[发明专利]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

说明书

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)＝CB^CRI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。

技术领域

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

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。

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：

表1

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