CN113345605A - 核反应堆换料启动快速达临界控制方法 - Google Patents

核反应堆换料启动快速达临界控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种核反应堆换料启动快速达临界控制方法，包括以下步骤：S1、在反应堆换料后处于热停状态，确定堆芯的状态满足初始要求；S2、以27m3/h±0.5m3/h的大流量对堆芯进行稀释处理；当稀释到R棒组为130步时的临界硼浓度或者中子倒计数率达到0.1时，停止稀释；S3、提升R棒组外的其他棒组；S4、提升R棒组，将R棒组棒位从5步提升到130步，直到达临界。本发明的核反应堆换料启动快速达临界控制方法，先进行稀释再进行提棒，避免稀释达临界，提高安全性；采用大流量稀释，不需等待均匀，能够确保一次提R棒达临界，缩短达临界时间；提棒达临界130步，确保机组一次达临界，减少多次达临界的相关操作，缩短达临界的时间。

Description

核反应堆换料启动快速达临界控制方法
技术领域
本发明涉及核电技术领域，尤其涉及一种核反应堆换料启动快速达临界控制方法。
背景技术
CPR1000机组是中国广核集团推出的中国改进型百万千瓦级(1000MW)压水堆核电技术方案，是“二代”百万千瓦级压水堆核电技术。CPR1000机组核反应堆达临界是反应堆内中子的产生率和消失率之间保持严格的平衡，使链式反应得以恒定的速率持续地进行下去的反应堆工作状态。
核电机组反应堆达临界操作并不追求确切的理论临界点，而是以实现工程达临界为目的。压水堆达临界方式通常有两种：稀释达临界和提棒达临界。
目前在国内核电站在运机组中，提棒达临界方式较稀释达临界方式使用范围更广，耗时较短，比稀释达临界安全性较高。但是，现有的提棒达临界方式中，先进行提棒再进行稀释，稀释需要分三步进行，先快速稀释，再中速稀释，最后慢速稀释，因此步骤繁琐，达临界时间较长，难以实现快速达临界。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种缩短达临界时间的核反应堆换料启动快速达临界控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种核反应堆换料启动快速达临界控制方法，包括包括以下步骤：
S1、在反应堆换料后处于热停状态，确定堆芯的状态满足初始要求；
S2、以27m3/h±0.5m3/h的大流量对堆芯进行稀释处理；
当稀释到一回路硼浓度CB(一回路)＝CBCRI R130或者中子倒计数率达到0.1时，停止稀释；其中CBCRI R130为R棒组在130步时的理论临界硼浓度；
S3、提升R棒组外的其他棒组；
S4、提升R棒组，将R棒组棒位从5步提升到130步，直到达临界。
优选地，步骤S1中，所述初始要求包括：
反应堆处在蒸发器冷却正常停堆模式；
反应堆主回路系统的初始硼浓度CB为：2300ppm≤CB＜2500ppm；
反应堆主回路系统的平均温度控制在
Figure BDA0003047420550000021
反应堆主回路系统的压力控制在154bar±1bar范围内；
控制棒棒位要求：停堆安全棒组SB/SC/SD提到225步，停堆安全棒组SA、温度控制棒组R和功率控制棒组G1/G2/N1/N2均插入最低位置的5步。
优选地，步骤S2中，在稀释前，记录堆芯状态参数，包括：中子计数率，根据一回路的初始硼浓度计算确定稀释用水量。
优选地，该步骤S3在大流量稀释后硼浓度等待均匀的时间内进行。
优选地，步骤S3包括：
将停堆安全棒组SA棒位从5步提升到225步，在提棒过程中记录源量程的计数，并建立提棒棒位和中子计数率的倒数曲线，进行中子倒计数率外推临界计算；
以叠步方式将功率控制棒组G1/G2/N1/N2棒位从0步提升到615步，在提棒过程中记录源量程的计数，并建立提棒棒位和中子计数率的倒数曲线，进行中子倒计数率外推临界计算。
优选地，步骤S4中，提升R棒组之前，记录堆芯的状态参数，包括：中子计数率，确定此刻R棒组为5步的堆芯状态是倒计数率的基准数率。
优选地，将R棒组棒位从5步开始提升，进行中子倒计数率外推临界计算；以预计反应堆的达临界状态，将R棒组棒位提升到130步，直到达临界。
优选地，若R棒组提升到130步时没有达临界，则继续提升R棒组到225步，在提升过程中达临界。
优选地，若R棒组提升到堆顶225步时仍没有达到临界，将R棒组插回至130步的棒位上，并进行5m3/h的慢速稀释，然后继续提升R棒组，直到达临界。
优选地，在慢速稀释后，使一回路硼浓度与稳压器中硼浓度差小于20ppm，即：CB(一回路)-CB(稳压器)＜20ppm。
本发明的核反应堆换料启动快速达临界控制方法，先进行稀释再进行提棒，避免稀释达临界，提高安全性；由于次临界度较深，采用大流量稀释，不需等待均匀，能够确保一次提R棒达临界，缩短达临界时间；提棒达临界130步(区别170步)，确保机组一次达临界，减少多次达临界的相关操作，缩短达临界的时间。
本发明以大流量稀释省去了常规方法的中、慢速稀释，优化流程，操作更加简单便捷。
此外，在R棒为5步开始提棒达临界时就开始做外推，所以选取计数率点较多，外推的线性度好，可准确预估临界状态。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明的核反应堆换料启动快速达临界控制方法的流程示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
本发明的核反应堆换料启动快速达临界控制方法，适用于百万千瓦级机组的核反应堆换料启动快速达临界。
参考图1，本发明的核反应堆换料启动快速达临界控制方法，包括以下步骤：
S1、在反应堆换料后处于热停状态，确定堆芯的状态满足初始要求。
初始要求包括：
反应堆处在蒸发器冷却正常停堆模式(NS/SG)；
反应堆主回路系统的初始硼浓度CB为：2300ppm≤CB＜2500ppm；
反应堆主回路系统的平均温度控制在
Figure BDA0003047420550000041
(即控制在2914℃，并可上下分别浮动2℃和1℃)；
反应堆主回路系统的压力控制在154bar±1bar范围内；
控制棒棒位要求：停堆安全棒组SB/SC/SD提到225步(堆顶)，停堆安全棒组SA、温度控制棒组R和功率控制棒组G1/G2/N1/N2均插入最低位置的5步。
S2、以27m3/h±0.5m3/h的大流量对堆芯(一回路硼浓度)进行稀释处理。
当稀释到一回路硼浓度CB(一回路)＝CBCRI R130或者中子倒计数率达到0.1(即N0/N＝0.1)时，停止稀释。其中CBCRI R130为R棒组在130步时的理论临界硼浓度。
在稀释前，记录堆芯状态参数，包括：中子计数率，根据一回路的初始硼浓度计算确定稀释用水量(除盐水量)。
在稀释处理中，由于采用大流量进行稀释，能够实现快速稀释。
由于是次临界度很深，停止稀释后反应堆主回路系统的硼浓度达到均匀化，不影响后续操作。
S3、提升R棒组外的其他棒组。
该步骤S3在大流量稀释后硼浓度等待均匀的时间内进行，其具体可包括：
将停堆安全棒组SA棒位从5步提升到225步，在提棒过程中记录源量程的计数，并建立提棒棒位和中子计数率的倒数曲线，进行中子倒计数率外推临界计算。
以叠步方式将功率控制棒组G1/G2/N1/N2棒位从0步提升到615步，在提棒过程中记录源量程的计数，并建立提棒棒位和中子计数率的倒数曲线，进行中子倒计数率外推临界计算。
S4、提升R棒组，将R棒组棒位从5步提升到130步，直到达临界。
其中，在提升R棒组之前，记录堆芯的状态参数，包括：中子计数率；确保一回路硼浓度稀释均匀(大流量稀释后均匀)，其中一回路硼浓度与稳压器中硼浓度差小于20ppm，即：CB(一回路)-CB(稳压器)＜20ppm。通过中子计数率确定此刻R棒组为5步的堆芯状态是倒计数率的基准数率(根据基准计数率进行1/M重新归一)。
具体地，将R棒组棒位从5步开始提升，进行中子倒计数率外推临界计算；以预计反应堆的达临界状态，将R棒组棒位提升到130步，直到达临界，实现机组一次达临界，减少多次达临界的相关操作，可缩短达临界的时间。
其中，由于在R棒组棒位为5步开始提棒达临界时就开始做外推，所以选取计数率点较多，外推的线性度好，可准确预估临界状态。
步骤S4还包括以下情况(发生概率小)：
S4.1、若R棒组提升到130步时没有达临界，则继续提升R棒组到225步，在提升过程中达临界。
S4.2、若R棒组提升到堆顶225步时仍没有达到临界，将R棒组插回至130步的棒位上，并进行5m3/h的慢速稀释，然后继续提升R棒组，直到达临界(包括在提升过程中达临界)。稀释水量由225步到130步之间所对应的棒价值确定。
S4.3、若在慢速稀释后继续提升R棒组至225步仍没有达临界，重复步骤S4.2，直到达临界。
在慢速稀释后，使一回路硼浓度与稳压器中硼浓度差小于20ppm，即：CB(一回路)-CB(稳压器)＜20ppm，确保稀释均匀，防止由于不均匀导致引入反应性。
重复上述提棒达临界过程，直至反应堆出现稳定的的正周期为止。此时反应堆状态为超临界状态，需要根据周期对应的反应性将R棒组所需的下插步骤计算出来，将R棒组下插相应的步数，使反应堆恰好达到临界状态，记录此时的堆芯状态参数。
根据反应堆的物理原理，临界情况下堆芯的反应性为0，可得如下关系式：
ρ总＝ρ燃料+ρ棒+ρ氙+ρ钐+ρ功+ρ温+ρ硼＝0
所以，次临界状态：
ρ总次＝ρ燃料1+ρ棒1+ρ氙1+ρ钐1+ρ功1+ρ温1+ρ硼1
ρ总临＝ρ燃料2+ρ棒2+ρ氙2+ρ钐2+ρ功2+ρ温2+ρ硼2
△ρ总＝ρ总临-ρ总次＝0
△ρ总＝△ρ燃料+△ρ棒+△ρ氙+△ρ钐+△ρ功+△ρ温+△ρ硼
其中：
△ρ燃料+△ρ氙+△ρ钐+△ρ功+△ρ温≈0
所以：
△ρ总＝△ρ棒+△ρ硼
次临界情况下，堆芯是负反应性。在逼近临界的过程中，只有两种方式可以改变反应性，一种是提棒，另一种是稀释来补偿正反应性，使得堆芯达到临界状态。
根据上述原理，本发明通过棒位和硼浓度的变化来引入反应性，使得堆芯逐步临界。将稀释置于提棒之前，可避免稀释达临界，提高了安全性；采用大流量稀释，与现有需要多步不同流量稀释方式相比缩短了达临界的时间；将提棒达临界做为主要达临界的方式，在实行外推法渐进式达临界过程中，线性度度更好，更容易确定临界的状态。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种核反应堆换料启动快速达临界控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在反应堆换料后处于热停状态，确定堆芯的状态满足初始要求；
S2、以27m3/h±0.5m3/h的大流量对堆芯进行稀释处理；
当稀释到一回路硼浓度CB(一回路)＝CBCRI R130或者中子倒计数率达到0.1时，停止稀释；其中CBCRI R130为R棒组在130步时的理论临界硼浓度；
S3、提升R棒组外的其他棒组；
S4、提升R棒组，将R棒组棒位从5步提升到130步，直到达临界。
2.根据权利要求1所述的核反应堆换料启动快速达临界控制方法，其特征在于，步骤S1中，所述初始要求包括：
反应堆处在蒸发器冷却正常停堆模式；
反应堆主回路系统的初始硼浓度CB为：2300ppm≤CB＜2500ppm；
反应堆主回路系统的平均温度控制在
Figure FDA0003047420540000011
反应堆主回路系统的压力控制在154bar±1bar范围内；
控制棒棒位要求：停堆安全棒组SB/SC/SD提到225步，停堆安全棒组SA、温度控制棒组R和功率控制棒组G1/G2/N1/N2均插入最低位置的5步。
3.根据权利要求1所述的核反应堆换料启动快速达临界控制方法，其特征在于，步骤S2中，在稀释前，记录堆芯状态参数，包括：中子计数率，根据一回路的初始硼浓度计算确定稀释用水量。
4.根据权利要求1所述的核反应堆换料启动快速达临界控制方法，其特征在于，该步骤S3在大流量稀释后硼浓度等待均匀的时间内进行。
5.根据权利要求1所述的核反应堆换料启动快速达临界控制方法，其特征在于，步骤S3包括：
将停堆安全棒组SA棒位从5步提升到225步，在提棒过程中记录源量程的计数，并建立提棒棒位和中子计数率的倒数曲线，进行中子倒计数率外推临界计算；
以叠步方式将功率控制棒组G1/G2/N1/N2棒位从0步提升到615步，在提棒过程中记录源量程的计数，并建立提棒棒位和中子计数率的倒数曲线，进行中子倒计数率外推临界计算。
6.根据权利要求1所述的核反应堆换料启动快速达临界控制方法，其特征在于，步骤S4中，提升R棒组之前，记录堆芯的状态参数，包括：中子计数率，确定此刻R棒组为5步的堆芯状态是倒计数率的基准数率。
7.根据权利要求6所述的核反应堆换料启动快速达临界控制方法，其特征在于，将R棒组棒位从5步开始提升，进行中子倒计数率外推临界计算；以预计反应堆的达临界状态，将R棒组棒位提升到130步，直到达临界。
8.根据权利要求7所述的核反应堆换料启动快速达临界控制方法，其特征在于，若R棒组提升到130步时没有达临界，则继续提升R棒组到225步，在提升过程中达临界。
9.根据权利要求8所述的核反应堆换料启动快速达临界控制方法，其特征在于，若R棒组提升到堆顶225步时仍没有达到临界，将R棒组插回至130步的棒位上，并进行5m3/h的慢速稀释，然后继续提升R棒组，直到达临界。
10.根据权利要求9所述的核反应堆换料启动快速达临界控制方法，其特征在于，在慢速稀释后，使一回路硼浓度与稳压器中硼浓度差小于20ppm，即：CB(一回路)-CB(稳压器)＜20ppm。
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