通过不同富集皮燃料的分区装载和可燃毒物棒的合理布置,控制功率水平、燃耗、瞬态缸毒分布,特别是控制控制棒的提升和插入来控制反应堆功率分布叫做反应堆功率分布控制。

简介

反应堆的轴向功率分布对运行影响很大,轴向功率分布不均匀甚至危害到整个核反应堆的安全,特别是核反应堆轴向功率分布会随着运行工况的改变而变化,这对运行中的反应堆安全产生尤其重要影响。堆芯径向功率分布的控制可以通过不同富集皮燃料的分区装载和可燃毒物棒的合理布置等措施来展平,而轴向功率分布则受到功率水平、燃耗、瞬态缸毒分布,特别是控制棒的提升和插入的强烈影响。1

控制方法

在现代核电厂核设计中,通常采用常轴向偏移控制法对反应堆功率分布进行控制。通过负荷眼踪计算,确定轴向偏移目标值和运行带,控制棒咬量位置,调节带宽度和提插速率等设计参数,以保证反应堆具有尽可能大的功率输出能力和机动性。此外,还需要通过对反应堆各种运行状态或功率瞬态的大量计算分析,确定满足设计准则的运行图和控制棒插入限值。2

APOC程序热工水力计算

对于扩散参数的热工水力反馈采用平均通道模型;对于最大燃料温度和最小DNBR计算采用子通道模型。

(1)冷却剂焓温场和密度场冷却剂的流型采用等滑速的分离两相流模型,而且从欠热沸腾区就开始考虑。欠热沸腾区的两相流, 采用Rouhaui推荐的模型,既考虑欠热汽泡的产生,也考虑欠热汽泡的破灭。

(2)燃料温度场 假设热量全都从径向导出,不计轴向导热。间隙热导由接触和非接触两部分组成,不计辐射导热的影响, 并以修正的Dean模型为基础. 假设芯块和包壳材料的受热膨胀是按同心圆方式进行的。考虑包壳表面的氧化和垢层的影响。用修正因子描述密实化和芯块偏心对燃料中心温度的不利影响。

程序框图

程序框图如右图所示。

常轴向偏移控制

控制轴向功率分布主要采用控制棒组件,过多的移动控制棒会导致氙振荡,一旦产生氙振荡效应,控制难度就加大了很多。所以,常规运行时,必须尽可能的避免出现的氙振荡。常轴向偏移控制法的优点是始终保持轴向功率分布形状不会随功率水平的改变而改变,把轴向偏移偏移量置为恒值AOref 。保持不变的功率分布形状不仅提高了核电厂运行的安全性同时也可以一定程度的促进经济性。轴偏的恒值AOref就是目标值也叫做参考值,即在额定功率的情况下、所有控制装置全部撤出的情况下,堆芯的本征相对功率差额。1

限制功率分布的有关准则不发生偏离泡核沸腾准则

DNB是一种可以烧毁传热面的严重事故,为了表征发生DNB的概率,引入了DNBR的概念,DNBR定义为偏离泡核沸腾比率或烧毁比,它的计算定义是燃料元件包壳上给定的偏离泡核沸腾热流密度与实际热流密度之比。在动态过程中,DNBR的实际值必须大于1.30。堆芯的所有点热流密度都必须低于这点的临界热流密度(CHF)的77%。这样的结果就表明了偏离泡核沸腾的引入的危险已经被安全解决的可能性为95%。然而,DNBR也不是绝对的安全保障,就算是在DNBR>1.30的情况下,燃料芯部也会由于其他原因烧毁,温度也可能达到熔化温度。

不发生燃料熔化准则

不发生燃料熔化准则是保证燃料芯块温度的最高极限小于2260摄氏度,保证燃料包壳温度的最高极限小于1240摄氏度,同时,保障堆芯线功率密度小于590W·cm-1。

失水事故后处理准则

在已经发生失水事故(LOCA)的情况下,应该尽可能保证放射性外泄的第一道安全屏障完整,也就是避免燃料包壳熔化。大量的试验表明,燃料包壳部能超过的最高温度极限值是1204摄氏度,核反应堆线功率密度极限值约为480W·cm-1。为了一定的安全裕度,工程上的应用值一般选为418W·cm-1,对应包壳最高温度为1060摄氏度。

综上所述,不发生偏离泡核沸腾准则、不发生燃料熔化准则和失水事故后处理准则,三者都会限制AO的变化,其中以失水事故后处理准则制约性最强,成为了建立安全运行区域的基本设计依据。

本词条内容贡献者为:

尹维龙 - 副教授 - 哈尔滨工业大学

反应堆功率分布控制

图文简介

通过不同富集皮燃料的分区装载和可燃毒物棒的合理布置,控制功率水平、燃耗、瞬态缸毒分布,特别是控制控制棒的提升和插入来控制反应堆功率分布叫做反应堆功率分布控制。