CN111403058B - 核反应堆的控制棒价值测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种核反应堆的控制棒价值测量方法，在核反应堆处于次临界状态下进行控制棒价值测量，该测量控制棒价值的方法包括：首先在蒸发器冷却正常停堆模式下设置核反应堆主回路系统的参数，并将所有待测的控制棒均插入堆芯的最低位置；然后对核反应堆进行稀释，使核反应堆处于次临界状态；之后依次提棒并依次记录源量程计数率值，根据源量程计数率的值来求解控制棒的价值。该核反应堆的控制棒价值测量方法在次临界状态进行，操作更加简单，安全性提高，占用的关键路径时间更短。
Description
技术领域
本发明是关于核电站安全测试技术领域，特别是关于一种核反应堆的控制棒价值测量方法。
背景技术
核电站每次换料大修后，在启动过程中经过各个功率平台物理试验对换料堆芯设计进行检查、验证，进行堆芯安全评价，确定堆芯安全能够得到保证后，才能投入正常运行。换料启动物理试验包括首次达临界、零功率物理试验、升功率物理试验三个阶段。整个启动物理试验占很长的大修和升功率关键路径时间，首次达临界和零功率物理试验是连续进行。其中，测量控制棒价值是零功率物理试验中一项重要的工作。
测量反应堆控制棒价值的方法，包括稀释法、交替法以及动态刻棒法。目前主要是采用动态刻棒法进行测量。目前的零功率物理试验工艺流程图如图1所示，可见动态刻棒法是在达临界状态下测量。动态刻棒法具体操作方法：(1)试验条件准备和建立初始状态：所有控制棒全提至顶，一回路硼浓度均匀，通量水平稳定在0.05～0.075％功率水平；调整控制棒系统控制棒下插的速度为72步/分钟，确定并设置本底补偿电流。(2)连续将被测量控制棒由反应堆顶(225步)下插至反应堆底(5步)，在下插过程中使用反应性仪直接测得被测控制棒价值；(3)将被测量控制棒由堆底(5步)提至反应堆顶(225步)，反应堆的反应性从次临界恢复到50～75pcm；(4)维持反应堆反应性50～75pcm，恢复反应堆通量水平。(5)当通量恢复到初始水平，重复2到4步，进行另一组控制棒价值测量。
发明人发现目前的动态刻棒法进行价值测量的方法有如下缺点：棒价值测量是在达临界的状态下，有可能出现意外临界，存在安全隐患；占用的大修关键路径时间长；操作复杂，为了维持临界状态，需要不断调节硼浓度和控制棒补偿反应性的变化，产生大量的发射性废水。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种核反应堆的控制棒价值测量方法，在次临界状态进行，操作更加简单，安全性提高，占用的关键路径时间更短。
为实现上述目的，本发明提供了一种核反应堆的控制棒价值测量方法，在核反应堆处于次临界状态下进行控制棒价值测量，该控制棒价值测量方法包括：在蒸发器冷却正常停堆模式下设置核反应堆主回路系统的参数，并将所有待测的控制棒均插入堆芯的最低位置；对核反应堆的堆芯进行稀释，使核反应堆处于次临界状态；记录源量程计数率的初始值N0；将第一根控制棒从堆芯最低位置提至顶部，记录源量程计数率的值N1，根据第一式子计算所述第一根控制棒的控制棒价值；将第二根控制棒从堆芯最低位置提至顶部，记录源量程计数率的值N2，根据第一式子计算所述第二根控制棒的控制棒价值；以此类推，直至计算出最后一根控制棒的控制棒价值，其中，所述第一式子为
其中，Δρi表示第i根控制棒的控制棒价值；A为修正因子，与实际工况有关；θ代表中子源强；N代表所述源量程计数率的值。
在本发明的一实施方式中，所述设置核反应堆主回路系统的参数包括：将核反应堆主回路系统的初始硼浓度值设置在2300ppm～2500ppm范围内。
在本发明的一实施方式中，所述设置核反应堆主回路系统的参数包括：将核反应堆主回路系统的平均温度控制在
在本发明的一实施方式中，所述设置核反应堆主回路系统的参数包括：将核反应堆主回路系统的压力控制在154bar±1bar范围内。
在本发明的一实施方式中，所有待测的控制棒包括：温度控制棒组R、停堆安全棒组SA、SB、SC、SD和功率控制棒组G1、G2、N1、N2。在本发明的一实施方式中，按照所述温度控制棒组R、所述停堆安全棒组SA、SB、SC、SD和所述功率控制棒组G1、G2、N1、N2的顺序，依次对每根控制棒进行提棒操作，计算每根控制棒的控制棒价值。
在本发明的一实施方式中，将控制棒从堆芯最低位置提至顶部包括：将控制棒从5步提升到225步。
在本发明的一实施方式中，所述使核反应堆处于次临界状态包括：将核反应堆主回路系统的堆芯的硼浓度稀释至CBCRI R170+60ppm并进行均匀化处理，其中CBCRI R170是温度控制棒组R在170步，其它所有控制棒全部提至顶部的临界硼浓度理论计算值。
在本发明的一实施方式中，所述将核反应堆主回路系统的堆芯的硼浓度稀释至CBCRI R170+60ppm包括：按照27m3/h的稀释速率将所述硼浓度稀释至CBCRI R170+200ppm；再按照10m3/h的稀释速率将所述硼浓度稀释至CBCRI R170+100ppm；最后按照5m3/h的稀释速率将所述硼浓度稀释至CBCRI R170+60ppm。
与现有技术相比，根据本发明的核反应堆的控制棒价值测量方法，在次临界状态下进行控制棒价值测量，而不是达临界状态下进行，在提棒过程通过记录源量程计数率的值，根据计算式直接求取控制棒价值，操作方式简单，占用的关键路径时间更短，可以大大节约用电成本。并且在次临界状态下，不需要为了维持临界状态，而调节硼浓度和控制棒补偿反应性的变化。同时，可减少因为调节硼浓度而产生大量的放射性废水。而且在次临界状态进行测量，不会发生意外临界等情况，安全性更高。并且该方法融合在达临界的实施过程中，不会影响达临界的操作步骤，只是改变操作顺序，调整引入反应性的方式。
附图说明
图1是根据现有技术的零功率物理试验的工艺流程图；
图2是根据本发明一实施方式的核反应堆的控制棒价值测量方法的步骤组成；
图3是根据本发明一实施方式的零功率物理试验的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
图2是根据本发明一实施方式的核反应堆的控制棒价值测量方法，与现有技术不同，本实施方式在核反应堆处于次临界状态下进行控制棒价值测量，该测量控制棒价值的方法包括步骤S1～步骤S3。
在步骤S1中设置核反应堆的参数。在蒸发器冷却正常停堆模式下设置核反应堆主回路系统的参数，并将所有待测的控制棒均插入堆芯的最低位置。
在步骤S2中对核反应堆进行稀释，使核反应堆处于次临界状态。
在步骤S3中依次提棒并依次记录源量程计数率值，根据源量程计数率的值来求解控制棒的价值。
具体而言，首先记录源量程计数率的初始值N0。
将第一根控制棒从堆芯最低位置提至顶部，记录源量程计数率的值N1，根据第一式子计算所述第一根控制棒的控制棒价值。
将第二根控制棒从堆芯最低位置提至顶部，记录源量程计数率的值N2，根据第一式子计算所述第二根控制棒的控制棒价值。
以此类推，直至计算出最后一根控制棒的控制棒价值，
其中，所述第一式子为
其中，Δρi表示第i根控制棒的控制棒价值；A为修正因子，与实际工况有关；θ代表中子源强；N代表所述源量程计数率的值。
具体而言，在本实施方式中，所有待测的控制棒包括：温度控制棒组R、停堆安全棒组SA、SB、SC、SD和功率控制棒组G1、G2、N1、N2。
控制棒测量的具体流程如下。在蒸发器冷却正常停堆模式下设置核反应堆主回路系统的参数，包括将核反应堆主回路系统初始硼浓度调整为：2300ppm≤硼浓度CB＜2500ppm，将核反应堆主回路系统的平均温度控制在
将核反应堆主回路系统的压力控制在154bar±1bar范围内。并且将所有待测的控制棒均插入堆芯的最低位置，本实施方式为5步的位置。
参数设置完成之后，对核反应堆进行稀释，使核反应堆处于次临界状态。本实施方式中，分三步进行。首先进行快速稀释，按照27m3/h的稀释速率将所述硼浓度稀释至CBCRI R170+200ppm停止快速稀释；然后进行中速稀释，按照10m3/h的稀释速率将所述硼浓度稀释至CBCRI R170+100ppm时停止中速稀释；最后进行慢速稀释，按照5m3/h的稀释速率将所述硼浓度稀释至CBCRI R170+60ppm。最后停止稀释并使反应堆主回路系统的硼浓度达到均匀化的要求。
待堆芯硼浓度均匀化后，开始记录源量程起始计数率N0；将R棒组棒从5步提升到225步，开始记录源量程起始计数率N1，根据上述第一式子来求解R棒的控制棒价值；将SA棒组棒从5步提升到225步，开始记录源量程起始计数率N2，并求解SA棒的控制棒价值；将SB棒组棒从5步提升到225步，开始记录源量程起始计数率N3并求解SB棒的控制棒价值；将SC棒组棒从5步提升到225步。开始记录源量程起始计数率N4并求解SC棒的控制棒价值；将SD棒组棒从5步提升到225步。开始记录源量程起始计数率N5并求解SD棒的控制棒价值；将G1棒组棒从5步提升到225步，开始记录源量程起始计数率N6并求解G1棒的控制棒价值；将G2棒组棒从5步提升到225步，开始记录源量程起始计数率N7并求解G2棒的控制棒价值；将N1棒组棒从5步提升到225步，开始记录源量程起始计数率N8并求解N1棒的控制棒价值；将N2棒组棒从5步提升到225步，开始记录源量程起始计数率N9并求解N2棒的控制棒价值。至此全部棒价值测量完毕，得出结果。
为了能够更加清楚地了解本发明，对本发明的发明构思进行如下说明，在热停阶段，核反应堆处于深度次临界状态。以CPR1000为例，此时硼浓度为2300ppm，ARO情况下次临界度也达到7000pcm左右，次临界度定义为1-keff，其中keff为有效增殖因子。由于堆内存在中子源，且堆内的燃料在中子源的影响下产生一定量的裂变，所以反应堆内是存在稳定的中子通量分布的，只是此时堆芯内通量水平很低。堆外探测器中间量程基本没有信号；功率量程信号在10-12A，但这基本是源自堆外构件的本底噪音信号。探测器中最为敏感的源量程有微弱读数。
为了避免热停期间堆芯中子水平过低的弊端，在所有控制棒都插入堆芯的情况下，先将堆芯的硼浓度稀释到CBCRI R170+60ppm。稀释后，中子源的影响就越小，而且通量分布就越接近于本征值问题所计算得到的值。同时，也增加了裕量，避免后面提棒直接达临界。
假设反应堆内中子通量分布固定(点堆假设)，当中子源强固定时，反应堆的通量水平与堆芯的增殖因子大小成反比：
其中，θ表示中子源强；N表示中子通量，即源量程计数率的测量值；Keff表示反应堆有效增殖因子。
在次临界情况下，一定时间内中子源强可近似认为不变，因此倍增因子正比于通量大小。两种状态下，可得到式子(2)
其中，Keff1代表将第一根棒(R棒)提至顶部时反应堆的有效增值因子，Keff0代表没有提棒时的反应堆的初始有效增值因子，N0为未提棒时，源量程计数率的初始测量值，N1为提出R棒时，源量程计数率的测量值，。
次临界状态下存在两个问题：一是这种方式无法获知绝对改变量，因为初态的增值因子也是未知的；二是实际堆芯在次临界度很深的情况下会偏离点堆假设。
为了解决这个两个问题，一是先固定一个初态。将堆芯的状态稳定在所有控制棒全部插入堆芯，硼浓度保持在CBCRI R170+60ppm的状态下。确定一个基准的通量水平N0(未提棒时，源量程计数率的初始测量值)；在堆芯处于该状态后，虽然是次临界，但是次临界度已经不是很深，倍增因子正比于通量大小。当倍增因子的改变引入后，可以通过探测器信号变化比例来获取增殖因子的相对改变。先将式子(2)进行转换，得到式子(3)：
二是由于存在棒之间的干涉效应，对于信号引入修正因子，设为A，对偏离点堆部分进行修正。将(2)进行转换，得到式子(4)：
其中，A为修正因子。
假设R棒抽出则引入的正反应性是Δρ(即R棒的控制棒价值)，有式子(5)如下：
Δρ＝ρ1-ρ0 (5)
其中：ρ为反应性；
其中反应性与反应堆有效增殖因子的关系如(6)式：
则将(5)进行转换，得到式子(7)：
代入(3)、(4)
其中N0和N1，实际情况下可以通过现场的源量程计数获得。
其中A0和A1，与具体工况相关，不同工况需分别计算，为了表述的物理意义更明确，可进一步表述成：
式中：Keffa为固定源情况下等效的Keff；ω为堆外探测器与堆内通量的响应函数。
同理，综合以上的理论，结合操作方法，各个棒的价值算法归纳如下：
图3是根据本实施方式的零功率物理试验的工艺流程图。本实施方式中，在次临界状态下进行控制棒价值测量，而不是达临界状态下进行，在提棒过程通过记录源量程计数率的值，根据计算式直接求取控制棒价值，操作方式简单，占用的关键路径时间更短，可以大大节约用电成本。并且在次临界状态下，不需要为了维持临界状态，而调节硼浓度和控制棒补偿反应性的变化。同时，可减少因为调节硼浓度而产生大量的放射性废水。而且在次临界状态进行测量，不会发生意外临界等情况，安全性更高。并且该方法融合在达临界的实施过程中，不会影响达临界的操作步骤，只是改变操作顺序，调整引入反应性的方式。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (7)
1.一种核反应堆的控制棒价值测量方法，其特征在于，在核反应堆处于次临界状态下进行控制棒价值测量，该控制棒价值测量方法包括：
在蒸发器冷却正常停堆模式下设置核反应堆主回路系统的参数，并将所有待测的控制棒均插入堆芯的最低位置；
其中，所述设置核反应堆主回路系统的参数包括：将核反应堆主回路系统的初始硼浓度值设置在2300 ppm ~2500 ppm范围内；
对核反应堆的堆芯的硼浓度进行稀释，使核反应堆处于次临界状态；
其中，所述使核反应堆处于次临界状态包括：将核反应堆主回路系统的堆芯的硼浓度稀释至CBCRI R170+60ppm并进行均匀化处理，其中CBCRI R170是温度控制棒组R在170步，其它所有控制棒全部提至顶部的临界硼浓度理论计算值；
记录源量程计数率的初始值N0；
将第一根控制棒从堆芯最低位置提至顶部，记录源量程计数率的值N1，根据第一式子计算所述第一根控制棒的控制棒价值；
将第二根控制棒从堆芯最低位置提至顶部，记录源量程计数率的值N2，根据第一式子计算所述第二根控制棒的控制棒价值；以及
以此类推，直至计算出最后一根控制棒的控制棒价值；
其中，所述第一式子为
，i=1,2，……；
其中，
表示第i根控制棒的控制棒价值；Ai-1是第i根控制棒在堆芯最低位置时引入的修正因子；Ai是第i根控制棒提至顶部时引入的修正因子；θ代表中子源强；Ni-1代表第i根控制棒在堆芯最低位置时，所述源量程计数率的值；Ni代表第i根控制棒提至顶部时，所述源量程计数率的值。
2.如权利要求1所述的核反应堆的控制棒价值测量方法，其特征在于，所述设置核反应堆主回路系统的参数包括：
将核反应堆主回路系统的平均温度控制在
℃。
3.如权利要求1所述的核反应堆的控制棒价值测量方法，其特征在于，所述设置核反应堆主回路系统的参数包括：
将核反应堆主回路系统的压力控制在154bar±1bar范围内。
4.如权利要求1所述的核反应堆的控制棒价值测量方法，其特征在于，所有待测的控制棒包括：温度控制棒组R、停堆安全棒组SA、SB、SC、SD和功率控制棒组G1、G2、N1、N2。
5.如权利要求4所述的核反应堆的控制棒价值测量方法，其特征在于，按照所述温度控制棒组R、所述停堆安全棒组SA、SB、SC、SD和所述功率控制棒组G1、G2、N1、N2的顺序，依次对每根控制棒进行提棒操作，计算每根控制棒的控制棒价值。
6.如权利要求1所述的核反应堆的控制棒价值测量方法，其特征在于，将控制棒从堆芯最低位置提至顶部包括：将控制棒从5步提升到225步。
7.如权利要求1所述的核反应堆的控制棒价值测量方法，其特征在于，所述将核反应堆主回路系统的堆芯的硼浓度稀释至CBCRI R170 + 60ppm包括：
按照27m3/h的稀释速率将所述硼浓度稀释至CBCRI R170 + 200ppm；
再按照10m3/h的稀释速率将所述硼浓度稀释至 CBCRI R170 + 100ppm；以及
最后按照5m3/h的稀释速率将所述硼浓度稀释至 CBCRI R170 +60ppm。
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