不同工况下TEP蒸发器V0/V值设置的研究
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摘 要：蒸发单元是TEP硼回收系统的一个重要组成部分。确定正确的V0/V值，直接关系到能否通过蒸发得到硼浓度符合标准的浓缩液。本文就正常工况下TEP蒸发器V0/V的计算原理，跳机后V0/V的重新设置以及根据化验结果计算出V0值为负值时的情况进行了研究，得到了不同工况下如何能够正确地计算出tep蒸发器v0V值，为调试、运行工作提供理论指导。
关键词：TEP；蒸发器；V0/V值
中图分类号：TB61 文献标识码：A
1 概述
1.1 TEP概述
TEP为硼回收系统的简称。作为核电站三废系统中最重要的一个系统，其系统功能包括：
（1）接收来自核岛疏水和排气系统（RPE）的一回路含氢冷却剂，为反应堆冷却剂排水提供足够的贮存容积。
（2）处理收集的废液并分离为水和硼酸，以供一回路复用。
（3）在反应堆运行寿期末，接收化学和容积控制系统（RCV）的下泄流，直接除硼。
（4）换料停堆前对一回路冷却剂除气。
1.2 TEP蒸发单元概述
TEP由净化、硼/水分离和除硼三部分组成。蒸发装置属于硼/水分离部分，用于将经过净化处理后的废液进行硼水分离，得到含硼量（≤5ppm）的蒸馏液和硼浓度为7000～7700ppm的浓硼酸。合格的浓硼酸和蒸馏液送往REA系统作为硼和水的补给。
2 不同工况下TEP蒸发器V0V值的设置
2.1 TEP蒸发器V0/V的计算原理
在硼水分离过程中，蒸馏液和浓缩液的排放是交替进行的，为了得到硼浓度符合标准的浓缩液，要经过计算得到蒸发器的V0V值。
TEP蒸发器V0/V的计算公式是基于硼酸质量守恒的原理推导出来的，在推导过程中，做如下几种假设：
（1）蒸发回路中所含废液的体积保持不变，为1500L。
（2）在排放蒸馏液（浓缩液）的过程中，同时有废液流入蒸发回路，且所排放的蒸馏液（浓缩液）的体积与从中间储槽流入蒸发回路中的废液体积相等。
（3）在排放蒸馏液（浓缩液）的过程中，蒸发回路中的硼浓度成线性变化。
（4）排放蒸馏液和浓缩液是交替连续进行的，忽略阀门开、闭以及浓缩液冷却时间等。
在推导过程中用到的参数定义如下：
蒸发装置回路的容积：Vt=1500L
每次排放的浓缩液容积：W=250L
每次排放的浓缩液的平均硼浓度：Ce=7200ppm
V0：首次排放的蒸馏液体积（L）
V：正常排放蒸馏液的体积（L）
C0：蒸发器环路中的硼浓度（等于中间储槽内液体的硼浓度）（ppm）
由图1可知：
从T0到T1，开始第一次排放蒸馏液，蒸发器回路中的硼浓度从C0升高到Cmax，到达T1时，排放蒸馏液体积为V0，在这段时间内，蒸发回路中硼含量的变化值为Vt（Cmax-C0），从中间储槽流入到蒸发回路中的硼含量为V0C0，根据硼的质量守恒得到等式（1）
Vt（Cmax-C0）=V0 C0 （1）
Cmax=Ce+1/2C
Cmin=Ce-1/2C
由式（1）可以得到V0=Vt（Cmax-C0）/C0
从T1到T2，开始排放浓缩液，蒸发器回路中的硼浓度从Cmax下降到Cmin，到达T2，排放浓缩液的体积为W，在这段时间内，蒸发器回路中硼含量的变化值为Vt（Cmax-Cmin）=VtC，排放的浓缩液中硼含量为W Ce，从中间储槽流入蒸发器回路中的硼含量为W C0，根据硼的质量守恒得到等式（2）
VtC=WCe-WC0=W（Ce-C0） （2）
由式（2）可以得到C=W（Ce-C0）/Vt
从T2到T3，开始正常排放蒸馏液，蒸发器回路中的硼浓度从Cmin升高到Cmax，到达T3时，排放蒸馏液体积为V，在这段时间内，蒸发回路中硼含量的变化值为Vt（Cmax-Cmin）=VtC，从中间储槽流入到蒸发回路中的硼含量为V C0，根据硼的质量守恒得到等式（3）
Vt（Cmax-Cmin）=VC0 （3）
由式（3）可以得到V=Vt（Cmax-Cmin）/C0=VtC/C0=W（Ce-C0）/C0。
根据式（1）～（3）便可以求出V0和V值，通过计数器（501QD和503QD/502QD和504QD）分别设置V0和V值，从而得到符合要求的蒸馏液和浓缩液。
2.2 跳机后V0/V的重新设置
试验当中，由于诸多原因，比如堵泵现象的发生，阀门无法正常开闭等，会发生跳机现象或手动停止试验。待问题得到解决后，需要对V0/V值进行重新设定。
按照系统设计手册规定，一旦发生跳机的状况后，需要将蒸发器内的液体排空，待然后再按照正常的情况从状态0走到状态5。这样费时费力，经过我们分析，不难发现，在发生跳机后，在状态3时重新测定蒸发器环路中的硼浓度（C）和中间储槽内的硼浓度（C0），通过计算，便可直接由状态3按照硼浓度守恒可以推导出
V0=Vt（Cmax-C）/C0 （4）
C=W（Ce-C0）/Vt （5）
V=W（Ce-C0）/C0 （6）
此外，上述计算公式还适用于以下几种情况。
（1）中间储槽切罐，例如当002BA内的废液处理完毕后，需要接着处理003 BA（004BA）内废液后，只要重新测定003 BA（004BA）内废液内的硼浓度（C0）和此时蒸发回路中的硼浓度（C），便可由公式（4）～（6）计算出V0/V值。
2.3 根据化验结果计算出V0值为负值
根据公式（4）V0=Vt（Cmax-C）/C0，如果蒸发回路原来的硼浓度C偏高，即C>Cmax时，则计算出V0为负值。由于我们不同通过稀释的方法将蒸发装置内的硼酸浓度降下来，而且通过状态8进行排液的操作比较繁琐，需要经过较长的冷却时间，可行性不大。此时，我们将V0/V值设置为较小的正值，例如10L，在状态4时，将蒸发器内的高浓度硼酸（250L）排到007BA，同时，从中间储槽002BA中进料250L，实现对蒸发器内高浓度硼酸的稀释。由于蒸发回路的容积为1500L，每次排放的浓缩液体积为250L，经过6次排放后蒸发回路中的硼浓度便降了下来，然后将蒸发器重新启动到状态“3”，重新化验计算V0、V值，如果V0>0，则可进行蒸发处理工作。
例：C=10698ppm，C0=316ppm，Ce=7200ppm，Vt=1500L
则根据公式（5）计算得到C=1147ppm，进而得到Cmax=7774ppm
根据公式（4），计算得到V0=-13881
将V0/V值均设置为10L，W设置为250L，计算每次循环后的Cmax、C、Cmin和Ce值。
从T0到T1，开始第一次排放蒸馏液，蒸发器回路中的硼浓度从C升高到Cmax1，到达T1时，排放蒸馏液体积为V0。在这段时间内，蒸发回路中硼含量的变化值为Vt（Cmax1-C），从中间储槽流入到蒸发回路中的硼含量为V0C0，根据硼的质量守恒得到等式（7）
Vt（Cmax1-C）= V0 C0 （7）
由式（7）可以得到Cmax1=（V0 C0+ Vt C）/Vt
从T1到T2，开始排放浓缩液，蒸发器回路中的硼浓度从Cmax1下降到Cmin1，到达T2，排放浓缩液的体积为W。在这段时间内，蒸发器回路中硼含量的变化值为Vt（Cmax1-Cmin1）=VtC1，排放的浓缩液中硼含量为W Ce1，从中间储槽流入蒸发器回路中的硼含量为W C0，根据硼的质量守恒得到等式（8）
VtC1=W Ce1-W C0=W（Ce1- C0） （8）
又Ce1= Cmax1-1/2C1，代入式（8）后，得到式（9）
C1=W（Cmax1-C0）/（Vt+1/2W） （9）
进一步计算得到Cmin1和Ce1；
从T2到T3，开始排放蒸馏液，蒸发器回路中的硼浓度从Cmin1升高到Cmax2，到达T3时，排放蒸馏液体积为V。在这段时间内，蒸发回路中硼含量的变化值为Vt（Cmax2-Cmin1），从中间储槽流入到蒸发回路中的硼含量为VC0，根据硼的质量守恒得到等式（10）
Vt（Cmax2-Cmin1）=VC0 （10）
由式（10）可以得到Cmax2=（V0C0+VtC min1）/Vt
同样，对T3到T4直到T12利用硼守恒，逐步计算，便可求出每次循环后的Cmax、C、Cmin和Ce值。结果下表1所示。
由表1可以知道，经过6次排放后蒸发回路中的硼浓度降低到4134ppm，然后将蒸发器重新启动到状态“3”，重新化验计算V0、V值，则可进行蒸发处理工作。
3 结论
在TEP硼回收系统的蒸发单元中，确定正确的V0/V值将对浓缩液的硼浓度产生重要的影响。硼浓度过高，将会导致硼结晶，出现管道堵塞等问题。硼浓度过低，无法满足REA硼和水补给系统的需求。本文就蒸发器V0/V值的计算原理，跳机后V0/V的重新设置以及根据化验结果计算出V0值为负值时的情况进行了讨论，给出了各种工况下如何正确地计算出V0/V值，从而进行正常的蒸发处理工作，为调试、运行工作提供理论指导。
参考文献
[1]石雷，9TEP002EV硼浓度升高的一级分析[Z].
[2]胡雅惠，9TEP007BA硼浓度偏高的一级分析[Z].