[发明专利]压水反应堆堆芯DNBR监测报警装置

说明书

技术领域

本发明涉及核工程领域，更具体地，涉及一种压水反应堆堆芯DNBR监测报警装置，是一种基于非线性动力学理论及其在核反应堆热工水力安全中的应用的研究所建立的具有自学习功能的智能压水反应堆堆芯DNBR监测报警装置。

背景技术

为解决人类日益增大的能源需求，核能被越来越多的使用。目前全世界核电站、核潜艇和核动力航空母舰等使用的反应堆中均以压水反应堆为主。但是，在核能和平利用的同时，安全问题亦不容忽视。在热工设计中，为了保证反应堆换热系统的安全，在堆芯中任何一点都不允许超过的限制性参数之一就是临界热流密度。对于压水反应堆而言，主要的沸腾危机机理便是偏离饱和沸腾（Departure from Nucleate Boiling, 简称DNB）。为了更好地表达这一安全要求，引入了偏离饱和沸腾比（DNB Ratio,简称DNBR）的概念来对DNB现象进行定量描述。在反应堆实际运行过程中，要求确保DNBR不能小于其阈值，这也是保护核电站第一道安全屏障（包壳）的一个必要条件。因此对堆芯DNBR的实时监测具有十分重要的意义。对DNBR的研究，涉及核反应堆工程、工程热物理、安全工程、非线性动力系统、非平衡态热力学等多个学科领域，因此有必要将换热系统视为一个动力系统，从最基本的质能传递关系式出发，围绕其非线性特征，揭示事故发生的规律，然后利用人工智能技术，综合多种相关因素，形成其安全性的有关在线监测预报的方法。

DNB是指在加热壁面高热流密度下，气泡产生率高到在气泡脱离壁面之前就形成一层汽膜覆盖在壁面上的现象。DNBR则是临界热流密度与局部热流密度的比值。压水反应堆的DNB现象是典型的非线性问题，具有多变性。受冷却剂流速、成分、系统压力、温度等多种因素的影响，某个物理量或多个物理量的瞬时值往往表现出一定的随机性。同时，由于棒的形状、大小等几何尺寸及物理性质的限制，在DNB形成过程中，各物理量在总体上还表现出一定的规律性。故此拟用非线性动力学理论来描述换热系统内部的DNB现象，这将有利于对这一非线性动力系统的传热状态和规律做出定量的判断。

在反应堆运行过程中，偏离泡核沸腾点是不能直接测量的。要实现DNBR在线监测，这就要求能进行快速的DNBR计算。目前，DNBR监测方法在核电发达国家如美国、法国等正处于发展阶段．而我国才刚刚起步。在传统的监测中，通常采用以子通道分析为基础的方法对其加以模拟和考虑。由于子通道分析程序大，计算复杂，需要占用太多的时间，不利于偏离饱和沸腾比DNBR的在线监测预报，这便使得DNBR在线监测装置的发展出现了瓶颈。虽然随后提出的将单通道与子通道相结合的分析方法的运算速度稍有所提高，但缺乏物理机理模型支持的监测方法仍无法突破它的局限性。

鉴于此，有必要开发一种对偏离饱和沸腾比DNBR的监测报警装置，在压水反应堆堆芯内DNB发生之前，就给出预警，及时采取措施，预防事故发生，确保核反应堆安全。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，提供一种出错率低，反应速度快，预报及时的压水反应堆堆芯DNBR智能监测报警装置。

为了实现上述目的，本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种压水反应堆堆芯DNBR测报警装置，包括探测设备、信号传输装置、中央处理器、DNBR报警控制器和报警设备，所述探测设备通过信号传输装置将所采集的信号传输给中央处理器，中央处理器对信号进行处理，再通过信号传输装置与DNBR报警控制器连接，DNBR报警控制器控制报警设备。

更进一步的，所述探测设备包括压力探测器、质量流量探测器、含汽率探测器和和温度探测器。

更进一步的，所述信号传输装置包括模数转换器、数模转换器及信号传输系统，用于探测设备与中央处理器以及DNBR报警控制器间的信号过程传输；

或

所述信号传输装置包括第一信号传输装置和第二信号传输装置，所述探测设备通过第一信号传输装置将所采集的信号传输给中央处理器，中央处理器通过第二信号传输装置与DNBR报警控制器连接；

所述第一信号传输装置包括模数转换器和信号传输系统；所述第二信号传输装置包括数模转换器和信号传输系统。

更进一步的，所述中央处理器包括数据预处理模块、数据库存储管理模块、自学习模块、DNBR分析模块及输出模块；