CN111540490A - 一种监测压水堆核电机组蒸汽发生器泄漏位置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于轻水压水堆核电机组蒸汽发生器泄漏监测技术领域，具体涉及一种监测压水堆核电机组蒸汽发生器泄漏位置的方法。得出蒸汽发生器传热管热端入口、弯管区、冷端出口泄露的¹⁶N、¹⁹O冷却剂传输和蒸汽扩散的时间T_热、T_弯、T_冷；计算三个典型漏点泄露时¹⁶N、¹⁹O的浓度比值；通过布置在主蒸汽管路旁的¹⁶N辐射监测仪，分析¹⁶N、¹⁹O特征能量的γ射线，分别测量¹⁶N、¹⁹O的浓度，求得比值；将上述实测比值与理论比值进行比对，即可判断出泄漏位置为该理论比值对应的位置。本发明可以定位蒸汽发生器传热管的泄漏点，提高蒸汽发生器泄漏率监测的测量精度，同时为传热管泄漏的维修准备提供必要信息。

Description

一种监测压水堆核电机组蒸汽发生器泄漏位置的方法

技术领域

本发明属于轻水压水堆核电机组蒸汽发生器泄漏监测技术领域，具体涉及一种监测压水堆核电机组蒸汽发生器泄漏位置的方法。

背景技术

压水堆核电机组蒸汽发生器传热管是一回路压力边界，是放射性包容的第二道屏障，其泄漏会危及反应堆运行安全，产生放射性环境污染。据国内外核电运行经验，蒸汽发生器传热管泄漏最易发生在传热管热端入口、弯管区和冷端出口。

目前国内外电厂均在主蒸汽管路旁安装¹⁶N辐射监测仪测量传热管的泄漏。通过测量主蒸汽的¹⁶N放射性活度及总γ放射性活度，在机组功率大于20％时定量测量蒸汽发生器传热管泄漏率；在反应堆核功率小于20％时定性测量蒸汽发生器传热管泄漏率。但不能定位传热管泄漏发生的部位。

发明内容

本发明的目的在于提供一种监测压水堆核电机组蒸汽发生器泄漏位置的方法，以定位蒸汽发生器传热管的泄漏点，提高蒸汽发生器泄漏率监测的测量精度，同时为传热管泄漏的维修准备提供必要信息。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种监测压水堆核电机组蒸汽发生器泄漏位置的方法，包括以下步骤：

步骤一：计算得出¹⁶N、¹⁹O从堆芯到达主蒸汽管路旁的¹⁶N辐射监测仪探测器的传输时间，即蒸汽发生器传热管热端入口、弯管区、冷端出口泄露的¹⁶N、¹⁹O冷却剂传输和蒸汽扩散的时间T_热、T_弯、T_冷；

步骤二：将T_热、T_弯、T_冷代入下式，计算三个典型漏点泄露时¹⁶N、¹⁹O的浓度比值；

N₀为堆芯中¹⁶N、¹⁹O的浓度比值，为常数；C‘_N16、C′_O19分别为探测器位置¹⁶N、¹⁹O的浓度值；

步骤三：通过布置在主蒸汽管路旁的¹⁶N辐射监测仪，分析¹⁶N、¹⁹O特征能量的γ射线，分别测量¹⁶N、¹⁹O的浓度，求得比值；

步骤四：将上述步骤三的实测比值与步骤二计算的理论比值进行比对，即可判断出泄漏位置为该理论比值对应的位置。

所述的步骤一，通过热工建模计算得出¹⁶N、¹⁹O从堆芯到达主蒸汽管路旁的¹⁶N辐射监测仪探测器的传输时间。

所述的传输时间在电厂设计时已由设计院完成计算，并在源项设计文件中给出，进行复核即可。

所述的步骤四，将上述步骤三的实测比值与步骤二计算的理论比值进行比对，如实测比值在理论比值的偏差±5％范围内，即可判断出泄漏位置为该理论比值对应的位置。

本发明所取得的有益效果为：

利用该方法可以探测出蒸汽发生器传热管泄漏的位置，进而提升蒸汽发生器泄漏率的测量精度。通过应用本发明专利的方法，可以定位蒸汽发生器的传热管的漏点位置，分辨漏点是传热管热端入口、弯管区，还是冷端出口。通过定位漏点位置，可以修正¹⁶N随冷却剂从堆芯传输至¹⁶N辐射监测仪探测器的传输时间，进而提高蒸汽发生器泄漏率的测量精度。通过定位漏点位置，可以为蒸汽发生器传热管泄漏维修方案准备提供必要信息。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

自然界中氧元素的同位素有¹⁶O、¹⁷O、¹⁸O，相对丰度分别为99.757％、0.038％、0.205％，反应堆冷却剂中氧的同位素丰度一样，¹⁶O、¹⁸O在反应堆堆芯内，在中子的轰击下核反应如下：

¹⁶O+n→p+¹⁶N 式(1)

¹⁸O+n→¹⁹O 式(2)

¹⁶N和¹⁹O均为不稳定的放射性核素，迅速发生衰变，半衰期分别为7.13s和26.91s。¹⁶N衰变释放出7.12MeV和6.13MeV等能量的γ射线，¹⁹O衰变释放出1.36MeV、1.44MeV、1.55MeV等能量的γ射线。通过测量典型特征能量的γ射线强度，即可测得¹⁶N辐射监测仪探测器处主蒸汽中¹⁶N和¹⁹O的浓度。

¹⁶N、¹⁹O在堆芯中产生，其浓度与¹⁶O、¹⁸O核素的丰度，¹⁶O、¹⁸O的中子截面，堆芯中子注量率(即核功率)和¹⁶N、¹⁹O的半衰期相关。由于在同一个堆芯中，堆芯中子注量率(即核功率)相同，¹⁶O、¹⁸O核素本身的丰度、中子截面，¹⁶N、¹⁹O的半衰期均为定值。因此，当反应堆功率一定时，堆芯中¹⁶N和¹⁹O浓度比值为定值，即：

式中：C_N16、C_O19分别为堆芯中¹⁶N、¹⁹O的浓度值；N₀为常数。

¹⁶N、¹⁹O经一回路冷却剂主管路热段，蒸汽发生器传热管热段、弯管区、冷段，冷却剂主管路冷段返回堆芯，由于不同漏点处冷却剂传输距离不一样，因此¹⁶N、¹⁹O随冷却剂传输至不同泄漏点的时间不一样；冷却剂在传热管泄漏后由于压力瞬间降低，雾化成气态随二回路主蒸汽扩散传输，不同漏点处蒸汽发生器传热管二次侧蒸汽参数不一样，漏点距离蒸汽发生器二次侧主蒸汽出口的距离也不一样，因此不同漏点的冷却剂在二回路扩散的时间也不一样。综上，不同漏点处的冷却剂从堆芯传输到达¹⁶N辐射监测仪探测器的时间不一样。假设蒸发器某位置存在泄露，¹⁶N、¹⁹O从堆芯出口到达探测器用时为t，则探测器处¹⁶N、¹⁹O的浓度的理论比值为：

式中：N₀为堆芯中¹⁶N、¹⁹O的浓度比值，为常数；

C‘_N16、C‘_O19分别为探测器位置¹⁶N、¹⁹O的浓度值；

分别为¹⁶N、¹⁹O的半衰期；

t为¹⁶N、¹⁹O离开堆芯出口的时间。

蒸汽发生器传热管热端入口、弯管区、冷端出口泄露的¹⁶N、¹⁹O冷却剂传输、蒸汽扩散的时间可通过热工建模计算得出具体数值，实际上，该参数的相关数据在电厂设计时已由设计院完成计算，并在源项设计文件中给出。假设分别为T_热、T_弯、T_冷，代入式(4)计算。

传热管热端入口发生泄露时，¹⁶N辐射监测仪探测器位置¹⁶N、¹⁹O的浓度比理论值为：

传热管弯管区发生泄露时，探测器位置¹⁶N、¹⁹O的浓度比理论值为：

传热管冷端出口发生泄露时，探测器位置¹⁶N、¹⁹O的浓度比理论值为：

通过布置在主蒸汽管路旁的¹⁶N辐射监测仪，进行¹⁶N、¹⁹O特征能量γ射线的能谱分析，可分别测量¹⁶N、¹⁹O的浓度，求得比值。利用该值分别与式(5)、式(6)、式(7)计算的理论值进行比对，即可分辨出蒸汽发生器传热管破损泄露位置。

基于上述的详细分析过程，本发明所述监测压水堆核电机组蒸汽发生器泄漏位置的方法包括以下步骤：

步骤一：通过热工建模计算得出¹⁶N、¹⁹O从堆芯到达主蒸汽管路旁的¹⁶N辐射监测仪探测器的传输时间(通常情况下，电厂设计时已由设计院完成计算，并在源项设计文件中给出，进行复核即可)，即蒸汽发生器传热管热端入口、弯管区、冷端出口泄露的¹⁶N、¹⁹O冷却剂传输和蒸汽扩散的时间T_热、T_弯、T_冷；

步骤二：将T_热、T_弯、T_冷代入式(5)、式(6)、式(7)，计算三个典型漏点泄露时¹⁶N、¹⁹O的浓度比值；

步骤三：通过布置在主蒸汽管路旁的¹⁶N辐射监测仪，分析¹⁶N、¹⁹O特征能量的γ射线，分别测量¹⁶N、¹⁹O的浓度，求得比值；

步骤四：将上述步骤三的实测比值与步骤二计算的理论比值进行比对，如实测比值在理论比值的偏差±5％(可根据实际调整)范围内，即可判断出泄漏位置为该理论比值对应的位置。

Claims (4)

1.一种监测压水堆核电机组蒸汽发生器泄漏位置的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：计算得出¹⁶N、¹⁹O从堆芯到达主蒸汽管路旁的¹⁶N辐射监测仪探测器的传输时间，即蒸汽发生器传热管热端入口、弯管区、冷端出口泄露的¹⁶N、¹⁹O冷却剂传输和蒸汽扩散的时间T_热、T_弯、T_冷；

步骤二：将T_热、T_弯、T_冷代入下式，计算三个典型漏点泄露时¹⁶N、¹⁹O的浓度比值；

N₀为堆芯中¹⁶N、¹⁹O的浓度比值，为常数；C‘_N16、C′_O19分别为探测器位置¹⁶N、¹⁹O的浓度值；

步骤三：通过布置在主蒸汽管路旁的¹⁶N辐射监测仪，分析¹⁶N、¹⁹O特征能量的γ射线，分别测量¹⁶N、¹⁹O的浓度，求得比值；

步骤四：将上述步骤三的实测比值与步骤二计算的理论比值进行比对，即可判断出泄漏位置为该理论比值对应的位置。

2.根据权利要求1所述的监测压水堆核电机组蒸汽发生器泄漏位置的方法，其特征在于：所述的步骤一，通过热工建模计算得出¹⁶N、¹⁹O从堆芯到达主蒸汽管路旁的¹⁶N辐射监测仪探测器的传输时间。

3.根据权利要求2所述的监测压水堆核电机组蒸汽发生器泄漏位置的方法，其特征在于：所述的传输时间在电厂设计时已由设计院完成计算，并在源项设计文件中给出，进行复核即可。

4.根据权利要求1所述的监测压水堆核电机组蒸汽发生器泄漏位置的方法，其特征在于：所述的步骤四，将上述步骤三的实测比值与步骤二计算的理论比值进行比对，如实测比值在理论比值的偏差±5％范围内，即可判断出泄漏位置为该理论比值对应的位置。