曹刚
福建福清核电有限公司,福建 福清 350300
摘要：随着公众对核安全的关注和核安全的特殊性，对核电站的水质监管提出了更高的要求。由于一级水质指标信息具有时效性强、准确性高的特点，特别是对一级水质指标的预警预报和趋势分析，要求监测信息的快速、准确、实时采集和传输。但传统的人工采样分析工作量大、时间长，在采样送检过程中样品污染的可能性很大，无法实时了解一回路水质，系统能满足需要，准确、实时的测量和预报，导致了一次水化学在线自动监测系统的产生和发展。系统实时分析一回路的各项水化学指标，利用控制系统实时显示一回路水化学指标，利用数据分析系统分析趋势，利用智能诊断系统诊断系统状态和动作建议。
关键词：核电厂；一回路；水化学；在线自动监测；系统设计
1、系统介绍
1.设计思想
一个有效的核电站一回路化学在线自动监测系统应具有自动控制、实时监测和显示、远程传输和控制、异常报警、趋势分析、智能分析诊断、动作跟踪和建议等功能，并显著减少了人为干预。系统根据核电站一回路水的化学取样点和监测图像，自动选择采样点和自动分析，并将分析结果远程传输，系统控制软件自动保存分析结果，自动分析趋势和异常响应，做出智能判断并给出行动建议，建立良好的、有机的人机交互系统。
2、在线自动监测方案
一次水化学在线自动监测系统是以在线自动分析仪器为核心，采用远程自动控制技术、自动测量技术、传感器技术、计算机应用技术的综合在线自动监测系统，相关专用分析控制软件、智能诊断系统和通信网络。实施一回路水化学在线自动监测，可实现一回路水质的实时连续监测、远程监测和智能分析，及时掌握一回路系统水质变化状况，预警预报突发性灾害污染事故（如错误添加化学试剂、错误稀释硼浓度等），以及监督一级水质控制系统的执行情况。一次水化学在线自动监测系统实时监测效果最好，实现了一次回路水质的自动连续监测和数据远程自动传输，提高了监测效率和效率。当水质出现异常时，系统能自动响应报警，进行连续跟踪监测，掌握异常事件的发生、发展和终止过程，对预防和预测异常事件的发生或恶化具有重要作用。对提高化学监督水平，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，提高系统设备安全性，延长机组使用寿命，提高机组运行经济性具有重要意义。
核电站一回路化学在线自动监测系统包括采样接口系统、在线分析仪表、远程传输控制系统和化学分析控制软件。流程如图1所示。在线监测系统直接从核取样系统取样，通过多个取样选择阀流经在线仪表，通过控制系统自动切换样源进行分析，系统自动记录在线仪表的分析结果，并传送至核电站DCS。在线仪表显示结果在主控室直接读取。同时，将数据传输到化工信息管理系统，进行自动记录、趋势分析和智能诊断，并提供行动建议。用户可以通过硬件终端设备（如手机）实时查看在线仪器分析结果和系统状态。
图 1 核电厂一回路化学在线自动监测系统流程示意图
3、样品来源
在线自动监测系统的样品直接来自核取样系统。流体介质的温度、压力和流量能满足样品在线自动监测系统的要求。核取样系统超温超压保护装置可对一回路在线自动监测系统的在线仪表进行保护，有利于在线自动监测系统在线仪表的维护和维护。样品的主要来源有：主冷却剂系统一回路；主冷却剂系统二回路；余热排出系统换热器上游；余热排出系统下游换热器；化容控制系统上游净化；化学和容积控制系统净化下游。除在线自动监测外，系统还具有人工采样功能。另外，系统预留了备用接口，可根据实际情况或临时采样点进行扩展和分析。手动取样管线位于回流管线上，因此可随时提供具有代表性的样品。定期对在线仪表进行校准，并通过样品水回流管道的手动取样对仪器校准进行比较。
3、在线化学分析仪器仪表
核电站一回路水化学在线自动监测系统的在线仪表系统是系统的核心，包括pH计、电导率仪、双通道溶解氧/氢计、双通道离子色谱仪、硼浓度计和硅表。仪表连接系统的来源如下。
（1） PH计。RCP-Ⅰ环和RCP-Ⅱ环各1台，实时监测主系统pH值。使用标准pH缓冲液定期校准仪表。
（2）电导率仪。RCP-I环和RCP-II环各有一个电导率仪，用于实时监测电导率值。用电导率标准溶液定期校准仪表。
（3）双通道溶解氧/氢计。RCP-I回路设计有双通道溶解氧/溶解氢计，用于分析冷却剂中的溶解氧和溶解氢
（4）双通道离子色谱仪。RCP-I环、RCP-II环、RRA换热器上游、RRA换热器下游、RCA换热器上游、RCV净化上游和RCV净化下游共用一台双通道离子色谱仪。六个通道的样品通过多个选样阀，并定期分析每个流道中样品的阴、阳离子含量。
（5）硼浓度滴定仪。RCP-Ⅱ环共用一个在线硼浓度滴定仪，位于RRA换热器上游和RCV净化上游。通过多位置选择阀的定期切换，分析每个流道样品中的硼溶液。滴定原理与离线手动硼浓度滴定仪相同。为避免中子源硼浓度分析仪分析结果偏差过大而引起的误差，采用了酸-酸滴定法。
（6）硅表。II型环与在线二氧化硅分析仪相连，用于分析主系统的二氧化硅含量。系统的取样管线设计有回流管线至化容控制系统的容积控制箱。电导率仪、在线溶解氢浓度分析仪和溶解氧浓度分析仪的样品流入化学容积和控制系统；pH计、离子色谱仪的样品，硅表和在线硼浓度监测仪回收到核岛排水和排气系统，以减少废液量。
3.1系统运行
系统正常运行方式为自动在线连续运行，可在反应堆功率运行时使用。同时，根据机组的不同工况，可以投入或关闭相应的测量流道，以保证系统的高效运行。对于不同流道的样品分析，采用多位置选择阀和控制系统定期切换流道。在线仪表自动分析、记录相应流程的样品，送至集散控制系统（简称DCS系统），在主控室和化工信息管理系统中进行显示、记录、分析和诊断。
在特殊操作模式下，如测量流道分析结果超标等异常情况，系统自动报警，系统自动切换到单流道分析，对流道样本重复分析，并对分析结果进行验证。
3.2.智能诊断系统与系统控制
在线分析仪表的分析结果通过DCS系统传送到主控室，分析结果在主控室直接读取，同时分析结果传送到化工信息管理系统软件。分析结果通过化学系统管理系统自动记录，并显示分析结果的趋势。软件人工智能诊断模块的功能可以自动判断分析结果和异常报警情况，给出行动建议和纠正措施。例如，系统在线硼浓度滴定仪自动分析一回路中的硼浓度，离子色谱仪自动分析一回路中的锂离子浓度。分析结果通过DCS传输到主控室和化工信息管理系统。化学信息管理系统的硼锂配位曲线管理模块可自动显示分析结果，系统根据分析结果自动给出行动计划，反馈除锂或加锂，并自动计算锂离子去除时间或锂含量。
4结论
核电站一回路水化学在线自动监测系统在化学监督中起着重要作用，其准确性和稳定性决定了化学监督的可靠性和可靠性。在线自动监测系统具有连续、及时的监测功能和消除漏报、虚报、主观误差、准确可靠的技术特点。同时，系统诊断功能提供的监测数据能充分发挥监测数据的作用，预测水质恶化的迹象或趋势，预测可能发生的事故/事件，回忆事故，提示处理措施。该系统已应用于我国某核电站一回路水质在线自动监测，实现了自动化、智能化，大大降低了人力资源的工作频率分析，减少了人为干预。
参考文献：
[1]马明泽.压水堆核电厂化学管理[M].北京:原子能出版社,2010,18-19.
[2]杨兰和.CP600压水堆核电厂腐蚀防护[M].北京:中国原子能出版传媒有限公司,2011,20-22.
[3]朱岩.离子色谱仪器[M].北京:化学工业出版社,2007.