液的重量M^、。
8. 权利要求
1的注入系统，其中所述注A3I率是反应堆主蒸汽管线辐射增加值、反应堆水中所述化学溶液和沉积在反应堆内表面上的化学物种的浓度、以及iiil至少一个电化学腐蚀电位("ECP')探头测量的腐蚀电位的函数。
9. 权利要求
的注入系统，其中注入所述反应堆的所述化学溶液或者是贵 金属、自享、肼、钛、锆、鸨、钽、钒，或者是它们的任意组合。
10. 权利要求
9的注入系统，其中所述稀释的化学溶液以一定速率注入所 述反应堆，由此在应用过程中所述反应堆水浓度保持在万亿分之几(ppt)至低于十亿分之几("ppb")之间的水平并且导电性增加微小，由此增强贵金属M:对流、涡流和扩散输MiaA所述反应堆中的裂隙和裂缝。
专利摘要
本发明涉及向运行中的动力反应堆进行注入的化学品注入系统和化学品输送过程/方法。本发明公开了注入系统10，其设计用于在动力反应堆正常运行条件期间通过给水系统开关22向反应堆输送化学溶液。该输送过程经由正排量泵12和14。化学品注入是以浓缩溶液形式，在从滑道排出前该浓缩溶液由系统10在内部稀释。注入系统10使由于在运输管线15上沉积造成的化学品损耗最小，使得较高浓度溶液能被用作注入剂，消除了化学稀释的费时繁重过程，将化学溶液提高到注入所需的压力，通过使用冲洗溶液防止在注射泵头部处从溶液沉淀出来固体，并且在动力反应堆启动、关闭和运行过程中形成的新裂缝表面上沉积新鲜化学品。
文档编号G21C19/22GKCN101483075SQ200810188729
公开日2009年7月15日 申请日期2008年12月17日
发明者D·P·谢沃思, L·C·特兰, P·Y·舒, S·赫蒂亚拉奇基, T·P·迪亚斯 申请人:通用电气-日立核能美国有限责任公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan