CN104882183A - 压水堆堆芯流量分区方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了压水堆堆芯流量分区方法，包括以下步骤：分区步骤：将压水堆堆芯横切面分区形成中流量区、大流量区、小流量区，中流量区是压水堆堆芯横切面中心点沿径向方向向外延展形成的区域，大流量区是以中流量区的边界线为起始点沿径向方向向外延展形成的区域，小流量区是以大流量区边界线为起始点沿径向方向向外延展形成的区域，中流量区是位于压水堆堆芯横切面中心处的区域，大流量区是包覆在中流量区外的一个环形区域，小流量区是包覆在大流量区外的一个环形区域，流量设定步骤：中流量区通入中等流量大小的冷却剂，大流量区通入大流量的冷却剂、小流量区通入小流量的冷却剂。实现了压水堆堆芯冷却剂流量的降低、堆芯出口温度的提高。

Description

压水堆堆芯流量分区方法
技术领域
本发明涉及压水堆核动力装置和核电站，具体是压水堆堆芯流量分区方法。
背景技术
国内外块堆广泛采用了流量分区设计理念，例如印度原型块堆堆芯流量分为15个区，中国实验块堆流量分为4个区；另外日本的超临界水堆设计也采用了流量分区理念，其堆芯流量根据每盒组件的功率进行精细化匹配；国内重水堆也有采用2个分区的设计。
在国内外压水堆核电站中，由于堆芯广泛采用棒束型燃料组件，其组件不带组件盒，无法实现流量分区，因此在压水堆领域，未见采用功率分区与流量分区的相关设计报道。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种压水堆堆芯流量分区方法，采用堆芯功率分区和流量分区设计，实现了压水堆堆芯冷却剂流量的降低、堆芯热工安全裕量的提高、堆芯出口温度的提高、堆芯总体性能的提高。
本发明的实现方案如下：压水堆堆芯流量分区方法，包括以下步骤：
分区步骤：将压水堆堆芯横切面分区形成中流量区、大流量区、小流量区，中流量区是压水堆堆芯横切面中心点沿径向方向向外延展形成的区域，大流量区是以中流量区的边界线为起始点沿径向方向向外延展形成的区域，小流量区是以大流量区边界线为起始点沿径向方向向外延展形成的区域，中流量区是位于压水堆堆芯横切面中心处的区域，大流量区是包覆在中流量区外的一个环形区域，小流量区是包覆在大流量区外的一个环形区域，
流量设定步骤：中流量区通入中等流量大小的冷却剂，大流量区通入大流量的冷却剂、小流量区通入小流量的冷却剂。
中流量区通入整个压水堆堆芯平均质量流速70%至90%的冷却剂，大流量区通入整个压水堆堆芯平均质量流速100%至120%的冷却剂、小流量区通入整个压水堆堆芯平均质量流速60%至80%的冷却剂。
中流量区通入整个压水堆堆芯平均质量流速75%至85%的冷却剂，大流量区通入整个压水堆堆芯平均质量流速95%至115%的冷却剂、小流量区通入整个压水堆堆芯平均质量流速65%至75%的冷却剂。
中流量区通入整个压水堆堆芯平均质量流速80%至85%的冷却剂，大流量区通入整个压水堆堆芯平均质量流速90%至110%的冷却剂、小流量区通入整个压水堆堆芯平均质量流速90%至75%的冷却剂。
中流量区通入整个压水堆堆芯平均质量流速80.9%的冷却剂，大流量区通入整个压水堆堆芯平均质量流速110.3%的冷却剂、小流量区通入整个压水堆堆芯平均质量流速70.3%的冷却剂。
所述中流量区的形状为多边形或圆形或椭圆形，大流量区的形状为环形，小流量区的形状为环形。
所述中流量区的形状为矩形，大流量区的形状为圆环形或多边环形，小流量区的形状为圆环形或多边环形。
大流量区的形状为四边环形或八边环形或六边环形，小流量区的形状为四边环形或八边环形或六边环形。
通过合理的堆芯物理设计实现堆芯全寿期的功率分区特性，即使得堆芯在全寿期内能按照径向区域形成稳定的功率水平高、中、低的不同区。通过合理的结构设计实现进入堆芯的冷却剂实现流量分区，即根据上述功率分区实现相匹配的流量分区。
目前在世界范围内，快堆、沸水堆、超临界水堆、重水堆等均有采用功率分区和流量分区技术，从而实现堆芯冷却剂的高效利用。在相同的堆芯功率水平下，通过功率分区和流量分区设计，可使得堆芯所需的冷却剂流量减少，或者提高堆芯的热工安全裕量，同时可提高堆芯出口冷却剂温度，进而提高堆芯总体参数和总体性能。而现有的压水堆设计均未采用流量分区设计，堆芯总体性能提高受限。
通过上述分区设计，实现了堆芯全寿期内的功率分区特性。获得的堆芯寿期初、寿期中、寿期末的径向功率分区，区分了径向功率的大小。可以发现，堆芯全寿期内，中心区域始终保持中等功率水平，外围区域始终保持最低功率水平，中心区域与外围区域之间的夹层区域始终保持最高功率水平，就是说：在堆芯寿期初、寿期中、寿期末这些时段中，中心区域的中流量区始终保持中等功率水平，夹层区域的大流量区始终保持最高功率水平，外围区域的小流量区始终保持最低功率水平。实现了压水堆堆芯冷却剂流量的降低、堆芯热工安全裕量的提高、堆芯出口温度的提高、堆芯总体性能的提高。本设计可使堆芯在热工安全裕量不降低的前提下，使系统冷却剂流量需求减少15%以上，使堆芯出口冷却剂温度提高3℃以上。
对于堆芯功率分区设计，可采用合理的堆芯燃料富集度分区设计、堆芯燃料可燃毒物匹配设计、控制棒提棒程序优化设计等手段实现。
对于堆芯流量分区设计，可采用燃料组件上下管座结构设计、堆芯入口流量分配装置设计等实现。
本发明的优点在于：可使得堆芯全寿期内，中心区域始终保持中等功率水平，外围区域始终保持最低功率水平，中心区域与外围区域之间的夹层区域始终保持最高功率水平。
附图说明
图1为压水堆堆芯横切面分区后，中流量区的形状为矩形、大流量区2的形状为八边环形、小流量区的形状为八边环形的示意图。
图2为水堆堆芯横切面分区后，中流量区3的形状为矩形、大流量区2的形状为圆环形、小流量区1的形状为圆环形的示意图。
具体实施方式
实施例一
如图1和图2所示。
压水堆堆芯流量分区方法，包括以下步骤：
分区步骤：将压水堆堆芯横切面分区形成中流量区3、大流量区2、小流量区1，中流量区3是压水堆堆芯横切面中心点沿径向方向向外延展形成的区域，大流量区2是以中流量区3的边界线为起始点沿径向方向向外延展形成的区域，小流量区1是以大流量区2边界线为起始点沿径向方向向外延展形成的区域，中流量区3是位于压水堆堆芯横切面中心处的区域，大流量区2是包覆在中流量区3外的一个环形区域，小流量区1是包覆在大流量区2外的一个环形区域；
流量设定步骤：中流量区3通入中等流量大小的冷却剂，大流量区2通入大流量的冷却剂、小流量区1通入小流量的冷却剂。
通过上述分区设计，实现了堆芯全寿期内的功率分区特性。获得的堆芯寿期初、寿期中、寿期末的径向功率分区，区分了径向功率的大小。可以发现，堆芯全寿期内，中心区域始终保持中等功率水平，外围区域始终保持最低功率水平，中心区域与外围区域之间的夹层区域始终保持最高功率水平，就是说：在堆芯寿期初、寿期中、寿期末这些时段中，中心区域的中流量区3始终保持中等功率水平，夹层区域的大流量区2始终保持最高功率水平，外围区域的小流量区1始终保持最低功率水平。
经过测试：本实施例通过采用堆芯功率分区与流量分区设计技术，可使堆芯在热工安全裕量不降低的前提下，使系统冷却剂流量需求减少15%以上，使堆芯出口冷却剂温度提高3℃以上。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于：中流量区3通入整个压水堆堆芯平均质量流速70%至90%的冷却剂，大流量区2通入整个压水堆堆芯平均质量流速100%至120%的冷却剂、小流量区1通入整个压水堆堆芯平均质量流速60%至80%的冷却剂。
通过上述分区设计，实现了堆芯全寿期内的功率分区特性。获得的堆芯寿期初、寿期中、寿期末的径向功率分区，区分了径向功率的大小。可以发现，堆芯全寿期内，中心区域始终保持中等功率水平，外围区域始终保持最低功率水平，中心区域与外围区域之间的夹层区域始终保持最高功率水平，就是说：在堆芯寿期初、寿期中、寿期末这些时段中，中心区域的中流量区3始终保持中等功率水平，夹层区域的大流量区2始终保持最高功率水平，外围区域的小流量区1始终保持最低功率水平。
经过测试：本实施例通过采用堆芯功率分区与流量分区设计技术，可使堆芯在热工安全裕量不降低的前提下，使系统冷却剂流量需求减少16%以上，使堆芯出口冷却剂温度提高4℃以上。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于：中流量区3通入整个压水堆堆芯平均质量流速75%至85%的冷却剂，大流量区2通入整个压水堆堆芯平均质量流速95%至115%的冷却剂、小流量区1通入整个压水堆堆芯平均质量流速65%至75%的冷却剂。
通过上述分区设计，实现了堆芯全寿期内的功率分区特性。获得的堆芯寿期初、寿期中、寿期末的径向功率分区，区分了径向功率的大小。可以发现，堆芯全寿期内，中心区域始终保持中等功率水平，外围区域始终保持最低功率水平，中心区域与外围区域之间的夹层区域始终保持最高功率水平，就是说：在堆芯寿期初、寿期中、寿期末这些时段中，中心区域的中流量区3始终保持中等功率水平，夹层区域的大流量区2始终保持最高功率水平，外围区域的小流量区1始终保持最低功率水平。
经过测试：本实施例通过采用堆芯功率分区与流量分区设计技术，可使堆芯在热工安全裕量不降低的前提下，使系统冷却剂流量需求减少17%以上，使堆芯出口冷却剂温度提高5℃以上。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于：中流量区3通入整个压水堆堆芯平均质量流速80%至85%的冷却剂，大流量区2通入整个压水堆堆芯平均质量流速90%至110%的冷却剂、小流量区1通入整个压水堆堆芯平均质量流速90%至75%的冷却剂。
通过上述分区设计，实现了堆芯全寿期内的功率分区特性。获得的堆芯寿期初、寿期中、寿期末的径向功率分区，区分了径向功率的大小。可以发现，堆芯全寿期内，中心区域始终保持中等功率水平，外围区域始终保持最低功率水平，中心区域与外围区域之间的夹层区域始终保持最高功率水平，就是说：在堆芯寿期初、寿期中、寿期末这些时段中，中心区域的中流量区3始终保持中等功率水平，夹层区域的大流量区2始终保持最高功率水平，外围区域的小流量区1始终保持最低功率水平。
经过测试：本实施例通过采用堆芯功率分区与流量分区设计技术，可使堆芯在热工安全裕量不降低的前提下，使系统冷却剂流量需求减少18%以上，使堆芯出口冷却剂温度提高6℃以上。
实施例5
本实施例与实施例1的区别在于：中流量区3通入整个压水堆堆芯平均质量流速80.9%的冷却剂，大流量区2通入整个压水堆堆芯平均质量流速110.3%的冷却剂、小流量区1通入整个压水堆堆芯平均质量流速70.3%的冷却剂。
通过上述分区设计，实现了堆芯全寿期内的功率分区特性。获得的堆芯寿期初、寿期中、寿期末的径向功率分区，区分了径向功率的大小。可以发现，堆芯全寿期内，中心区域始终保持中等功率水平，外围区域始终保持最低功率水平，中心区域与外围区域之间的夹层区域始终保持最高功率水平，就是说：在堆芯寿期初、寿期中、寿期末这些时段中，中心区域的中流量区3始终保持中等功率水平，夹层区域的大流量区2始终保持最高功率水平，外围区域的小流量区1始终保持最低功率水平。
经过测试：本实施例通过采用堆芯功率分区与流量分区设计技术，可使堆芯在热工安全裕量不降低的前提下，使系统冷却剂流量需求减少19%以上，使堆芯出口冷却剂温度提高6℃以上。
实施例6
本实施例是基于实施例1的技术，所述中流量区3的形状为多边形或圆形或椭圆形，大流量区2的形状为环形，小流量区1的形状为环形。
经过测试：本实施例通过采用堆芯功率分区与流量分区设计技术，可使堆芯在热工安全裕量不降低的前提下，使系统冷却剂流量需求减少16%以上，使堆芯出口冷却剂温度提高3℃以上。
实施例7
本实施例是基于实施例1的技术，所述中流量区3的形状为矩形，大流量区2的形状为圆环形或多边环形，小流量区1的形状为圆环形或多边环形。
经过测试：本实施例通过采用堆芯功率分区与流量分区设计技术，可使堆芯在热工安全裕量不降低的前提下，使系统冷却剂流量需求减少17%以上，使堆芯出口冷却剂温度提高4℃以上。
实施例8
本实施例是基于实施例1的技术，所述大流量区2的形状为四边环形或八边环形或六边环形，小流量区1的形状为四边环形或八边环形或六边环形。
经过测试：本实施例通过采用堆芯功率分区与流量分区设计技术，可使堆芯在热工安全裕量不降低的前提下，使系统冷却剂流量需求减少18%以上，使堆芯出口冷却剂温度提高5℃以上。
具体的有：如图1所示，中流量区3的形状为矩形，大流量区2的形状为八边环形，小流量区1的形状为八边环形。如图2所示，中流量区3的形状为矩形，大流量区2的形状为圆环形，小流量区1的形状为圆环形。
如上所述，则能很好的实现本发明。

Claims (8)

1.压水堆堆芯流量分区方法，包括以下步骤：
分区步骤：将压水堆堆芯横切面分区形成中流量区（3）、大流量区（2）、小流量区（1），中流量区（3）是压水堆堆芯横切面中心点沿径向方向向外延展形成的区域，大流量区（2）是以中流量区（3）的边界线为起始点沿径向方向向外延展形成的区域，小流量区（1）是以大流量区（2）边界线为起始点沿径向方向向外延展形成的区域，中流量区（3）是位于压水堆堆芯横切面中心处的区域，大流量区（2）是包覆在中流量区（3）外的一个环形区域，小流量区（1）是包覆在大流量区（2）外的一个环形区域；
流量设定步骤：中流量区（3）通入中等流量大小的冷却剂，大流量区（2）通入大流量的冷却剂、小流量区（1）通入小流量的冷却剂。
2.根据权利要求1所述的压水堆堆芯流量分区方法，其特征在于：中流量区（3）通入整个压水堆堆芯平均质量流速70%至90%的冷却剂，大流量区（2）通入整个压水堆堆芯平均质量流速100%至120%的冷却剂、小流量区（1）通入整个压水堆堆芯平均质量流速60%至80%的冷却剂。
3.根据权利要求1所述的压水堆堆芯流量分区方法，其特征在于：中流量区（3）通入整个压水堆堆芯平均质量流速75%至85%的冷却剂，大流量区（2）通入整个压水堆堆芯平均质量流速95%至115%的冷却剂、小流量区（1）通入整个压水堆堆芯平均质量流速65%至75%的冷却剂。
4.根据权利要求1所述的压水堆堆芯流量分区方法，其特征在于：中流量区（3）通入整个压水堆堆芯平均质量流速80%至85%的冷却剂，大流量区（2）通入整个压水堆堆芯平均质量流速90%至110%的冷却剂、小流量区（1）通入整个压水堆堆芯平均质量流速90%至75%的冷却剂。
5.根据权利要求1所述的压水堆堆芯流量分区方法，其特征在于：中流量区（3）通入整个压水堆堆芯平均质量流速80.9%的冷却剂，大流量区（2）通入整个压水堆堆芯平均质量流速110.3%的冷却剂、小流量区（1）通入整个压水堆堆芯平均质量流速70.3%的冷却剂。
6.根据权利要求1所述的压水堆堆芯流量分区方法，其特征在于：所述中流量区（3）的形状为多边形或圆形或椭圆形，大流量区（2）的形状为环形，小流量区（1）的形状为环形。
7.根据权利要求1所述的压水堆堆芯流量分区方法，其特征在于：所述中流量区（3）的形状为矩形，大流量区（2）的形状为圆环形或多边环形，小流量区（1）的形状为圆环形或多边环形。
8.根据权利要求1所述的压水堆堆芯流量分区方法，其特征在于：大流量区（2）的形状为四边环形或八边环形或六边环形，小流量区（1）的形状为四边环形或八边环形或六边环形。
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