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摘要：目前国内的M310机组的硼和水补给系统（REA）中补给水箱使用浮顶装置，而“华龙一号”硼和水补给系统（RBM）中的补给水箱仍沿用M310机组的浮顶装置，浮顶周围的薄膜套以除盐水进行对补给水箱顶部进行密封和润滑。该方案在设计上基本没有变更，导致在机组的调试、运行和维修过程中，补给水箱中的除盐除氧水非常容易不合格，本文就“华龙一号”补给水箱的设计和水质问题进行分析和讨论，并给出对应的改进方案，以求在经济性、安全性和创新性上都能满足调试、运行和维修的要求。
关键词：补给水箱;浮顶装置;薄膜套;除盐除氧水
引言
“华龙一号”反应堆硼和水补给系统（RBM）的补给水箱顶部现方案为安装浮顶装置， 沿用M310机组的硼和水补给系统（REA）的设计方案，但是根据以往的调试、运行和维修经验，补给水箱浮顶装置的设计方案容易使补给水箱内的除盐除氧水不合格，导致补给水箱需多次充水和排水，耗费大量的除盐除氧水的同时，还容易成为推动机组状态的制约因素，本文就“华龙一号”补给水箱的设计方案进行讨论，并尝试给出对应的改进方案，以求在经济性、安全性和创新性上更好地满足调试、运行和维修的要求。
1 “华龙一号”补给水箱现设计方案
“華龙一号”反应堆硼和水补给系统（RBM）的补给水箱顶部现方案为安装浮顶装置， 以减少和氧气以及微生物接触，正常运行时随着水位的变化而上下移动，浮顶的周围的薄膜套以除盐除氧水进行密封和润滑， 密封膜必须保证不能含卤素化合物，从而控制反应堆硼和水补给系统的除盐除氧水水质.同时，浮顶上部设置了一条溢流管线和两条排气管线，溢流管线的作用是防止水位过高，两条排气管线的作用是防止浮顶和除盐除氧水接触面形成气空间或存在负压的情况，浮顶装置还设有探测倾斜角度并将信号送至主控室产生报警的仪表，同时补给水箱目视液位计的指示滑块与浮顶装置连接，目视液位计的指示滑块随浮顶装置的上下移动而移动，从而测量补给水箱液位，如图1所示。
2 “华龙一号”补给水箱改进方案
改进方案中使用与筒体相同材料的上部封头进行密封，删除浮顶装置和对应的溢流管线和排气管线，为减少和空气以及微生物接触，补给水箱使用氮气覆盖保持正压，增加内径为33.4mm的氮气供应管线和对应的氮气排气管线，同时在氮气相关管线上增加气动阀、手动截止阀、逆止阀和安全阀等，还设置压力变送器以检测补给水箱的上部气体空间压力和箱体试压接口盲板，如图2所示。
3 改进方案的经济性提升分析
3.1 经验反馈
根据福清核电M310机组的调试和运行经验反馈，补给水箱浮顶上部表面容易累计大量的粉尘，浮顶随着补给水箱水位上下移动，在水位较低时，补给水箱内壁容易和空气的粉尘接触，粉尘也十分容易附着在补给水箱内壁，待水位上升，附着的粉尘就溶解在除盐除氧水中，容易导致补给水箱中的除盐除氧水中钠、硅等元素超标。福清核电某机组在调试阶段曾因一个补给水箱的除盐除氧水水质不合格，连续进行9次排空并充水的操作，耗费大量的除盐除氧水和工时，且成为制约冷试的条件，后续进入运行阶段也出现类似的问题，成为制约机组状态往上提升的条件。以目前华龙一号的补给水箱总有效容积410m3来计算每次换除盐除氧水的成本，再乘以目前制备除盐除氧水的成本600元/m3，每次换水需要浪费约246000元成本，而这还仅仅是一个补给水箱每次的换水成本，如果两个补给水箱的水质出现问题或需要多次排空并充水的操作，那么这个成本还需要以倍数增加。
如果采用改进方案使用上封头作为补给水箱的顶部密封件，那么可以很好地和外部厂房环境隔绝，内壁粉尘的问题可以从根本上解决，从而达到防患于未然的效果，减少以后的调试、运行以及维修清洁成本。
3.2 从根本上杜绝浮顶装置材料的污染
浮顶薄膜套与补给水箱内壁可能出现摩擦不均匀而导致浮顶倾斜的情况，该情况在福清核电M310机组的调试和运行期间出现过多次，出现这种情况后，进入机组长期运行状态后有可能进一步加大摩擦并出现磨损，出现磨损后会产生不能溶于水体的苯乙烯，如果因换水需要最终排出到厂房外的自然环境或未换水后注入反应堆冷却剂系统中，那对自然环境和主回路也是一种轻微污染。同时，出现磨损后浮顶薄膜套的密封性将会被破坏，用以密封和润滑薄膜套的除盐除氧水会直接漏入到补给水箱中，该部分除盐除氧水长期和空气接触，水质难以保证，薄膜套密封性破坏后漏入补给水箱会对水箱内的除盐除氧水造成污染.根据“华龙一号”某机组的安装经验反馈，浮顶薄膜套的密封性试验出现过不合格的情况，即在浮顶薄膜套在没有磨损的情况下，用以密封和润滑浮顶薄膜套的除盐除氧水还是可能会漏入到补给水箱中，这一问题说明浮顶薄膜套的密封性问题还需慎重考虑。
如果采用改进方案不再使用浮顶，那么不存在这苯乙烯杂质进入自然环境或主回路的情况，能从根源上杜绝补给水箱产生苯乙烯的风险。同时，不用再考虑浮顶薄膜套的密封性问题和密封性破坏后造成的水质污染问题，这说明改进方案有利于减少补给水箱换水和维修清洁等方面的成本。
3.3 不足之处
从设备增减和设计成本上对比，改进方案不再使用浮顶装置而使用上封头，同时删除了探测倾斜产生报警的仪表和与浮顶相连的使用滑块指示的目视液位计，这一部分简化了设计并减少设备成本。但是，改进方案增加了氮气供应管线和排气管线和对应的增加了气动阀、手动截止阀、逆止阀、安全阀、压力变送器力和箱体试压接口盲板等，这一部分增加了设备和设计成本，是该方案的不足之处，故这一点还需慎重考虑。
4 改进方案安全性和创新性提升分析
4.1 安全性分析
安全性分析：一、删除补给水箱浮顶而采用上封头的设计可以消除补给水箱浮顶倾斜而导致磨损的风险;二、增加氮气供应管线和排气管线，可以确保补给水箱上部空间覆盖氮气且保持微正压，不与空气接触以隔绝微生物，同时防止出现因补给水箱内部负压而坍塌的情况;三、删除补给水箱浮顶而采用上封头的设计对自然环境和主回路都是一种环境友好设计，从设计上消除引入苯乙烯而污染自然环境或主回路的风险，更好地保证环境安全。 4.2 创新性提升分析
创新性提升分析：一、从功能上对比，改进方案能更好地實现隔绝空气和微生物的功能，因为使用了与筒体焊接连接的上封头和氮气覆盖设计，该设计可以消除外界粉尘对水质造成污染的问题，同时改进方案可从根源上消除苯乙烯杂质污染或水质难以保证的除盐除氧水漏入补给水箱的问题;二、从操作的便利性上对比，改进方案更利于调试人员和运行人员的操作，不用在调试和运行期间从补给水箱上部的钢格栅平台爬下到浮顶装置进行现场操作，避免高空坠落的人员伤亡风险。同时，调试人员和操作人员为补给水箱供气只需要在现场操作一个手动截止阀，排气时只需要在主控室打开气动阀和在现场打开一个手动截止阀，操作较为简易。三、从维护的便利上对比，改进方案不需要对补给水箱顶部进行大量的维修检查工作和清洁工作，节约了大量的维修和清洁工时;四、从系统流程上对比，改进方案需要增加与核岛氮气分配系统（RND）和核岛疏水排气系统（RVD）接口，这需要保证足够的氮气供应量和合适排气位置，而这需要进一步考虑;五、该方案的创新并非没有基础，而是参考自辅助给水系统（TFA）的辅助给水冷凝水贮存箱以及反应堆硼和水补给系统（RBM）的硼酸贮存箱的设计，同时根据以往M310机组的调试和运行经验，即辅助给水冷凝水贮存箱和硼酸贮存箱在设计上都需要隔绝空气和微生物，同时箱体上部用氮气覆盖保持正压，而从以往M310机组的调试和运行经验来看，辅助给水冷凝水贮存箱和硼酸贮存箱的设计可以很好地保证除盐除氧水水质或硼酸的质量，同时能确保箱体内部的清洁，即使水质出现不合格的情况（例：辅助给水冷凝水贮存箱），大多数情况下只需要进行一次换水操作就能解决水质问题，无需重复换水，这表明改进方案是有厚实的设计基础和良好的应用效果的。
5 结论
从设计和核电厂应用的层面上看，补给水箱顶部使用浮顶的设计在M310机组中已使用多年，但核电厂的应用效果并不理想。同时，核电厂的大多数箱体已很少采用这种设计，如AP1000的类似箱体已取消上部浮顶式设计，倾向于使用氮气覆盖。综上，补给水箱浮顶所起到的作用不明显而又容易带来水质不合格的问题，所以有必要去改进该设计，尽量做到精益求精，更能满足核电厂实际的调试、运行和维修清洁等需要。
参考文献：
[1] 侯婷. 反应堆硼和水补给系统第10章
关键词：补给水箱;浮顶装置;薄膜套;除盐除氧水
引言
“华龙一号”反应堆硼和水补给系统（RBM）的补给水箱顶部现方案为安装浮顶装置， 沿用M310机组的硼和水补给系统（REA）的设计方案，但是根据以往的调试、运行和维修经验，补给水箱浮顶装置的设计方案容易使补给水箱内的除盐除氧水不合格，导致补给水箱需多次充水和排水，耗费大量的除盐除氧水的同时，还容易成为推动机组状态的制约因素，本文就“华龙一号”补给水箱的设计方案进行讨论，并尝试给出对应的改进方案，以求在经济性、安全性和创新性上更好地满足调试、运行和维修的要求。
1 “华龙一号”补给水箱现设计方案
“華龙一号”反应堆硼和水补给系统（RBM）的补给水箱顶部现方案为安装浮顶装置， 以减少和氧气以及微生物接触，正常运行时随着水位的变化而上下移动，浮顶的周围的薄膜套以除盐除氧水进行密封和润滑， 密封膜必须保证不能含卤素化合物，从而控制反应堆硼和水补给系统的除盐除氧水水质.同时，浮顶上部设置了一条溢流管线和两条排气管线，溢流管线的作用是防止水位过高，两条排气管线的作用是防止浮顶和除盐除氧水接触面形成气空间或存在负压的情况，浮顶装置还设有探测倾斜角度并将信号送至主控室产生报警的仪表，同时补给水箱目视液位计的指示滑块与浮顶装置连接，目视液位计的指示滑块随浮顶装置的上下移动而移动，从而测量补给水箱液位，如图1所示。
2 “华龙一号”补给水箱改进方案
改进方案中使用与筒体相同材料的上部封头进行密封，删除浮顶装置和对应的溢流管线和排气管线，为减少和空气以及微生物接触，补给水箱使用氮气覆盖保持正压，增加内径为33.4mm的氮气供应管线和对应的氮气排气管线，同时在氮气相关管线上增加气动阀、手动截止阀、逆止阀和安全阀等，还设置压力变送器以检测补给水箱的上部气体空间压力和箱体试压接口盲板，如图2所示。
3 改进方案的经济性提升分析
3.1 经验反馈
根据福清核电M310机组的调试和运行经验反馈，补给水箱浮顶上部表面容易累计大量的粉尘，浮顶随着补给水箱水位上下移动，在水位较低时，补给水箱内壁容易和空气的粉尘接触，粉尘也十分容易附着在补给水箱内壁，待水位上升，附着的粉尘就溶解在除盐除氧水中，容易导致补给水箱中的除盐除氧水中钠、硅等元素超标。福清核电某机组在调试阶段曾因一个补给水箱的除盐除氧水水质不合格，连续进行9次排空并充水的操作，耗费大量的除盐除氧水和工时，且成为制约冷试的条件，后续进入运行阶段也出现类似的问题，成为制约机组状态往上提升的条件。以目前华龙一号的补给水箱总有效容积410m3来计算每次换除盐除氧水的成本，再乘以目前制备除盐除氧水的成本600元/m3，每次换水需要浪费约246000元成本，而这还仅仅是一个补给水箱每次的换水成本，如果两个补给水箱的水质出现问题或需要多次排空并充水的操作，那么这个成本还需要以倍数增加。
如果采用改进方案使用上封头作为补给水箱的顶部密封件，那么可以很好地和外部厂房环境隔绝，内壁粉尘的问题可以从根本上解决，从而达到防患于未然的效果，减少以后的调试、运行以及维修清洁成本。
3.2 从根本上杜绝浮顶装置材料的污染
浮顶薄膜套与补给水箱内壁可能出现摩擦不均匀而导致浮顶倾斜的情况，该情况在福清核电M310机组的调试和运行期间出现过多次，出现这种情况后，进入机组长期运行状态后有可能进一步加大摩擦并出现磨损，出现磨损后会产生不能溶于水体的苯乙烯，如果因换水需要最终排出到厂房外的自然环境或未换水后注入反应堆冷却剂系统中，那对自然环境和主回路也是一种轻微污染。同时，出现磨损后浮顶薄膜套的密封性将会被破坏，用以密封和润滑薄膜套的除盐除氧水会直接漏入到补给水箱中，该部分除盐除氧水长期和空气接触，水质难以保证，薄膜套密封性破坏后漏入补给水箱会对水箱内的除盐除氧水造成污染.根据“华龙一号”某机组的安装经验反馈，浮顶薄膜套的密封性试验出现过不合格的情况，即在浮顶薄膜套在没有磨损的情况下，用以密封和润滑浮顶薄膜套的除盐除氧水还是可能会漏入到补给水箱中，这一问题说明浮顶薄膜套的密封性问题还需慎重考虑。
如果采用改进方案不再使用浮顶，那么不存在这苯乙烯杂质进入自然环境或主回路的情况，能从根源上杜绝补给水箱产生苯乙烯的风险。同时，不用再考虑浮顶薄膜套的密封性问题和密封性破坏后造成的水质污染问题，这说明改进方案有利于减少补给水箱换水和维修清洁等方面的成本。
3.3 不足之处
从设备增减和设计成本上对比，改进方案不再使用浮顶装置而使用上封头，同时删除了探测倾斜产生报警的仪表和与浮顶相连的使用滑块指示的目视液位计，这一部分简化了设计并减少设备成本。但是，改进方案增加了氮气供应管线和排气管线和对应的增加了气动阀、手动截止阀、逆止阀、安全阀、压力变送器力和箱体试压接口盲板等，这一部分增加了设备和设计成本，是该方案的不足之处，故这一点还需慎重考虑。
4 改进方案安全性和创新性提升分析
4.1 安全性分析
安全性分析：一、删除补给水箱浮顶而采用上封头的设计可以消除补给水箱浮顶倾斜而导致磨损的风险;二、增加氮气供应管线和排气管线，可以确保补给水箱上部空间覆盖氮气且保持微正压，不与空气接触以隔绝微生物，同时防止出现因补给水箱内部负压而坍塌的情况;三、删除补给水箱浮顶而采用上封头的设计对自然环境和主回路都是一种环境友好设计，从设计上消除引入苯乙烯而污染自然环境或主回路的风险，更好地保证环境安全。 4.2 创新性提升分析
创新性提升分析：一、从功能上对比，改进方案能更好地實现隔绝空气和微生物的功能，因为使用了与筒体焊接连接的上封头和氮气覆盖设计，该设计可以消除外界粉尘对水质造成污染的问题，同时改进方案可从根源上消除苯乙烯杂质污染或水质难以保证的除盐除氧水漏入补给水箱的问题;二、从操作的便利性上对比，改进方案更利于调试人员和运行人员的操作，不用在调试和运行期间从补给水箱上部的钢格栅平台爬下到浮顶装置进行现场操作，避免高空坠落的人员伤亡风险。同时，调试人员和操作人员为补给水箱供气只需要在现场操作一个手动截止阀，排气时只需要在主控室打开气动阀和在现场打开一个手动截止阀，操作较为简易。三、从维护的便利上对比，改进方案不需要对补给水箱顶部进行大量的维修检查工作和清洁工作，节约了大量的维修和清洁工时;四、从系统流程上对比，改进方案需要增加与核岛氮气分配系统（RND）和核岛疏水排气系统（RVD）接口，这需要保证足够的氮气供应量和合适排气位置，而这需要进一步考虑;五、该方案的创新并非没有基础，而是参考自辅助给水系统（TFA）的辅助给水冷凝水贮存箱以及反应堆硼和水补给系统（RBM）的硼酸贮存箱的设计，同时根据以往M310机组的调试和运行经验，即辅助给水冷凝水贮存箱和硼酸贮存箱在设计上都需要隔绝空气和微生物，同时箱体上部用氮气覆盖保持正压，而从以往M310机组的调试和运行经验来看，辅助给水冷凝水贮存箱和硼酸贮存箱的设计可以很好地保证除盐除氧水水质或硼酸的质量，同时能确保箱体内部的清洁，即使水质出现不合格的情况（例：辅助给水冷凝水贮存箱），大多数情况下只需要进行一次换水操作就能解决水质问题，无需重复换水，这表明改进方案是有厚实的设计基础和良好的应用效果的。
5 结论
从设计和核电厂应用的层面上看，补给水箱顶部使用浮顶的设计在M310机组中已使用多年，但核电厂的应用效果并不理想。同时，核电厂的大多数箱体已很少采用这种设计，如AP1000的类似箱体已取消上部浮顶式设计，倾向于使用氮气覆盖。综上，补给水箱浮顶所起到的作用不明显而又容易带来水质不合格的问题，所以有必要去改进该设计，尽量做到精益求精，更能满足核电厂实际的调试、运行和维修清洁等需要。
参考文献：
[1] 侯婷. 反应堆硼和水补给系统第10章