压水堆核电站一回路冷却剂溶解氢含量测定方法概述

杨威

摘要：核电站一回路冷却剂中溶解氢含量是重要的OTS（运行技术规范）参数。在核电站，共有在线溶解氢表、相分离-气相色谱法、热导式便携氢表、容控箱理论计算这四种方法。本文即对这四种测量方法的测量原理、使用优缺点进行概述。

关键词：一回路冷却剂；溶解氢；相分离；容控箱

1前言

一回路冷却剂在反应堆的强辐射条件下会分解，水辐照分解产生的强氧化性产物是引起一回路结构材料和设备腐蚀的主要原因之一，为降低水辐解生成的强氧化性产物的浓度，抑制水的辐解过程，通常采用向冷却剂中加H2的办法。在实际运行中，对于CPR1000的核电机组，使冷却剂中溶解氢含量在20～50mL／kgH20范围内， 一回路冷却剂中溶解氢含量是重要的OTS（运行技术规范）参数，在压水堆核电站，共有在线溶解氢表、相分离-气相色谱法、热导式便携氢表、容控箱理论计算这四种方法。机组正常运行期间，一回路冷却剂溶解氢含量的测量主要是通过在线溶解氢表的方式，当在线氢表不可用或在线表数据需要比对的时候，我们采用相分离-气相色谱法、热导式便携氢表以及容控箱理论计算这三种方法进行测量。

2在线溶解氢表

在线溶解氢表连接在一回路化学和容积控制系统除盐床入口，在线溶解氢表以法国阿海珐DH102-1型溶解氢表为例,其工作原理：

钯合金在吸收了水中的氢气后，其电阻值发生变化，由这种变化可以得出相应的氢气浓度。在钯合金被饱和后，必须令氢气释放，使钯合金“解析”后才能做下一次测量，所以，氢表只能作间断运行。

解析原理：通过取样介质在反电极上产生100mA的再生电流，此时在工作电极上产生的氧迅速与钯丝上吸附的氢结合从而实现再生的功能。反电极只参与再生，它不影响测量结果。

解析过程说明：解析时产生的电流直接影响到解析的效果。当电流小于100mA时，在工作电极上不能产生足够的氧把钯丝上的氢完全吸附，也就是说再生不够彻底。这种现象一般出现在机组的寿期末，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-锂协调图，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8μS/cm。当硼浓度继续下降时，一回路电导率也会随之下降低于8μS/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引起再生效果不好，从而引起测量误差。在现场判断解析的方法：如果按下再生按钮时氢表显示低于25cm3/kg，就说明再生电流值不够，需要进行再次再生；按下再生按钮一分钟后释放时，只有当指针能够达到5cm3/kg以下，才说明钯测量丝吸附的氢已经被充分解析。在经过1.5小时后读数，此时的读数才会认为是可信的、准确的。

3相分离-气相色谱法

相分离器工作原理.相分离器主要由脱气装置、取样器和氮气管线三部分组成，脱气装置由脱气器和滗析器串联组成，脱气器连接到一回路取样管线，通过控制进样三通阀和出口三通阀来完成样品循环，同时取到一定体积一定压力且具有代表性的一回路冷却剂样品。滗析器与可移动的真空取样器相连接，使系统压力降低，完成样品中气相与液相的初步分离，同时通过氮气鼓泡将脱气器液体中的溶解氢从液相中载带出来，通过氮气吹扫将分离出的氢气收集至取样器中，然后取下取样器用气相色谱进行分析，便可计算出样品中溶解氢的含量。

4热导式便携氢表

便携氢表以奥比菲亚（Orbisphere）3654型热导式溶解氢表为例， 3654型热导式分析仪表的测量探头是由气体扩散膜、电加热的热导芯片、吹扫管路及相关组件构成。气体扩散膜将热导芯片与样品隔开，在扩散膜和热导芯片之间有一段小的封闭空间，该空间被吹扫气周期性地充满。在每次吹扫结束后，被测量的氢气从样品中通过膜扩散进来然后与芯片接触，并改变了检测器周围气体的热导。因此，在一定的温度下样品中被测气体含量变化与热导的改变率成比例并反映到热导芯片的输出电压上，芯片上输出电压的改变量被测量出来，得出被测气体的浓度。该热导式溶氢分析仪采用双循环序列工作，在测量状态下该循环周期大约为20s，每次循环由一个4s的吹扫周期和一个16s的采样周期组成。吹扫周期中，吹扫气吹出先前的样品，并为下一次测量确立一个背景信号参考点（初始斜率）；采样周期中，样品中溶解的氢气透过扩散膜，引起芯片上热导的改变进而引起芯片的输出电压变化，结合温度探头的信号，仪器就可以计算出气体的浓度。

5容控箱理论计算方法

CPR1000核电机组采用向一回路化学和容积控制系统容控箱加入氢气的方法控制一回路溶解氢，容控箱运行参数如表1。

6结论

经过多年的运行实验对比，上述四种分析方法各有优缺点。各种分析方法优缺点对比见表2。

对比优缺点，机组正常运行期间，一回路冷却剂溶解氢含量的测量主要是通过在线溶解氢表的方式，当在线氢表不可用或在线表数据需要比对的时候，我们采用相分离-气相色谱法、热导式便携氢表以及容控箱理论计算这三种方法进行测量。endprint