核电站硼表和氢表运行原理概述

代磊

（大亚湾核电运营管理有限责任公司，广东 深圳 518000）

1 硼表原理简介

硼表用于连续监测反应堆冷却剂硼浓度，并显示在主控室监盘上，可以直读及计算一定时间的平均值，由记录仪记录硼浓度的变化趋势，以确定在不同的停堆状态下，反应堆的有效停堆裕量，并对意外稀释进行监测，对主控室操纵员加以提醒。

由于硼对中子具有吸收性，所以硼表的探头前有一中子源，在探头和中子源之间有一容器，里面装有取样的REN的硼水。中子源为3ci的中子源，硼表的探头为CFUM11/RTC型裂变电离室，当REN的硼水经过取样容器时，中子源发射的中子被硼水吸收后，剩余的中子进入裂变电离室发生反应，产生脉冲信号，进入电子机柜进行处理，再经过软件处理后，转换成硼浓度值送到相应的指示。此外，裂变电离室内有1个温度补偿探头，用于补偿温度对测量的影响。

正常运行情况下，硼表测量值存在波动。波动原因为中子源发射中子的不稳定性造成，根据维修手册,中子源发射中子的偏差为10%。这样使得探头测量到的中子数目不停变化，经过板件处理后，就会造成指示的波动，正常情况下，波动在正负50ppm以内，偶尔波动70～80 ppm是有可能的。所以硼浓度应以一段时期的平均值为准——按下ESAD上的“AVERAGE”按钮，所得为最近5次测量值的平均值。和取样值比较的也应是平均值，偶尔一次波动导致偏差超过50ppm不具代表性。

2 硼表测量值与取样值存在偏差原因分析

2.1 硼10的同位素硼11产生的影响

硼酸溶液中包含硼10和硼11两种同位素，对热中子吸收产生主要作用的为硼10。从硼表测量原理上来看，硼表真实反映的是硼10浓度的变化，而OPC取样分析的硼浓度是硼10与硼11的总和，两种测量方法在被测对象上存在不同。

硼表大修校验时，是按照OPC给出的标准硼浓度(包括硼10与硼11)和硼表(仅为B10)产生的数据,模拟一条二次曲线,确定硼表各项参数，可以做到测量值与取样值在偏差范围内。在硼表投运后，一回路硼酸溶液中硼10与硼11的比例与校验用标准溶液中比例不完全一致，造成测量值有偏差，原因为B10与中子反应的消耗，它与中子反应式为B+n→Li+He，这样就造成了硼10与硼11比例发生了改变。

2.2 硼表校验方法引起误差

硼表校验的方法也会引起误差，硼表校验是选取15个数据对（X，Y）→（中子计数率，硼浓度），模拟一条二次曲线，由曲线计算出相关参数。并不是所有的中子计数率X对应的硼浓度点Y都在这条二次曲线上，更多的是分布在曲线上下，从测量值来看就是偏低或偏高，这也造成了硼表的偏差。另外,校验过程中OPC的取样和获取数据对的过程中也会产生偏差，该偏差主要体现在曲线中，校验规程中硼表的再鉴定标准要求为1%的精度(1000ppm以上)和10ppm(1000ppm以下)，硼表量程为0～2800ppm,所以在1000ppm以上时最大偏差为28ppm.

2.3 取样时一回路硼浓度不均匀

在正常功率运行期间，稀释后，一回路硼浓度均匀需要一定的时间，取样时间长短对于硼表的指示也存在影响。硼表有一个取样罐，硼表测量的数值为取样罐里的硼浓度，在大修进行硼表校验时，每个取样点都需要25min以上才能稳定。因此，在进行稀释后，需要稳定后,取样的结果才能与硼表的数值进行对比，如果稳定时间不够，可能会产生偏差。

3 硼表故障原理分析

根据EFS统计,从2005年到2011年,硼表共故障36次，分析发现硼表产生偏差的原因主要是硼表测量校验原理造成。

硼表真实反映地是硼10浓度的变化，而OPC取样分析的硼浓度是硼10与硼11的总和，一回路硼酸溶液中硼10与硼11的比例与校验用标准溶液中比例不完全一致，造成测量值有偏差。

大修中硼表的校验方法,采用模拟一条二次曲线,造成测量值有偏差。通过调整硼表内部的参数RC对硼表的指示进行修正，使硼表指示与OPC取样值一致。

可用性判断如下：如果记录仪、REN012ID、KIT等显示消失时，表明硼表的设备出现了故障，需通过检查故障指示灯和板件指示灯状态，通过查询故障代码，确定故障情况。此情况下，硼表不可用；如果出现偏差报警，需要进行检查，判断是正常报警还是异常报警，可以通过查询历史记录进行判断，根据情况判断硼表是否可用。

4 氢表原理简介

为防止一回路水的辐射分解引起的氧化、锆的氢脆以及防止蒸汽发生器600合金传热管的腐蚀，REN013MG用于在线连续测量一回路水中的溶解氢，并维持一回路氢含量不超过运行限值，氢表为法国CITA公司生产的DH102型的氢表，其电极结构原理图如右：

氢表探头测量电极是一根金属钯丝，利用钯具有很强吸附氢的能力，其阻值随氢浓度成比例变化的特性来测量氢含量：

钯吸附氢后不能自行解析（使已吸附氢离开钯丝非常困难），只能通过该表的再生功能：即通过反电极产生100mA的再生电流。在工作电极上由于电解产生氧，迅速与钯丝上吸附的氢结合完成解吸附功能。反电极仅用于电极再生，即再生时，在电极与反电极间加上直流电压，通过取样介质产生再生电流。测量电极还安装有PT100铂电阻用于温度测量，对测量结果进行温度补偿。

5 硼表故障模式分析

查询氢表故障历史，从EFS统计的氢表偏差的统计来看,从2012年到2017年,一共有19次，维修部门分析如下：

①检查氢表探头特性参数及电极均正常；

②检查氢表介质流量/压力/温度均正常，在设计范围内；

③氢表漂移多出现在寿期末，硼浓度较低时，随着机组运行到寿期末，一回路的硼浓度越来越低，根据化学技术规范的硼-锂关系，一回路的锂浓度也越来越低。当硼浓度低于100ppm，锂的浓度应为0.8ppm左右，此时一回路的电导率约为8us/cm。

氢表设计运行条件要求：“被测介质电导应＞8us/cm、＜100us/cm（25度）”。当硼浓度继续下降时，一回路电导率也会随之下降低于8us/cm，此时电极与反电极间一回路水的阻抗会增加，导致再生电流达不到100mA要求，导致再生效果不佳，引起测量误差。

引起氢表测量误差或故障的可能模式及分析：

序号 可能的故障模式 支持的证据 反对的证据 可能性电极钝化 更换电极后，故障仍存在1 2 3 4二次表头故障取样流量、压力、温度变化电极再生效果不好或再生功能失效引起测量误差，以前出现过该故障板件故障会引发测量误差异常波动工况实测再生电流不足100mA专用电阻箱检查正常现场确认取样参数稳定以前没有发生该问题低 低低高

通过分析可知，氢表故障主要是寿期末机组特性导致，目前采用以下改进行动：在机组寿期末，氢表出现漂移时执行临时措施，“每次读数前在主控室对氢表再生3次，每次1分钟，间隔半分钟，经过1.5小时后读数（以前是要求经过1小时后读数）”，以保证机组寿期末对一回路氢浓度的测量及停堆前的一回路吹扫要求；由于寿期末再生能力不足,在执行临时措施后，不要进行探头零点的冲洗，避免出现读数的偏差。