CN114758803A - 一种适用于球床式高温气冷堆的不停堆换料计算方法 - Google Patents

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CN114758803A CN202210409226.1A CN202210409226A CN114758803A CN 114758803 A CN114758803 A CN 114758803A CN 202210409226 A CN202210409226 A CN 202210409226A CN 114758803 A CN114758803 A CN 114758803A
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李志容
罗勇
李海穹
刘福成
贺启超
王栋栋
刘峰峰
孙福瑞
韩芳
蔡新可
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Abstract

本发明提供一种适用于球床式高温气冷堆的不停堆换料计算方法，包括：确定影响换料管理的换料参数；在一个倒料周期内，使得高温气冷堆的反应性增量ρt1与高温气冷堆的反应性减量ρt2之间的差值△ρ＝ρt2‑ρt1＝0，并使得有效增殖因数的平均值
Figure DDA0003603452340000011
基于不同的倒料周期以及不同的控制棒棒位建立矩阵预测模型；根据所述矩阵预测模型在由倒料周期和控制棒棒位张成的二维空间中获得△ρ＝0的第一曲线；由第一曲线和第二曲线的交点确定目标倒料周期和目标控制棒棒位。本申请实施例的一个技术效果在于，设计合理，能够准确计算球床式高温气冷堆的不停堆换料的目标倒料周期和目标控制棒棒位，有助于保证高温气冷堆安全且稳定的运行。

Description

一种适用于球床式高温气冷堆的不停堆换料计算方法
技术领域
本发明属于高温气冷堆堆芯物理计算技术领域，具体涉及一种适用于球床式高温气冷堆的不停堆换料计算方法。
背景技术
在民用核能发电领域，比较常见的换料方式有停堆换料方式(例如压水堆)以及不停堆换料方式(CANDU型重水堆)。
压水堆有自身成熟的换料计算方法和计算软件，换料计算的过程是计算堆型坐标定点处燃料组件燃耗，从而确定需要更换的燃料组件的位置等信息。而不停堆换料的重水堆的换料方式为间歇式不停堆换料，大约每周换料两到三次。由于其堆芯组件可定位，所以也可实现类似于压水堆的定点坐标燃料元件处的换料。在换料计算的本质和相似度上，重水堆和压水堆的计算方法和流程较为相似。
但是，目前的球床式高温堆由于堆型差异，主要表现出以下特点：
1)、燃料元件在球床内无法精确定位。
2)、堆芯的过剩反应性较小，需要频繁换料，频度为时刻需要换料，即要求换料的频度要远大于重水堆的每周两到三次，且与运行参数相关。
鉴于球床式高温堆的以上特点，压水堆的换料计算和重水堆的换料计算方法均不适用于球床式高温气冷堆。因此，亟需一种适用于球床式高温气冷堆的不停堆换料计算方法，以对球床式高温气冷堆进行不停堆的换料计算。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种适用于球床式高温气冷堆的不停堆换料计算方法的新技术方案。
根据本申请实施例的第一方面，提供了一种适用于球床式高温气冷堆的不停堆换料计算方法，包括：
步骤S1，确定影响换料管理的换料参数，其中，换料参数包括换料速度和控制棒棒位，根据换料速度可换算获得倒料周期；
步骤S2，在一个倒料周期内，使得高温气冷堆的反应性增量ρt1与高温气冷堆的反应性减量ρt2之间的差值△ρ＝ρt2-ρt1＝0，并使得有效增殖因数的平均值
Figure BDA0003603452320000021
其中，
Figure BDA0003603452320000022
步骤S3，基于不同的倒料周期以及不同的控制棒棒位建立矩阵预测模型；
步骤S4，根据所述矩阵预测模型在由倒料周期和控制棒棒位张成的二维空间中获得△ρ＝0的第一曲线，并获得
Figure BDA0003603452320000023
的第二曲线；
步骤S5，由第一曲线和第二曲线的交点确定目标倒料周期和目标控制棒棒位。
可选地，在步骤S1中，所述换料参数还包括高温气冷堆的功率和新燃料份额，且所述高温气冷堆的功率以及所述新燃料份额均为定量。
可选地，根据高温气冷堆的功率设置高温气冷堆中的氙浓度。
可选地，所述控制棒包括安全棒、补偿棒和调节棒，所述安全棒和补偿棒均位于上限位；
所述控制棒棒位为所述调节棒的平均棒位。
可选地，所述换料参数为四个，分别为换料速度、控制棒棒位、高温气冷堆的功率和新燃料份额；
四个换料参数相互耦合，其中，所述高温气冷堆的功率以及所述新燃料份额均为固定参数；所述换料速度和所述控制棒棒位均为变化参数。
可选地，在步骤S2中，
在预设时间段dt，所述高温气冷堆的状态保持不变，dt时间内的高温气冷堆的反应性增量为：
dρ+＝F(t,v,f,ε,BUdis)dt；
其中，F为高温气冷堆的反应性增加率的函数形式；t为时间；v为换料速度；f为新燃料份额；ε为燃料富集度；BUdis为卸料燃耗。
可选地，dt时间内的高温气冷堆的反应性减量为：
dρ-＝-G(t,p,ε,BU)dt；
其中，G为高温气冷堆的反应性减小率的绝对值的函数形式；t为时间；P为高温气冷堆的功率；BU为高温气冷堆的功率的平均燃耗。
可选地，在一个时间段Δt中，临界状态下，高温气冷堆的反应性增量与高温气冷堆的反应性减量满足如下条件：
Figure BDA0003603452320000031
可选地，新燃料份额为预设时间段内高温气冷堆的堆芯顶部投入的新燃料球数占投入总球数的份额，其中，投入总球数与卸出总球数相等。
可选地，在步骤S3中，由倒料周期和控制棒棒位张成的二维空间中通过二次差值的方法获得△ρ＝0的第一曲线，并获得
Figure BDA0003603452320000032
的第二曲线。
本申请实施例的一个技术效果在于：
在本申请实施例中，该适用于球床式高温气冷堆的不停堆换料计算方法，设计合理，能够准确计算球床式高温气冷堆的不停堆换料的目标倒料周期和目标控制棒棒位，从而能够在目标倒料周期和目标控制棒棒位对高温气冷堆进行换料，有助于保证高温气冷堆安全且稳定的运行。
附图说明
图1为本发明一实施例的一种适用于球床式高温气冷堆的不停堆换料计算方法的流程图；
图2为本发明一实施例的一种keff与t的关系示意图；
图3为某反应堆固定某一功率水平、新燃料份额时的△ρ、
Figure BDA0003603452320000041
计算结果示意图；
图4是与图3同状态下的△ρ＝0、
Figure BDA0003603452320000042
的二维曲线示意图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。
下面将详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
如图1至图4所示，本申请实施例提供一种适用于球床式高温气冷堆的不停堆换料计算方法，其用于对高温气冷堆的不停堆换料的目标倒料周期和目标控制棒棒位进行计算，从而对高温气冷堆的不停堆换料进行指导，以更安全地确定高温气冷堆的运行。
具体地，该包括适用于球床式高温气冷堆的不停堆换料计算方法：
步骤S1，确定影响换料管理的换料参数，其中，换料参数包括换料速度和控制棒棒位，根据换料速度可换算获得倒料周期。通过对影响换料管理的换料参数的确定，以便于在改变反应堆的控制棒的棒位以及换料周期时便于建立矩阵预测模型。
需要说明的是，参见图2所示，仅保持一段时间内的高温气冷堆的反应性增量和减小量平衡，并不能保持高温气冷堆稳定连续运行，即图2中最上面和最下面的两条折线不能维持高温气冷堆的功率稳定运行，须倒料周期内的有效增殖因数的平均值
Figure BDA0003603452320000051
步骤S2，在一个倒料周期内，使得高温气冷堆的反应性增量ρt1与高温气冷堆的反应性减量ρt2之间的差值△ρ＝ρt2-ρt1＝0，并使得有效增殖因数的平均值
Figure BDA0003603452320000052
其中，
Figure BDA0003603452320000053
步骤S3，基于不同的倒料周期以及不同的控制棒棒位建立矩阵预测模型。
步骤S4，根据所述矩阵预测模型在由倒料周期和控制棒棒位张成的二维空间中获得△ρ＝0的第一曲线，并获得
Figure BDA0003603452320000054
的第二曲线；步骤S5，由第一曲线和第二曲线的交点确定目标倒料周期和目标控制棒棒位。
在本申请实施例中，该适用于球床式高温气冷堆的不停堆换料计算方法，设计合理，能够准确计算球床式高温气冷堆的不停堆换料的目标倒料周期和目标控制棒棒位，从而能够在目标倒料周期和目标控制棒棒位对高温气冷堆进行不停堆换料，有助于保证高温气冷堆安全且稳定的运行。
需要说明的是球床式高温堆不停堆换料计算的目的就是要筛选出换料速度、控制棒棒位、高温气冷堆的功率和新燃料份额共四种参数的组合，使得高温气冷堆可以在临界状态下安全稳定运行。
可选地，在步骤S1中，所述换料参数还包括高温气冷堆的功率和新燃料份额，且所述高温气冷堆的功率以及所述新燃料份额均为定量。
在上述实施方式中，通过将高温气冷堆的功率和新燃料份额作为换料参数，同时，高温气冷堆的功率以及所述新燃料份额均为定量，有助于在倒料周期和控制棒棒位变化时能够准确地获取矩阵预测模型，从而便于根据矩阵预测模型计算目标倒料周期和目标控制棒棒位。
可选地，根据高温气冷堆的功率设置高温气冷堆中的氙浓度。
在上述实施方式中，在目标倒料周期和目标控制棒棒位的计算中，当高温气冷堆的功率水平直接由当前状态点的功率跳变到设定的功率值时，由于氙浓度动态变化的影响，高温气冷堆的反应性会发生明显的波动。因此，在实际计算中，直接根据高温气冷堆的功率值设定对应的氙浓度，以较好地避免氙毒动态过程对计算的干扰，计算结果更加准确。
可选地，所述控制棒包括安全棒、补偿棒和调节棒，所述安全棒和补偿棒均位于上限位；
所述控制棒棒位为所述调节棒的平均棒位。
在上述实施方式中，有利于通过控制调节棒的平均棒位实现矩阵预测模型的建立，从而便于实现对目标控制棒棒位的计算。
可选地，所述换料参数为四个，分别为换料速度、控制棒棒位、高温气冷堆的功率和新燃料份额；
四个换料参数相互耦合，其中，所述高温气冷堆的功率以及所述新燃料份额均为固定参数；所述换料速度和所述控制棒棒位均为变化参数。
在上述实施方式中，通过四个换料参数相互耦合，并将高温气冷堆的功率以及所述新燃料份额设置为固定参数；同时将换料速度和所述控制棒棒位均为变化参数，有助于实现基于不同的倒料周期以及不同的控制棒棒位建立准确的矩阵预测模型，并根据矩阵预测模型在由倒料周期和控制棒棒位张成的二维空间中获得△ρ＝0的第一曲线，并获得
Figure BDA0003603452320000071
的第二曲线，然后由第一曲线和第二曲线的交点确定目标倒料周期和目标控制棒棒位，计算方式简单，计算结果准确。
可选地，在步骤S2中，
在预设时间段dt，所述高温气冷堆的状态保持不变，dt时间内的高温气冷堆的反应性增量为：
dρ+＝F(t,v,f,ε,BUdis)dt；
其中，F为高温气冷堆的反应性增加率的函数形式；t为时间；v为换料速度；f为新燃料份额；ε为燃料富集度；BUdis为卸料燃耗。
在上述实施方式中，由于f为新燃料份额；ε为燃料富集度；BUdis为卸料燃耗均为定值，因此，根据上式能够快速计算换料速度与高温气冷堆的反应性增量之间的关系。也即，倒料周期与高温气冷堆的反应性增量之间的关系。
可选地，dt时间内的高温气冷堆的反应性减量为：
dρ-＝-G(t,p,ε,BU)dt；
其中，G为高温气冷堆的反应性减小率的绝对值的函数形式；t为时间；P为高温气冷堆的功率；BU为高温气冷堆的功率的平均燃耗。
在上述实施方式中，P为高温气冷堆的功率；BU为高温气冷堆的功率的平均燃耗均为定值，因此，根据上式能够快速计算高温气冷堆的反应性减量。因此，可通过使得高温气冷堆的反应性增量与高温气冷堆的反应性减量相等，获得高温气冷堆处于稳定的临界状态的一个必要调节。
可选地，在一个时间段Δt中，临界状态下，高温气冷堆的反应性增量与高温气冷堆的反应性减量满足如下条件：
Figure BDA0003603452320000081
在上述实施方式中，通过使得高温气冷堆的反应性增量与高温气冷堆的反应性减量相等，通过采用不同的控制棒棒位，即可计算出高温气冷堆的依据倒料周期与△ρ＝0之间的关系。
当然，上述函数中都没有考虑氙动态的影响，但是由于是极短的时间间隔，可以认为高温气冷堆的主要参数保持不变，因此可以忽略氙动态引入的反应性。
可选地，新燃料份额为预设时间段内高温气冷堆的堆芯顶部投入的新燃料球数占投入总球数的份额，其中，投入总球数与卸出总球数相等。这使得新燃料份额能够更好地确定，保证适用于球床式高温气冷堆的不停堆换料计算方法的准确性。
可选地，在步骤S3中，由倒料周期和控制棒棒位张成的二维空间中通过二次差值的方法获得△ρ＝0的第一曲线，并获得
Figure BDA0003603452320000082
的第二曲线。
在上述实施方式中，通过二次差值的方法获得△ρ＝0的第一曲线，并获得
Figure BDA0003603452320000083
的第二曲线，比较简单，有利于简化计算过程。
在一个具体地实施方式中，首先，明确四个换料参数，即高温气冷堆的功率、换料速度(其中，可以通过换料速度计算倒料周期)、新燃料份额、调节棒的平均棒位。
其次，确定维持高温气冷堆连续稳定运行的两个判据，一个是，高温气冷堆的反应性增量和高温气冷堆的减量相等；另一个是，有效增殖因数的平均值
Figure BDA0003603452320000084
再次，计算不同调节棒的平均棒位、不同倒料周期的△ρ、
Figure BDA0003603452320000091
最后，在倒料周期和调节棒的平均棒位张成的二维空间中，先通过二次插值的方法，获得分别代表△ρ＝0和
Figure BDA0003603452320000092
的两条曲线，再求得这两条曲线的交点。该交点的横、纵坐标便是目标倒料周期和目标控制棒棒位的数值。从而便于实现对高温气冷堆不停堆换料的目标倒料周期和目标控制棒棒位的控制，有利于保证高温气冷堆安全且稳定地运行。
参见图3和图4所示，图中CR代表控制棒棒位，能够基于不同的倒料周期以及不同的控制棒棒位建立矩阵预测模型，如图3所示。然后，在二维空间中获得△ρ＝0的第一曲线，并获得
Figure BDA0003603452320000095
的第二曲线，如图4所示。通过计算第一曲线和第二曲线的交点即可确定目标倒料周期和目标控制棒棒位，计算方法简单，而且计算结果准确，便于实现高温气冷堆安全且稳定地运行。
在一个具体地实施方式中，由于在球床式高温气冷堆实际运行过程中，首先给定新燃料份额和高温气冷堆的功率，然后寻找合适的控制棒棒位与换料速度的组合。
结合图2，参见图3和图4所示，对应于不同的倒料周期(即不同的换料速度)和控制棒棒位的组合，进行了一系列预测计算，并针对每一个组合统计出反应性差△ρ＝ρ3-ρ1和keff的平均值
Figure BDA0003603452320000093
在倒料周期和控制棒棒位张成的二维空间中，先通过二次插值的方法，获得分别代表△ρ＝0和
Figure BDA0003603452320000094
的两条曲线，再求得这两条曲线的交点。该交点的横、纵坐标便是最优化的倒料周期和控制棒棒位的数值。
因此，该适用于球床式高温气冷堆的不停堆换料计算方法设计合理，能够准确计算球床式高温气冷堆的不停堆换料的目标倒料周期和目标控制棒棒位，有助于保证高温气冷堆安全且稳定的运行。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种适用于球床式高温气冷堆的不停堆换料计算方法，其特征在于，包括：
步骤S1，确定影响换料管理的换料参数，其中，换料参数包括换料速度和控制棒棒位，根据换料速度可换算获得倒料周期；
步骤S2，在一个倒料周期内，使得高温气冷堆的反应性增量ρt1与高温气冷堆的反应性减量ρt2之间的差值△ρ＝ρt2-ρt1＝0，并使得有效增殖因数的平均值
Figure FDA0003603452310000011
其中，
Figure FDA0003603452310000012
步骤S3，基于不同的倒料周期以及不同的控制棒棒位建立矩阵预测模型；
步骤S4，根据所述矩阵预测模型在由倒料周期和控制棒棒位张成的二维空间中获得△ρ＝0的第一曲线，并获得
Figure FDA0003603452310000013
的第二曲线；
步骤S5，由第一曲线和第二曲线的交点确定目标倒料周期和目标控制棒棒位。
2.根据权利要求1所述的适用于球床式高温气冷堆的不停堆换料计算方法，其特征在于，在步骤S1中，所述换料参数还包括高温气冷堆的功率和新燃料份额，且所述高温气冷堆的功率以及所述新燃料份额均为定量。
3.根据权利要求1所述的适用于球床式高温气冷堆的不停堆换料计算方法，其特征在于，根据高温气冷堆的功率设置高温气冷堆中的氙浓度。
4.根据权利要求1所述的适用于球床式高温气冷堆的不停堆换料计算方法，其特征在于，所述控制棒包括安全棒、补偿棒和调节棒，所述安全棒和补偿棒均位于上限位；
所述控制棒棒位为所述调节棒的平均棒位。
5.根据权利要求1所述的适用于球床式高温气冷堆的不停堆换料计算方法，其特征在于，所述换料参数为四个，分别为换料速度、控制棒棒位、高温气冷堆的功率和新燃料份额；
四个换料参数相互耦合，其中，所述高温气冷堆的功率以及所述新燃料份额均为固定参数；所述换料速度和所述控制棒棒位均为变化参数。
6.根据权利要求1所述的适用于球床式高温气冷堆的不停堆换料计算方法，其特征在于，在步骤S2中，在预设时间段dt，所述高温气冷堆的状态保持不变，dt时间内的高温气冷堆的反应性增量为：
dρ+＝F(t,v,f,ε,BUdis)dt；
其中，F为高温气冷堆的反应性增加率的函数形式；t为时间；v为换料速度；f为新燃料份额；ε为燃料富集度；BUdis为卸料燃耗。
7.根据权利要求6所述的适用于球床式高温气冷堆的不停堆换料计算方法，其特征在于，dt时间内的高温气冷堆的反应性减量为：
dρ-＝-G(t,p,ε,BU)dt；
其中，G为高温气冷堆的反应性减小率的绝对值的函数形式；t为时间；P为高温气冷堆的功率；BU为高温气冷堆的功率的平均燃耗。
8.根据权利要求7所述的适用于球床式高温气冷堆的不停堆换料计算方法，其特征在于，
在一个时间段Δt中，临界状态下，高温气冷堆的反应性增量与高温气冷堆的反应性减量满足如下条件：
Figure FDA0003603452310000021
9.根据权利要求6所述的适用于球床式高温气冷堆的不停堆换料计算方法，其特征在于，
新燃料份额为预设时间段内高温气冷堆的堆芯顶部投入的新燃料球数占投入总球数的份额，其中，投入总球数与卸出总球数相等。
10.根据权利要求1所述的适用于球床式高温气冷堆的不停堆换料计算方法，其特征在于，在步骤S3中，由倒料周期和控制棒棒位张成的二维空间中通过二次差值的方法获得△ρ＝0的第一曲线，并获得
Figure FDA0003603452310000031
的第二曲线。
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