1、恰希玛 C2 核电站硼浓度监测仪的标定及测量误差分析摘要：本文简单介绍了硼浓度监测仪的工作原理，详细说明了恰希玛 C2 核电站硼浓度监测仪的标定方法，并对 C2 核电站装料期间硼浓度监测仪产生的测量误差进行分析，排除了系统本身、外界环境以及运行工况所产生误差的可能性，最终判断测量误差的产生为系统标定时带入。关键词：C2 核电站 硼浓度 标定 测量误差 中图分类号：TM623 文献标识码：A 文章编号： 1 概述 压水堆核电站核功率的调节是通过控制棒和硼酸浓度的调节来实现的，一回路中对于硼酸浓度的监测是一项非常重要的工作。硼酸中的 10B对于热中子有很大的吸收截面，硼浓度监测仪利用一个中子源，使
2、其照射下泄流管道中的含硼水，中子穿过硼水到达探测器，通过测量中子的计数率来推算硼浓度。 中子计数率 n 与硼浓度 P 有如下关系： （1） 其中 n0 是无硼时的计数率，P 为硼浓度，k 是与系统和硼的反应截面有关的常数。对该公式进行泰勒级数展开并省略三阶以上的高阶项，得到二阶公式如下： （2） 令 A=，B=,C=, 公式（2）转换为： (3) 对于硼浓度监测仪的标定，就是确定公式中 A,B,C 三个参数的值。 恰希玛核电站 2 号机组（以下简称 C2 项目）硼浓度监测仪采用在线式测量方法，通过监测化容系统下泄流管道硼浓度的方式来测量反应堆中的硼浓度。系统主要由探测装置、测量装置和标定装置组
3、成，系统组成如图一。 图一 硼浓度监测仪系统流程图 2 硼浓度监测仪的标定 对仪器标定前需要对仪器的最佳工作高压和甄别阈值进行选择。仪器的工作点确立后，可配置不同浓度的硼酸溶液读出系统的相对应中子计数率的方法确立上述公式（3）中的 A、B、C 的值。 2.1 系统高压值选择 管道回路中充满零硼除盐水，投入系统运行，设定系统甄别阈值为0.6V，改变高压值，并记录探测器的计数率。现场测量数据如下： 根据以上数据绘制高压坪曲线： 分析高压坪曲线，可得高压坪范围为 16301779V。高压工作点的选择一般在坪的 1/3 处，这样使得高压尽量小一点，同时又可使高压远离放电区，保证系统稳定性。对于该系统，
4、选择高压工作点为 1679.5V。 2.2 系统甄别阈选择 回路管道中充满零硼除盐水，投入硼浓度监测仪运行，设定系统高压值为 1679.5V，改变仪表甄别阈，并记录探测器的计数率。现场测量数据如下： 对数据进行处理，绘制甄别阈曲线 从曲线可以看出，甄别阈在 0.4V 以上就可以消除系统噪声，为系统测量稳定考虑，选择甄别阈工作点在 0.6V。 2.3 系统标定 设定系统高压 1679.5V，甄别阈 0.6V，将管道与探测装置安装到位后，改变管道中硼酸的浓度并读出相应中子计数率的方法对系统进行标定，此时对硼酸的测量采用滴定法得出数据。 绘制曲线图如下 为了减小系统测量的误差，对上图的曲线分两段进行
5、分析，以 1000 mg/L 为分界点，1000 mg/L 以下的曲线参数定义为 A1、B1、C1; 1000 mg/L 以上的曲线参数定义为 A2、B2、C2。通过最小二乘法拟合曲线后，得到参数如下： A1=-4.9962027E-12; B1=2.1118923E-8; C1=7.8696365E-5 A2=-2.1004405E-12; B2=1.5992697E-8; C2=8.0998354E-5. 3 误差分析 C2 项目装料允许的一项前提条件是一回路硼酸浓度需达到2000mg/L，当硼浓度监测仪测量数据为 2000mg/L 时，通过实验室仪表测得一回路水中的硼酸浓度却小于 200
6、0mg/L，达不到装料的要求。通过数据比较，硼浓度监测仪的误差超过+3%，达不到仪表2%的测量精度要求。3.1 硼浓度监测仪测量误差产生的可能性原因分析 从现场环境、仪器本身特点、反应堆实际运行工况和秦山一期核电站硼浓度监测仪运行经验来看，会引起硼浓度监测仪测量误差的因素有以下几点： * 仪器本身工作点的漂移； * 硼酸溶液温度的影响； * 中子探测器周围 射线的影响； *11B 的影响； * 环境湿度影响； * 中子源强度衰变的影响 * 标定误差影响。 3.2 误差因素的排除 以上因素对于误差的影响不一样，哪个因素是影响当时工况下测量精度的主导原因，可以通过进一步分析得出结果。 3.2.1
7、仪器工作点漂移因素的排除 仪器的高压值与甄别阈值是影响探测器计数率的关键因素，如果两者出现定值漂移，则对实际的硼浓度的监测将会产生较大的影响。通过现场仪器运行参数的检查，发现仪器的高压值和甄别阈值与之前设定的值无变化，仪器的工作点没有漂移。该因素可排除。 3.2.2 硼酸溶液温度因素的排除 温度对硼浓度测量影响很大。当温度升高时，硼水密度减小，单位体积内的硼的核子数相应减小，导致吸收中子的数量减少，对硼浓度的最终测量结果造成影响。 硼浓度监测仪标定时是在常温下进行，装料前的工况为一回路还未升温升压，硼水处于常温状态，这与标定时的水温相同。因此，对于温度因素的影响，在此也可排除。 3.2.3 射
8、线因素的排除 硼浓度监测仪探测器周围如果存在高能 射线，使得探测器产生高于甄别阈值的脉冲信号，则系统也会将该计数归入中子计数率，从而对测量结果产生影响。 按照当时工况，一回路水中并未含有放射性物质；探测器周围检查也未发现有射线探伤之类的作业。因此对于 射线的影响也可排除。 3.2.411B 影响的排除 天然硼酸中含有 10B 和 11B 两种同位素，10B 非常容易吸收热中子，而 11B 几乎不吸收中子。利用中子吸收法进行硼浓度的监测，主要是 10B起作用；而用化学滴定法对于硼酸浓度的测量则包含了 10B 和 11B 的总量。 实际上，在系统标定时，使用的也是滴定法对硼酸浓度进行标准测量，因此
9、对于 11B 的影响已经包含在了标定的结果中，最终参数的确立也已经考虑了 11B 的影响。另外， C2 项目现场还未装料，反应堆未运行，10B 也没有消耗，一回路水中的 10B 和 11B 的各自比例保持基本不变。通过以上分析，11B 对于误差的影响也可以排除在外。 3.2.5 环境湿度因素的排除 硼浓度监测仪采用的是脉冲信号的采集方式，如果环境湿度高，系统超过一千伏的高压很容易通过潮湿空气放电，形成的漏电流通过电子学部分的放大电路而对系统产生扰动，从而对测量结果产生影响。 C2 项目所在地天气炎热干燥，湿度低，不存在漏电流产生的客观条件。因此湿度因素的影响可排除。 3.2.6 中子源强度因素
10、的排除 中子源采用的是 Am-Be 源，半衰期长达 432 年，衰减一年，其强度变化也不超过 0.2%。C2 项目现场硼浓度监测仪标定结束到装料开始的间隔很短，因此对于中子源强度的衰变也可忽略。 4 误差产生的原因定位 通过对硼浓度监测仪仪表特点、实际运行工况以及周围环境因素的分析，影响硼浓度测量准确度的因素被一一排除。硼浓度监测仪测量误差产生的最大原因可判断出为标定过程中带入的误差。从实际标定时的过程来看，以下两种情况最容易被忽视，也最有可能带入误差： *硼酸滴定时用的是玻璃器皿对溶液进行取样，该玻璃器皿循环使用，如前一次取样后未清洗干净，玻璃杯壁上残留硼酸溶液会对下一次的滴定结果产生较大影
11、响。 *系统标定时是按照浓度从高至低的顺序进行。前一次标定完成后，在系统标定管路中加入除盐水来稀释硼酸溶液。若加入除盐水后，管路循环不充分，导致硼酸在循环管路中的浓度不均，也会对标定结果产生影响。 5 结语 硼浓度监测仪标定时人为的细小疏忽，都有可能造成实际测量误差的产生。虽然系统误差可以通过设备自带的参数修正值进行测量值的修正，但是通过该修正方法，随着反应堆运行，其测量误差又会逐渐增大。能减小该测量误差的产生，最理想的方法还是通过精益求精的实施细节，获得更准确的标定参数。在对硼浓度取样时，可以用两组玻璃器皿在间隔一时间段后分两次对同一硼酸溶液进行取样，如果两次的测量结果接近，我们可认为取样结果有效。 随着反应堆运行工况的改变，影响误差产生的主导因素也可能会改变。对于硼浓度监测仪误差的定位，不但要分析仪表本身的工作原理及特点，还有必要分析工艺系统及反应堆的实际运行工况。 参考文献： 1卢才华、饶贤明、庄昀.压水堆核电站一回路硼浓度监测.核电子学与探测技术，2004，24（3） 2张文杰.硼浓度测量技术研究.核电子学与探测技术，2007，27（5） 3鲍克勤.硼水浓度的测量及硼表的标定方法.动力工程，1998，18（5）
