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一种百万千瓦级核电站的压 水反应堆首次临界的控制方法

阅读：422发布：2020-05-12

专利汇可以提供一种百万千瓦级核电站的压水反应堆首次临界的控制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了一种百万千瓦级核电站的压水反应堆首次临界的控制方法，包括以下步骤：反应堆换料处理后，进行提棒处理，使R棒的最终棒位为170步，其他棒的最终棒位为225步；提棒处理后，对反应堆芯进行稀释处理，当中子倒计数率＝0.1或一回路中CB(mes)＝CBCRI外推+10ppm中的任一条件满足时，停止稀释处理；调整R棒的棒位≥150步，直至达到首次临界。本发明提供的百万千瓦级核电站的压水反应堆首次临界的控制方法，有效彻底解决了换料后反应堆提R棒从170步至顶(简称“一次提R棒”)仍不能一次成功达临界的问题。，下面是一种百万千瓦级核电站的压水反应堆首次临界的控制方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种百万千瓦级核电站的压水反应堆首次临界的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
反应堆换料处理后，进行提棒处理，使R棒的最终棒位为170步，其他棒的最终棒位为
225步；
提棒处理后，对反应堆芯进行稀释处理，当中子倒计数率＝0.1或一回路中CB(mes)＝CBCRI外推+10ppm中的任一条件满足时，停止稀释处理，其中，CB(mes)为实际测得一回路中的硼浓度值，CBCRI外推为外推临界硼浓度；
调整R棒的棒位≥150步，直至达到首次临界。
2.如权利要求1所述的百万千瓦级核电站的压水反应堆首次临界的控制方法，其特征在于，所述调整R棒的棒位≥150步，直至达到首次临界的步骤中，包括以下步骤：检测是否达到临界状态，若稀释处理后达临界，则保持R棒的棒位不变；若稀释处理后没达临界，则提R棒的棒位至≥150步，直至达到首次临界。
3.如权利要求2所述的百万千瓦级核电站的压水反应堆首次临界的控制方法，其特征在于，所述调整R棒的棒位≥150步，直至达到首次临界的步骤中，当稀释处理后超临界，且R棒的棒位＜150步时，对R棒进行提棒处理，同时提高一回路中的硼浓度，直至R棒的棒位≥
150步。
4.如权利要求3所述的百万千瓦级核电站的压水反应堆首次临界的控制方法，其特征在于，所述提高一回路中的硼浓度的步骤中，以＜500L/小时的速率添加硼酸水溶液，直至R棒的棒位提至≥150步。
5.如权利要求2所述的百万千瓦级核电站的压水反应堆首次临界的控制方法，其特征在于，所述调整R棒的棒位≥150步，直至达到首次临界的步骤中，当提R棒的棒位至225步后，仍然没有达到临界状态时，下插R棒的棒位至170步；然后再次进行稀释处理，直至达到首次临界。
6.如权利要求5所述的百万千瓦级核电站的压水反应堆首次临界的控制方法，其特征在于，所述再次进行稀释处理，直至达到首次临界的步骤中，记录稀释处理中的N0/N，通过跟踪曲线确定是否达到临界。
7.如权利要求6所述的百万千瓦级核电站的压水反应堆首次临界的控制方法，其特征在于，所述记录稀释处理中的N0/N的步骤中，每2～5分钟记录一次稀释处理中的N0/N，通过跟踪曲线确定是否达到临界。
8.如权利要求1至7任一项所述的百万千瓦级核电站的压水反应堆首次临界的控制方法，其特征在于，所述CBCRI外推的测试方法如下：
在稀释过程中，等时间间隔采集实测的中子倒计数率和硼浓度，利用最近的两个测量CRI外推
点进行线性外推，获得外推临界硼浓度CB 。
9.如权利要求8所述的百万千瓦级核电站的压水反应堆首次临界的控制方法，其特征在于，所述等时间间隔采集实测的中子倒计数率和硼浓度的步骤中，每隔10～20分钟采集一次实测的中子倒计数率和硼浓度，且每次采集中子倒计数率和硼浓度的时间间隔保持一致。
10.如权利要求1至7任一项所述的百万千瓦级核电站的压水反应堆首次临界的控制方法，其特征在于，在停止稀释处理的步骤后，还包括将稀释后的体系稳定处理，使CB(一回路)-CB(稳压器)＜20ppm，其中，CB(一回路)为一回路中的硼浓度，CB(稳压器)为稳压器中的硼浓度。

说明书全文

一种百万千瓦级核电站的压 水反应堆首次临界的控制方法

技术领域

[0001] 本发明属于反应堆技术领域，尤其涉及一种百万千瓦级核电站的压水反应堆首次临界的控制方法。

背景技术

[0002] 压水反应堆是一种轻水核反应堆，压水反应堆工作过程中，随着核反应的进行，核原料逐渐消耗，因此，需要添加部分原料，即进行换料处理。根据核安全法规《换料后反应堆首次临界试验实施(采用动态刻棒技术)》(CTSFUL052)的要求，压水反应堆换料后首次临界试验程序中，物理试验人员从反应堆换料后标准热停堆状态开始临界操作，先进行提棒操作(最终棒位：R＝170步，其它棒225步)，之后进行稀释至中子倒计数率(N0/N)＝0.1或硼浓度(CBmes)＝CB理论+30ppm立即停止(二者任一条件先满足则立即停止稀释，其中，CBmes是指实际测得的硼浓度值；CB理论是指基于模型进行模拟，计算得到的理论硼浓度值)，最后提R棒(操控棒)达临界。当反应堆首次达临界后要求R棒临界棒位不在150～190步内时，要求调整至R棒插入堆芯的价值＞100pcm。在后续的零功率物理试验的动态刻棒堆芯初始状态调整时要求：R棒插入堆芯的价值≈60pcm。在实际操作中，由于稀释停止条件的限制，多次导致无法一次提R棒达临界。而R棒首次临界棒位的要求又与之后的动态刻棒初始状态R棒棒位的要求相冲突，因此，当R棒一次提到225步仍无法临界时，需要插回170步，增加小流量稀释，多次尝试提R棒达临界，甚至出现重复三次提R棒操作才成功实现临界，导致出现先稀释又后硼化的反复操作，增加废液量及试验时间。

[0003] 据大亚湾基地提供的75次达临界数据统计(截止2017年8月)，其中，10次未能一次提R棒达临界，详细情况见下表1：

[0004] 表1

[0005]

[0006] 对上述未能一次提R棒达临界的情况进行分析，其普遍存在以下共性：稀释过程一回路硼浓度CB(mes)＝CB理论+30ppm，稀释停止，此时中子倒计数率＞0.1(即硼浓度的停止条件比中子倒计数率停止条件先达标)，在增加小流量稀释后再次提R棒反应堆达临界。由此可见，稀释过程停止过早了(第一次的实际稀释量不够)，以CB(mes)＝CB理论+30ppm的停止稀释条件控制过于保守。由于核设计软件、测量仪器的精度以及一回路硼浓度的均匀程度等因素影响，导致实测结果与理论硼浓度结果之间存在一定偏差。大亚湾基地热态零功率所有控制棒全提情况下临界硼浓度实测值与理论值的偏差情况统计见图1所示，其中，GNPS、LNPS、LNPS-II分别表示大亚湾机组、岭澳一期机组和岭澳二级机组。从图1可见，大亚湾机组和岭澳一期机组的HZP-ARO(反应堆处于零功率，一回路RCP 温度处于(289.4℃,294.4℃)，所有控制棒棒位在225步)状态临界硼浓度实测值较理论值略有偏大或相当；岭澳二期机组的HZP-ARO状态临界硼浓度实测值较理论值偏小较多，平均偏小30ppm。HZP-ARO状态时硼的微分价值约为-7pcm/ppm，30ppm对应约210pcm反应性，而R棒170步到225步的价值有限(一般约250pcm)。岭澳二期机组稀释逼近临界过程在CB(mes)＝CBCAL+30ppm时停止稀释，再叠加实测结果较理论值普遍偏低30ppm对应约210pcm，造成一次提R棒不足以补偿达临界所需的反应性，造成无法一次提R棒临界成功。

发明内容

[0007] 本发明的目的在于提供一种压水反应堆达临界过程中稀释量的控制方法，旨在解决现有技术中，压水反应堆一次提R棒达临界不成功，R棒临界棒位反复调整的问题。

[0008] 为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

[0009] 本发明提供一种百万千瓦级核电站的压水反应堆首次临界的控制方法，包括以下步骤：

[0010] 反应堆换料处理后，进行提棒处理，使R棒的最终棒位为170步，其他棒的最终棒位为225步；

[0011] 提棒处理后，对反应堆芯进行稀释处理，当中子倒计数率＝0.1或一回路中CB(mes)＝CBCRI外推+10ppm中的任一条件满足时，停止稀释处理，其中，CB(mes)为实际测得一回路中的硼浓度值，CBCRI外推为外推临界硼浓度；

[0012] 调整R棒的棒位≥150步，直至达到首次临界。

[0013] 进一步的，所述调整R棒的棒位≥150步，直至达到首次临界的步骤中，包括以下步骤：检测是否达到临界状态，若稀释处理后达临界，则保持R棒的棒位不变；若稀释处理后没达临界，则提R棒的棒位至≥150步，直至达到首次临界。

[0014] 进一步的，所述调整R棒的棒位≥150步，直至达到首次临界的步骤中，当稀释处理后超临界，且R棒的棒位＜150步时，对R棒进行提棒处理，同时提高一回路中的硼浓度，直至R棒的棒位≥150步。

[0015] 进一步的，所述提高一回路中的硼浓度的步骤中，以＜500L/小时的速率添加硼酸水溶液，直至R棒的棒位提至≥150步。

[0016] 进一步的，所述调整R棒的棒位≥150步，直至达到首次临界的步骤中，当提R棒的棒位至225步后，仍然没有达到临界状态时，下插R棒的棒位至170步；然后再次进行稀释处理，直至达到首次临界。

[0017] 进一步的，所述再次进行稀释处理，直至达到首次临界的步骤中，记录稀释处理中的N0/N，通过跟踪曲线确定是否达到临界。

[0018] 进一步的，所述记录稀释处理中的N0/N的步骤中，每2～5分钟记录一次稀释处理中的N0/N，通过跟踪曲线确定是否达到临界。

[0019] 进一步的，所述CBCRI外推的测试方法如下：

[0020] 在稀释过程中，等时间间隔采集实测的中子倒计数率和硼浓度，利用最近的两个测量点进行线性外推，获得外推临界硼浓度CBCRI外推。

[0021] 进一步的，所述等时间间隔采集实测的中子倒计数率和硼浓度的步骤中，每隔10～20分钟采集一次实测的中子倒计数率和硼浓度，且每次采集中子倒计数率和硼浓度的时间间隔保持一致。

[0022] 进一步的，在停止稀释处理的步骤后，还包括将稀释后的体系稳定处理，使CB(一回路)-CB(稳压器)＜20ppm，其中，CB(一回路)为一回路中的硼浓度，CB(稳压器)为稳压器中的硼浓度。

[0023] 本发明提供的百万千瓦级核电站的压水反应堆首次临界的控制方法，优化了达临界过程稀释水量停止的控制标准(即稀释处理停止标准)及R棒首次临界棒位要求，有效彻底解决了换料后反应堆提R棒从170步至顶(即一次提R棒)仍不能一次成功达临界的问题。将本发明提供的百万千瓦级核电站的压水反应堆首次临界的控制方法，用于大亚湾基地6台机组，实施后有效解决了一次达临界不成功问题，减少了硼化、稀释反复操作和提插R棒的次数，相应减少了废液的产生量和试验人员的工作量，同时也降低了设备故障和误操作的风险，切实有效提升了机组运行的安全水平和经济水平。结果显示，在L406、D219、L214、D119、L115、L308(其中，编号前两位表示机组，具体的，L1表示岭澳一期机组，L2表示岭澳二期机组，L3表示岭澳三期机组，L4表示岭澳四期机组，D1表示大亚湾一期机组，D2表示大亚湾二期机组；编号后两位表示换料次数。如L406表示岭澳四期机组第6次换料)大修启动物理试验中采用该标准控制R棒的临界棒位，彻底解决了R棒临界棒位反复调整情况。仅考虑一次临界不成功发生频繁的岭澳二期两台机组，大幅减少临界试验期间反应性操作约
50％，降低人因失误及相关的事故风险，大幅节省大修关键路径时间平均5小时/次大修，潜在收益约为9300万元。
附图说明

[0024] 图1是现有技术提供的大亚湾基地热态零功率所有控制棒全提情况下临界硼浓度实测值与理论值的偏差情况统计图。

具体实施方式

[0025] 为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0026] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“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。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

[0027] 本发明实施例提供一种百万千瓦级核电站的压水反应堆首次临界的控制方法，包括以下步骤：

[0028] S01.反应堆换料处理后，进行提棒处理，使R棒的最终棒位为170步，其他棒的最终棒位为225步；

[0029] S02.提棒处理后，对反应堆芯进行稀释处理，当中子倒计数率＝0.1或一回路中CB(mes)＝CBCRI外推+10ppm中的任一条件满足时，停止稀释处理，其中，CB(mes)为实际测得一回路中的硼浓度值，CBCRI外推为外推临界硼浓度；

[0030] S03.调整R棒的棒位≥150步，直至达到首次临界。

[0031] 本发明实施例提供的百万千瓦级核电站的压水反应堆首次临界的控制方法，优化了达临界过程稀释水量停止的控制标准(即稀释处理停止标准)及R棒首次临界棒位要求，有效彻底解决了换料后反应堆提R棒从170步至顶(即一次提R棒)仍不能一次成功达临界的问题。将本发明实施例提供的百万千瓦级核电站的压水反应堆首次临界的控制方法，用于大亚湾基地6台机组，实施后有效解决了一次达临界不成功问题，减少了硼化、稀释反复操作和提插R棒的次数，相应减少了废液的产生量和试验人员的工作量，同时也降低了设备故障和误操作的风险，切实有效提升了机组运行的安全水平和经济水平。结果显示，在L406、D219、L214、D119、L115、L308(其中，编号前两位表示机组，具体的，L1表示岭澳一期机组，L2表示岭澳二期机组，L3表示岭澳三期机组，L4表示岭澳四期机组，D1表示大亚湾一期机组，D2表示大亚湾二期机组；编号后两位表示换料次数。如L406表示岭澳四期机组第6次换料)大修启动物理试验中采用该标准控制R棒的临界棒位，彻底解决了R棒临界棒位反复调整情况。仅考虑一次临界不成功发生频繁的岭澳二期两台机组，大幅减少临界试验期间反应性操作约50％，降低人因失误及相关的事故风险，大幅节省大修关键路径时间平均5小时/次大修，潜在收益约为9300万元。

[0032] 具体的，上述步骤S01中，对反应对进行换料处理后，进行提棒处理。通过提棒使反应堆堆芯更加快速的接近临界状态，同时保证反应堆具备通过控制棒快速应对控制保护的能力。提棒处理使得R棒的最终棒位为170步，其他棒的最终棒位为225步。此时，可以保留部分次临界度，在稀释结束后，可以通过预留的控制棒价值，实现反应堆的快速和稳定临界。

[0033] 上述步骤S02中，在提棒处理后，需要对反应堆芯进行稀释处理。具体的通过稀释处理控制反应体系中的硼浓度，进而达到稳定体系种子水平的目的，使核反应处于稳定反应状态。而在稀释逼近临界过程中，为防止意外临界，需密切关注倒计数率的变化情况，同时不断跟踪硼浓度的变化。由于硼浓度理论计算值本身就存在一定的偏差，所以采用CB(mes)＝CB理论+30ppm时停止稀释的判断标准不太合适，且实测硼浓度结果的给出又具有一定的时间滞后性，因此，需要对现有的稀释处理终止标准进行调整。

[0034] 本发明实施例中，对反应堆芯进行稀释处理，当中子倒计数率＝0.1或一回路中CBCRI外推(mes)＝CB +10ppm中的任一条件满足时，停止稀释处理，其中，CB(mes)为实际测得一回路中的硼浓度值，CBCRI外推为外推临界硼浓度。此处，建立该标准的依据为，原标准中的硼浓度为理论计算结果，理论计算与现场实测出现较大偏离后，将导致提R棒从170步至225步仍不能一次达临界成功。调整后采用的是现场实测的硼浓度和中子倒计数率进行外推，外推的结果更加接近现场实测，避免了理论与现场实测之间的较大偏差带来的提R棒从170步至
225步仍不能一次成功达临界。调整后的优势为：调整后触发稀释停止的是中子倒计数率，则能够保证提R棒从170步至225步的范围内可以实现一次成功首次临界。

[0035] 本发明实施例在CBCRI外推的基础上，结合硼浓度结果的时间滞后性，确定以CB(mes)＝CBCRI外推+10ppm作为停止稀释处理的标准之一，稀释处理的停止时间更为准确。

[0036] 具体的，进一步的，所述CBCRI外推的测试方法如下：

[0037] 在稀释过程中，等时间间隔采集实测的中子倒计数率和硼浓度，利用最近的两个测量点进行线性外推，获得外推临界硼浓度CBCRI外推。通过该方法，可以获得实时的硼浓度，实现实测结果零偏差，进而更准确地把控稀释处理的停止时间，实现一次达临界。进一步的，所述等时间间隔采集实测的中子倒计数率和硼浓度的步骤中，每隔10～20分钟采集一次实测的中子倒计数率和硼浓度，且每次采集中子倒计数率和硼浓度的时间间隔保持一致，从而保证每两次实测结果的稳定有效。在具体实施例中，可以每隔15分钟采集一次实测的中子倒计数率和硼浓度，利用最近的两个测量点进行线性外推，获得外推临界硼浓度CBCRI外推。

[0038] 本发明实施例对反应堆芯进行稀释处理的过程中，调整了稀释处理停止时间的标准，由于稀释处理的停止时间更为准确，因此，后续步骤可以直接通过调整R棒成功实现一次达临界。具体的，稀释处理停止时间的标准调整后，触发稀释停止的是中子倒计数率，此时堆芯距离临界的次临界度可以完全被R棒170至225之间的价值所补偿，因此保证了提R棒从170步至225步的范围内可以实现一次提R棒成功首次临界。

[0039] 进一步的，在停止稀释处理的步骤后，还包括将稀释后的体系稳定处理，使CB(一回路)-CB(稳压器)＜20ppm，其中，CB(一回路)为一回路中的硼浓度，CB(稳压器)为稳压器中的硼浓度。
通过系统稳定处理，从而准确获悉稀释处理后的状态与临界状态之间的差距。具体优选的，所述体系稳定处理的方法为，将体系均匀30分钟以上，获取稀释处理后的状态。

[0040] 上述步骤S03中，在稀释处理结束后，即可通过调整R棒的棒位≥150步，直至达到首次临界，一次实现达临界。该标准的建立，结合了历史的实践经验，新标准可以规避解决之前临界后，原标准造成的R棒不必要的往复调整及不必要的往复稀释和硼化，从而大幅度的减少不必要的反应性操作，及由此可能增加的人因失误和设备失效，同时可以大幅节省大修关键路径，提升核安全的同时提高电厂的发电量和经济性。

[0041] 该步骤中，通过分析稀释处理后的状态，检测是否达到临界状态，根据检测结果，分为两种情形达到首次临界。在第一种实施例情形中，所述调整R棒的棒位≥150步，直至达到首次临界的步骤中，包括以下步骤：检测是否达到临界状态，若稀释处理后达临界，则保持R棒的棒位(170棒)不变，保持通量不变。在第一种实施例情形中，所述调整R棒的棒位≥150步，直至达到首次临界的步骤中，包括以下步骤：检测是否达到临界状态，若稀释处理后没达临界，则提R棒的棒位至≥150步，直至达到首次临界。

[0042] 对于第二种实施情形，又分为两种具体实施方式。在一些具体实施例中，稀释处理后检测是否达到临界状态，若稀释处理后没达临界，且R棒在稀释处理过程中便有发生变化，则提R棒的棒位至达到首次临界。此时，达到首次临界的R棒的棒位≥170步。在另一些实施例中，稀释处理后检测是否达到临界状态，若稀释处理后超临界，且R棒在稀释处理过程中发生变化，棒位低于150棒，则提R棒的棒位至达到首次临界。此时，达到首次临界的R棒的棒位≥150步。

[0043] 本发明实施例提供的百万千瓦级核电站的压水反应堆首次临界的控制方法，用于大亚湾基地各机组，均能实现一次达临界，大幅减少临界试验期间反应性操作约50％，降低人因失误及相关的事故风险，大幅节省大修关键路径时间平均5小时/次大修，潜在收益约为9300万元。

[0044] 然而，从技术逻辑的完整性考虑，本发明还提供了需要再次调整的实施例。具体的，作为一种情形，所述调整R棒的棒位≥150步，直至达到首次临界的步骤中，当提R棒的棒位至225步后，仍然没有达到临界状态时，下插R棒的棒位至170步；然后再次进行稀释处理，直至达到首次临界。优选的，所述再次进行稀释处理，直至达到首次临界的步骤中，记录稀释处理中的N0/N，通过跟踪曲线确定是否达到临界。具体优选的，所述记录稀释处理中的N0/N的步骤中，每2～5分钟记录一次稀释处理中的N0/N，通过跟踪曲线确定是否达到临界。

[0045] 作为另一种情形，所述调整R棒的棒位≥150步，直至达到首次临界的步骤中，当稀释处理后超临界，且R棒的棒位＜150步时，对R棒进行提棒处理，同时提高一回路中的硼浓度，直至R棒的棒位≥150步。进一步的，所述提高一回路中的硼浓度的步骤中，以＜500L/小时的速率添加硼酸水溶液，直至R棒的棒位提至≥150步。由于添加硼酸水溶液的速率越小，实现达临界越慢，因此，更优选的，所述提高一回路中的硼浓度的步骤中，以200～250L/小时的速率添加硼酸水溶液，直至R棒的棒位提至≥150步。最优选的，所述提高一回路中的硼浓度的步骤中，以250L/小时的速率添加硼酸水溶液，直至R棒的棒位提至≥150步。

[0046] 调整后的方法和标准已先后在大亚湾核电基地的L406/D219/L214/D119/L115/L307大修中成功实施，实现了一次成功达临界，解决了临界棒位标准不合理导致不必要的往复调整R棒位及往复的稀释和硼化操作，为缩短大修关键路径提升电厂的发电量和经济性贡献明显。

[0047] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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