核电厂一回路水化学在线自动监测系统设计

林清湖 徐天凤

（海南核电有限公司 海南昌江）

一、引言

核电厂化学监督主要监督核电厂水、汽、气、油、放化和三废样品监督，包括一、二回路水化学、放射化学和油质监督、取样系统和加药系统运行、水处理系统设备状况监督、化学品管理和实验室管理等各个方面。一回路水化学监督，通常采用人工取样和实验室仪器仪表离线分析，部分分析指标采用在线化学分析仪表实时分析。M310机组一回路水质监测在线化学分析仪表设计有在线硼浓度分析仪和在线溶解氢表，其硼浓度和溶解氢浓度采用定期人工取样分析与在线仪表比对，其在线硼浓度分析仪伴随着反应堆的运行，尤期是寿期末，显示分析结果与实际浓度偏差较大，且随着运行年限的增长，在线硼浓度分析仪中子源强度减弱，分析结果偏差越大，分析结果置信度有限，需定期人工校准，以增加在线仪表分析结果的可信度。

随着公众对核安全的关注和核安全的特殊性，对核电厂水质监督和控制提出了更高的要求。由于一回路水质指标信息具有时效性强、准确性高的特点，尤其是一回路水质指标预警预报和趋势分析要求快速、准确、实时地采集和传递监测信息，而常规的人工取样分析工作量大、时间长，取样、送样过程样品沾污可能性大，不能实时了解一回路水质情况，不能满足快速、准确和实时测报的需要，引发了一回路水化学在线自动监测系统产生和发展，系统实时分析一回路各项水化学指标，利用控制系统实时显示一回路水化学指标，利用数据分析系统实时分析趋势情况，利用智能诊断系统诊断系统状态和行动建议。

二、系统介绍

1.设计思想

一个有效的核电厂一回路化学在线自动监测系统应该具备自动控制、实时监测和显示、远程传输和控制、异常报警、趋势分析、智能分析和诊断、行动跟踪和建议、显著减少人力干预等功能。系统根据核电厂一回路水化学取样点、监测对像，自动选择取样点及自动分析，远程传递分析结果，系统控制软件自动保存分析结果，自动趋势分析和异常响应，智能判断和给出行动建议，建立良好的、有机的人机交互系统。

2.在线自动监测方案

一回路水化学在线自动监测系统是一套以在线自动分析仪器仪表为核心，运用远程自动控制技术、自动测量技术、传感器技术、计算机应用技术以、相关的专用分析控制软件、智能诊断系统和通信网络所组成的一个综合性的在线自动监测系统。实施一回路水化学在线自动监测，可以实现一回路水质的实时连续监测、远程监控和智能分析，达到及时掌握一回路系统的水质变化状况、预警预报突发性灾害和污染事故（比如化学试剂的误添加、硼浓度的误稀释等）、监督一回路水质控制制度落实情况等目的。一回路水化学在线自动监测系统，具有最佳的实时监测使用效果，实现了一回路水质的自动、连续监测和数据远程自动传输，提高了监测的效率和效益。在水质发生异常时，系统能自动响应进行报警，进行连续跟踪监测，掌握异常事件的发生、发展和终结过程，在预防和预报异常事件的发生或恶化中具有重大作用。对于提高化学监督水平，严格控制一回路水质指标，防止和减缓一回路设备腐蚀、结垢，提高系统和设备的安全性，延长机组使用寿命，提高机组运行的经济性具有重要意义。

图1 核电厂一回路化学在线自动监测系统流程示意图

核电厂一回路化学在线自动监测系统包括取样接口系统、在线分析仪器仪表、远程传递控制系统、化学分析控制软件，其系统流程如图1所示，为在线监测系统直接从核取样系统取样，经多位样品选择阀流经在线仪表，通过控制系统自动定时切换样品来源进行分析，系统自动记录在线仪表分析结果，传递至核电厂集散控制系统，在主控制室直接读取在线仪表显示结果，同时数据传递至化学信息管理系统进行自动记录、趋势分析和智能诊断，并提供行动建议。用户通过硬件终端设备（如手机）远程实时查看在线仪表分析结果及系统状态。

3.样品来源

在线自动监测系统样品直接来源于核取样系统，高温高压的一回路流体经核取样系统降温降压，其流体介质的温度、压力、流量可以满足在线自动监测系统对样品的要求。核取样系统超温超压保护装置可用用于保护一回路在线自动监测系统对在线仪器仪表的保护，有利于在线自动监测系统在线仪器仪表的维护和保养，样品来源主要有：主冷却剂系统一环路；主冷却剂系统二环路；余热排出系统热交换器上游；余热排出系统热交换器下游；化学与容积控制系统净化上游；化学与容积控制系统净化下游。

本系统除在线自动监测外，具备手动人工取样功能。且系统预留备用接口，可以根据实际情况或临时取样点拓展分析。手动取样管线设在回流管线上，故随时能够提供具有代表性的样品。在线仪器定期标定、通过样水返回管线的人工取样进行仪表标定比对。

三、在线化学分析仪器仪表

核电厂一回路水化学在线自动监测系统的在线仪器仪表系统是系统核心，包含pH计、电导率仪、双通道溶解氧/氢表、双通道离子色谱仪、硼浓度仪、硅表，各仪表连接系统来源如下。

（1）pH计。RCP-Ⅰ环、RCP-Ⅱ环各有1台pH计，用于实时监测主系统pH值，该表用标准pH缓冲液定期标定。

（2）电导率仪。RCP-Ⅰ环、RCP-Ⅱ环各有1台电导率仪，用于实时监测电导率值，该表用电导标准溶液定期标定。

（3）双通道溶解氧/氢表。RCP-Ⅰ环设计有1台双通道溶解氧/溶解氢表，用于分析冷却剂中的溶解氧、溶解氢

（4）双通道离子色谱仪。RCP-Ⅰ环、RCP-Ⅱ环、RRA热交换器上游、RRA热交换器下游、RCV净化上游、RCV净化下流共用1台双通道离子色谱仪，其6路样品通过多位样品选择阀，定期切换分析各流路中样品的阴、阳离子含量，其阳离子可监测Li+、Na+、K+、Mg2+、Ca+、NH4+等阳离子，阴离子可监测 F-、Cl-、SO42-、NO2-、NO3-、PO43-、甲酸根离子、乙酸根离子、草酸根离子等阴离子。

（5）硼浓度滴定仪。RCP-Ⅱ环、RRA热交换器上游、RCV净化上游共用1台在线硼浓度滴定仪，通过多位选择阀定期切换，分析各流路样品中的硼溶液，其滴定原理与离线人工硼浓度滴定仪原理相同，采用酸酸滴定方式，避免由中子源硼浓度分析仪分析结果偏差较大引起误差。

（6）硅表。RCP-Ⅱ环连接有一台在线硅酸根分析仪，用于分析主系统的二氧化硅含量。

系统取样管线设计有回流管线到化学与容积控制系统的容积控制箱，电导率表、在线溶解氢浓度分析表和溶解氧浓度分析表的样品流入化学容积与控制系统；pH计、离子色谱仪、硅表、在线硼浓度监测表样品回收到核岛疏水排气系统，以减少废液产生量。

1.系统运行

系统正常运行方式为自动在线连续运行，在反应堆功率运行期间全部可用。同时，可根据机组不同工况，投用或关闭相应的测量流路，保证系统高效运转。不同流路样品分析，通过多位选择阀和控制系统，定期切换流路，在线仪表自动分析记录相应流路的样品并远程传至集散控制系统（Distribution Control System，简称DCS系统），进而在主控制室和化学信息管理系统中显示和记录、分析、诊断。

特殊运行方式下，如测量流路分析结果超标等异常情况，系统自动报警，且系统自动切换为单一流路分析，重复分析该流路样品，验证分析结果。

2.智能诊断系统与系统控制

在线分析仪器仪表分析结果通过DCS系统传输到主控制室，在主控制室直接读取仪器仪表分析结果，同时分析结果传输至化学信息管理系统软件，通过化学系统管理系统定期自动记录分析结果，显示分析结果趋势，软件人工智能诊断模块功能自动判断分析结果，异常情况报警，给出行动建议及纠正行动。如通过系统的在线硼浓度滴定仪自动分析一回路硼浓度，利用离子色谱仪自动分析一回路锂离子浓度，分析结果通过DCS传至主控制室和化学信息管理系统，通过化学信息管理系统硼-锂协调曲线管理模块，自动显示分析结果情况，并根据分析结果系统自动给出行动建议，反馈除锂或加锂，并自动计算除锂离子时间或加锂量。

四、结论

核电厂一回路水化学在线自动监测系统在线自动监测一回路的pH、电导率、阴离子、阳离子、溶解氢、溶解氧、可溶性硅含量和硼浓度等水化学指标，在化学监督中起着至关重要的作用，其准确性、稳定性决定着化学监督的可靠性和可信性。在线自动监测系统连续、及时的监测功能以及消除疏漏、虚报、主观误差与准确可靠的技术特点。同时，系统诊断功能提供的监测数据充分发挥作用，对水质质量有恶化的迹象或趋势进行预测，对可能发生的事故/事件进行预报，以及事故追忆并提示处理措施等指导性意见，系统已应用于国内某核电厂一回路水质在线自动监测，具有自动化、智能化、显著降低人工分析频率，减少人力干预等特点。