压水反应堆达临界的外推修正

压水反应堆达临界的外推修正 压水反应堆达临界的外推修正 第31卷 2OlO 第6期 年l2月 核动力工程 NuclearPowerEngineering Vo1.31.NO.6 Dec.20l0 文章编号:0258-0926(2010)06—0093?04 压水反应堆达临界的外推修正 代前进,张估翱,詹勇杰,潘泽飞,叶国栋 (核电秦山联营有限公司,浙江海盐,3】4300) 摘要:通过外推临界状态来控制反应性引入是目前压水堆核电厂反应堆达临界的常用手段.在 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 线性 外推理论不足的基础上,运用有源,次临界状态下的中子倍增理论,对非平衡态,稀释阶段和提控制棒阶段 的中子计数进行了分析.分析结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明,在临界外推过程中,稀释的滞后效应,控制棒微分价值的非线性变 化,次临界下中子注量率的非均匀增长等因素严重影响外推临界状态.针对这些影响因素,对线性临界外推 方法提出了初步的修正方法和改进建议. 关键词:压水堆;达临界;外推;修正 中图分类号:TL375.1+2文献标识码:A 1前言 压水反应堆的初始临界主要是通过稀释一回 路冷却剂系统中的硼和提升堆芯控制棒组以引入 正反应性来实现.在反应性引入过程中,通过堆 外探测器监测到的中子计数外推控制引入反应性 的总量和速率,防止出现意外临界事故,并最终 得到临界点.目前普遍采用线性外推方法,即认 为反应性的变化和计数率变化同步.实际上,在 反应性的引入过程中,稀释的滞后效应,控制棒 微分价值的非线性变化和次临界状态下中子注量 率的非均匀增长等都会导致计数率偏离线形增 长,从而对外推的准确性产生影响,对达临界操 作十分不利. 本文运用有源,次临界状态下的中子倍增理 论,对非平衡态,稀释阶段和提控制棒阶段的中 子计数进行了分析,对目前采用的临界外推方法 提出了初步的修改建议. 2外推理论 2.1线形外推理论 根据点堆模型,有源,次临界稳定状态下中 子注量率方程为: 刀:—(1)刀=——L 1一k.fr 式中,为堆内的中子注量率,cm-2.s,,S为源强, cm-2.s, ,kefr为反应堆有效增值系数. 收稿日期:2009.09.23;修回日期2010'-05—05 在达临界过程中,通过改变硼浓度或控制棒 位置来改变fr,利用反应性变化前后中子计数 ?的相对变化进行临界外推(图1).?为提棒, 稀释前的中子计数初始值,S,;H为棒位(步) 或硼浓度(单位为ktg/go ? 图1临界外推理论曲线 Fig.1TheoreticalExtrapolationCurve 2.2实际外推过程 在反应堆实际达临界的操作过程中,反应性 的引入往往是非线性的.以秦山二期为例,达临 界操作通常被分成3个阶段(提重叠控制棒组阶 段,稀释硼浓度逼近阶段和提控制棒达临界阶段) 来实现. 提重叠控制棒组阶段,堆芯处于深度次临界 状态,控制棒组微分价值变化较大,此时的外推 结果主要用来监督堆芯状态.' 稀释硼浓度逼近临界阶段,整个反应堆从次 核动力程VO1.31.No.6.2O1O 临界状态向逼近临界状态变化.大多数情况下, 稀释需要引入l0数量级的反应性.由于硼浓度 变化引入的反应性在空间上影响较小,此阶段的 外推结果相对比较准确.但由于电站的硼化操作 系统存在一定的滞后效应,会导致外推结果产生 偏差,使外推结果不安全. 提控制棒达临界阶段,控制棒组的微分价值 非均匀变化,使用控制棒棒位进行临界外推会使 结果偏离实际值. 2.3实际外推理论 在达临界过程中,无论是在稀释硼浓度阶段 还是提升控制棒组阶段,都不断地向堆芯引入正 反应性,中子需要经历一个增长的过程后才能到 达平衡状态.根据文献[1],有源,次临界状态下 的中子增长满足式(2o ,z=一 6)] 式中,:一P,P为反应性;为第i组缓发 中子份额;缈为反应周期特性的特征 参数 转速和进给参数表a氧化沟运行参数高温蒸汽处理医疗废物pid参数自整定算法口腔医院集中消毒供应 ,s,;, 为时间,s. 式(2)表明,在有源,次临界状态下,堆内 中子的稳态与堆芯次临界的深度,反应性引人的 大小相关.在深度次临界状态下,点堆动力学方 程已不完全适用.在达临界的稀释过程中,保持 控制棒棒位不动,硼浓度连续均匀变化,对轴向 的功率分布变化影响很小.式(2)虽不可用于有 源,次临界下精确的反应性计算,但可用于堆内 中子计数变化的定性分析. 3临界外推的影响因素 3.1非平衡态分析 由式(2)可知,每次向堆芯引人反应性后, 需要一定的时间中子计数才能到达平衡态,实际 测量时得到的中子计数小于平衡状态测量到的中 子计数.且随着次临界深度的减小,达到平衡状 态所需要的时间在不断增加,当测量源量程中子 计数的时间选取不同时,会对当前外推的结果产 生不同的影响. 按式(2)计算,秦山二期ff分别为0.995, 0.996,0.998时从初始状态到达90%稳定值所需 要时间分别为31,77,162s;到达99%稳定值所 需要的时间分别为180,304,542s.有源,次临 界下的中子增长见图2.由图2可知反应性引入 的初始阶段,因瞬发中子的作用,中子注量率快 速增长到接近平衡值.一段时间后,缓发中子起 主要作用,最终到达次临界下的稳定状态. 3_2稀释阶段 稀释前,记录参考中子计数?时,堆芯处于 稳定平衡态,即JV为"实际值".稀释过程中, 因堆内中子未达到平衡态,所有计数均小于平衡 时的"实际值",则外推点N/N.,?/?2均大于 平衡状态的"实际值N/N1,N/N2"(图3).外推 临界点比"实际外推临界点"大,>,导致 不安全的外推结果.计数滞后带来的正偏差,这 种效应目前只能根据经验判断.为了防止出现安 全问题,在实际操作时应提前停止稀释,保证留 有充足的后备反应性余量. ,/ 图2有源,次临界状态下的中子增长 Fig.2NeutronIncreasingunderActiveand Sub.Critica1Condition 图3稀释的滞后效应 Fig.3DelayedEffectionofDilution 稀释的硼水从主回路管道到达堆芯需要的时 问和堆芯均匀所需要的时间存在一定的滞后效 应.同时,由于取样管线设置在堆芯冷却剂出口 管线上,对堆芯硼浓度的化学取样分析也存在一 定的滞后.这两个效应都为正效应,结果导致无 论是根据稀释水量理论计算的硼浓度,还是化学 取样的实测硼浓度,都高于堆芯完全稳定后的实 代前进等:水反应堆达临界的外推修正95 际硼浓度. 根据对秦山二期近几个燃料循环的历史数据统计 结果的分析,在大流量稀释后,堆芯实际硼浓度 比获取的硼浓度要低10,15ug/g,小流量稀释后, 实际硼浓度比获取的硼浓度要低约5g(表1). 表1硼浓度偏差 TablelDeviationofBoronConcentration 计算值'取样值实际值取样偏差 燃料循环稀释速率 /ugg'/ug'g./ug'g/ug'g一 UlC6大流量1676167ll65813 UlC7大流量170l1692l67913 U2C4大流量l6781676】66313 U2C5小流量16471637l6325 U2C6小流量16801674l6731 注:?为停止稀释时,按照稀释水量计算得到的堆芯硼浓度; ?为停止稀释时,化学取样分析值;?为停止稀释时,待堆芯内冷 却剂搅浑均匀后的值. 3.3提升控制棒阶段 提控制棒达临界外推过程中,控制棒组间断 地提升向堆芯引入正反应性,在反应性发生变化 后,中子需要经历一段时间的增长后方可到达平 衡状态.在不同的次临界状态下,中子增长到达 平衡状态所需的时间不同.从源量程测量通道获 取中子计数的时间不同,其临界外推结果是不相 同(图4o图4中外推状态1代表是用于临界外 推的"实际值",是提升控制棒操作前后均达到稳 定状态后获取的中子计数;外推状态2代表提升 控制棒操作前的状态点为非稳定状态,而提升控 制棒操作后的状态点为稳定状态,临界外推呈负 偏差的现象;外推状态3代表提升控制棒操作前 的状态点是稳定的,提升控制棒操作后的状态点 未达到稳定状态,临界外推呈正偏差.临界外推 图4提棒外推的波动 Fig.4FluctuationofExtrapolation 点成折线状在上下波动. 在提升控制棒达临界过程中,控制棒组微分 价值随控制棒捧位的变化是非线性的.控制棒捧 位不同,每次提升控制棒组向堆芯引入的反应性 大小和扰动不同,导致提升控制棒时临界外推结 果发生偏离. 4临界外推修正 4.1非平衡态修正 根据计算的稳定时间,指导提升控制棒达临 界的提升控制棒方式.在每次提棒操作后,需要 等待一段时间待中子增长趋于稳定后再进行中子 计数的测量.这个等待~,-tl可需要给外推保留一定 的余量,防止出现提前l临界,这里主要需考虑缓 发中子的半衰期.第1组缓发中子半衰期为80S; 第2组为33S;在反应堆越接近临界状态,缓发 中子的效应也越加明显,但工程上不可能给予太 长的等待时间.在实际提升控制棒的操作中,等 待时间以第2组缓发中子3个半衰期的时间100S 为宜. 4.2稀释阶段修正 根据前述分析的结果可知,在稀释阶段的影 响为正效应.秦山二期在进行临界外推时,对计 算采用的稀释后硼浓度加上l0,15g的修正, 以防止稀释后取样分析硼浓度不准确而导致不安 全的临界外推. 4.3提升控制棒阶段修正. 对于控制棒组微分价值的非均匀性,需将控 制棒的理论积分价值作为外推变量.在实际操作 中,控制棒棒位取棒组的微分价值均匀性非常好 的区域,即棒组积分价值非常好的线性段,进行 以棒位为变量的临界外推.外推时,要求堆内最 好只有一束控制棒组件. 5结论 通过对达临界各阶段影响外推结果的因素进 行分析,对稀释的滞后效应,控制棒棒组微分价 值的非均匀性和次临界下中子注量率增长等提出 了初步的修正方法和改进建议.对秦山二期 U1C6,U1C7,U2C5,U2C6循环的启动试验过 程进行的计算表明,这些修整和改进对提高反应 堆达临界操作的监测有一定的意义. (下转第】O1页) 施卫华等:秦…第二核电厂升/降负荷时硼化稀释量{1'算l0l ForecastDilutionorBorationValueduring ProcessinQinshanProject PowerChanging一一 Il SHIWei—huan,PANZe—fei,YEGuo—dong (NuclearPowerQinshanJointVentureCompanyLimited,Haiyan,Zhejiang,314300,China ) Abstract:Duringthepowerchangingprocessinthenuclearpowerplant,inordertocontrolthe power distributionalongtheaxialdirectionandtocompensatethedynamicreactivity.theboronconc entrationhasto beadjusted.besidestheadjustmentofthecontrolrods.Thispaperestablishedadilutionandbo rationmodel byusingSIMUL1NKtoforecastthespeedandtheamountofdilutionorboronationduringpo werchanging process.ItalsocomparedtheforecastvaluewiththeactualvalueinOinshanphaseIIandmaxi mumrelative errorispercent5.2. Keywords:Nuclearpowerplant,Boronation,Dilution,Boronconcentration 作者简介: 施卫华(1975一),男,高级工程师.2008年毕业于上海交通大学核工程专业,获硕士 学位.现从事反应堆运行管 理工作. 潘泽飞(1965一).男,研究员级高级工程师.1988年毕业于西南民族学院数学专业, 获学士学位.现从事反应堆 物理试验与燃料管理工作. 叶国栋(198O一),男,工程师.2002年毕业于西安交通大学核工程专业,获学士学位. 现从事反应堆物理试验与 燃料管理工作. (责任编辑:张明军) (上接第95页) 参考文献:倍增公式【J].核科学与工程.2004,22(4):336.338 【1】蔡章生,张帆,蔡琦.考虑6组缓发中子效应的中子 ExtrapolaionModificationofPhysicalart—upofReactors DAIQian-jin,ZHANGJi—ao,ZHANYong~ie,PANZe—fei,YEGuo-dong (NuclearPowerQinshanJointVentureCompanyLimited,Haiyan,Zhejiang,314300,China ) Abstract:TheresultofextrapolationiSveryimportanttothephysicalstart— up,anditiSusedtocontrolthe speedandquantityofthereactivity.Usingtheneutronmultiplicationformulaforactiveandsu b.critical condition,thenon— balancesituationofneutroncounts,thedilution,andtheliftingofbanksareanalyzed.The resultsshowthatthedelayedeffectofdilution,thenon— linearityoftheintegralworthofthecontrol?rods,and thenon— linearincreaseofthefluxhavegreateriectsontheaccuracyoftheextrapolation.Weconsiderth ose effectsandgivesomeadvicesonthemodificationoftheextrapolation. KeyWOrds:PWR,Physicaistart—up,Extrapolation,Modification 作者简介: 代前进(1983一),男, 验与燃料管理工作. 张估翱(1979一),男, 燃料管理工作. 工程师.2006年毕业于清华大学核工程与核技术专业,获学士学位.现从事反应堆 物理试 工程师.2005年毕业于上海交通大学核工程专业,获硕士学位.现从事反应堆物理 试验与 詹勇杰(1979一),男,工程师.2001年毕业于南京大学核物理专业,获学士学位.现从 事反应堆物理试验与燃料 管理工作. (责任编辑:黄可东)