一種用于在反應(yīng)堆停機(jī)期間監(jiān)控硼稀釋的方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】-種用于在反應(yīng)堆停機(jī)期間監(jiān)控棚稀釋的方法
【背景技術(shù)】
[0001 ] 1、技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明通常設(shè)及監(jiān)控源區(qū)段內(nèi)的核反應(yīng)堆堆忍的反應(yīng)性，并且更具體地，本發(fā)明 設(shè)及在反應(yīng)堆停機(jī)期間監(jiān)控棚稀釋。
[0003] 2、相關(guān)技術(shù)
[0004] 在壓水反應(yīng)堆發(fā)電系統(tǒng)中，通過(guò)在堆忍內(nèi)支撐的多個(gè)燃料棒中發(fā)生的裂變鏈?zhǔn)椒?應(yīng)而在壓力容器的堆忍內(nèi)生成熱。燃料棒在燃料組件內(nèi)保持間隔關(guān)系，隨著燃料棒之間的 空間形成冷卻劑通道，含棚水從其中流過(guò)。冷卻劑水中的氨緩和從燃料棒內(nèi)的濃縮軸射出 的中子，W增加核反應(yīng)的數(shù)目，并且從而提高該過(guò)程的效率?？刂瓢魧?dǎo)向套管被散布在燃料 組件內(nèi)代替燃料棒位置，并且用來(lái)引導(dǎo)控制棒，其可操作地被插入堆忍或者從堆忍取出。當(dāng) 被插入時(shí)，控制棒吸收中子，并且從而降低核反應(yīng)的數(shù)目和堆忍內(nèi)生成的熱量。冷卻劑經(jīng)組 件流出反應(yīng)堆，到達(dá)蒸汽發(fā)生器的管側(cè)，在運(yùn)里，熱量W較低壓力傳遞給蒸汽發(fā)生器的殼側(cè) 中的水，其導(dǎo)致蒸汽的生成，蒸汽通常被用于驅(qū)動(dòng)滿(mǎn)輪發(fā)電機(jī)組，W用于發(fā)電。離開(kāi)蒸汽發(fā) 生器的管側(cè)的冷卻劑被主冷卻劑累W閉環(huán)循環(huán)驅(qū)動(dòng)回反應(yīng)堆，W重新開(kāi)始過(guò)程。
[0005] 核反應(yīng)堆的功率水平一般被分為=個(gè)區(qū)段:源或者啟動(dòng)區(qū)段，中間區(qū)段，W及功率 區(qū)段。運(yùn)=個(gè)區(qū)段可進(jìn)一步被分為六個(gè)模式:模式一，其中功率大于5%;模式二，其中功率 小于5% ;模式=，被稱(chēng)為待機(jī)，其中冷卻劑的溫度高于35(TC ;模式四，也被成為熱停堆，其 中冷卻劑的溫度低于350°C;模式五，冷停堆，其中冷卻劑的溫度低于200°C; W及模式六，加 燃料，其中溫度小于14(TC。反應(yīng)堆的功率水平被連續(xù)地監(jiān)控，W確保安全操作。運(yùn)樣的監(jiān)控 通常通過(guò)放置在反應(yīng)堆堆忍外部和內(nèi)部的中子檢測(cè)器來(lái)實(shí)施，該中子檢測(cè)器用于測(cè)量反應(yīng) 堆的中子通量。因?yàn)樵诜磻?yīng)堆內(nèi)任意點(diǎn)處的中子通量正比于裂變率，所W中子通量也正比 于功率水平。
[0006] 裂變和電離室已經(jīng)被用于測(cè)量反應(yīng)堆的源、中間和功率區(qū)段中的通量。典型的裂 變和電離室能夠在所有正常的功率水平下操作，然而，對(duì)于精確地檢測(cè)源區(qū)段射出的低水 平的中子通量，它們通常不夠敏感。因此，當(dāng)反應(yīng)堆的功率水平處于源區(qū)段時(shí)，通常使用單 獨(dú)的低水平的源區(qū)段檢測(cè)器來(lái)監(jiān)控中子通量。
[0007] 當(dāng)在適當(dāng)能量水平的自由中子撞擊燃料棒內(nèi)包含的可裂變材料的原子時(shí)，堆忍內(nèi) 的裂變反應(yīng)發(fā)生。反應(yīng)導(dǎo)致大量的熱能的釋放和額外的自由中子的釋放，其中，熱能是從反 應(yīng)堆冷卻劑中的堆忍提取的，自由中子可用于產(chǎn)生更多的裂變反應(yīng)。運(yùn)些被釋放的中子中 的一些逸出堆忍，或者被中子吸收劑(例如控制棒)吸收，并且因此不會(huì)導(dǎo)致傳統(tǒng)的裂變反 應(yīng)。通過(guò)控制堆忍中存在的中子吸收材料的量，可W控制裂變過(guò)程的速率。在可裂變材料中 總有隨機(jī)裂變反應(yīng)發(fā)生，但是當(dāng)堆忍被停機(jī)時(shí)，被釋放的中子W如此高的速率被吸收，使得 不發(fā)生持續(xù)的系列反應(yīng)。通過(guò)減少中子吸收材料，直到在給定代中的中子數(shù)等于前代的中 子數(shù)，過(guò)程變?yōu)樽猿宙準(zhǔn)椒磻?yīng)，并且反應(yīng)堆被認(rèn)為"臨界的"。當(dāng)反應(yīng)堆是臨界的，中子通量 比當(dāng)反應(yīng)堆停機(jī)時(shí)高大約六個(gè)量級(jí)。在一些反應(yīng)堆中，為了加速停機(jī)的堆忍內(nèi)的中子通量 的增加 W實(shí)現(xiàn)實(shí)用的轉(zhuǎn)變間隔，人造中子源被植入反應(yīng)堆堆忍在包含可裂變材料的燃料棒 之間。該人造中子源產(chǎn)生中子通量的局部增加，W幫助反應(yīng)堆達(dá)到功率。
[0008] 在不存在人造中子源時(shí)，一代中的自由中子數(shù)與前一代中的自由中子數(shù)之比被稱(chēng) 為"中子倍增因子"化eff)，并且被用作反應(yīng)堆反應(yīng)性的量度。換言之，用于核堆忍的臨界的 量度是Keff,即中子產(chǎn)生與可歸因于破壞和損失的總中子損失的比值。當(dāng)Keff大于一時(shí)，產(chǎn)生 的中子比被摧毀的中子多。同樣地，當(dāng)Keff小于一時(shí)，被摧毀的中子比產(chǎn)生的中子多。當(dāng)Keff 小于一時(shí)，反應(yīng)堆被稱(chēng)為"次臨界的"。
[0009] 在加燃料停機(jī)期間，反應(yīng)堆頭連同上部?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)被移除W獲取通向堆忍內(nèi)的燃料 組件的入口。為了提供運(yùn)樣的入口，控制桿隨著上部?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)被移除，然而，為了在控制桿 被移除的情況下維持堆忍內(nèi)的燃料組件次臨界，堆忍內(nèi)的冷卻劑內(nèi)的棚濃度要增大。在電 廠停機(jī)期間監(jiān)控反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)棚濃度是驗(yàn)證停機(jī)容限并且阻止無(wú)意的臨界的關(guān)鍵方 面。在從模式六轉(zhuǎn)變至模式二期間，接著加燃料停機(jī)之后，電廠將會(huì)把棚酸濃度從大致2， SOOppm改變至l，8(K)ppm。在停機(jī)的運(yùn)個(gè)轉(zhuǎn)變時(shí)期，存在大量的正在執(zhí)行的活動(dòng)，其需要電廠 操作者注意。典型地，主要通過(guò)周期性的反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)棚濃度采樣W及行政性地鎖定 稀釋源W避免反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)中棚的無(wú)意的稀釋來(lái)監(jiān)控停機(jī)容限。大多數(shù)電廠還在適當(dāng) 位置具有棚稀釋監(jiān)控器，其針對(duì)計(jì)數(shù)率的統(tǒng)計(jì)上地顯著增加對(duì)源區(qū)段檢測(cè)器的輸出信號(hào)進(jìn) 行采樣，并且基于手動(dòng)調(diào)整的預(yù)置的計(jì)數(shù)率的增加(例如，計(jì)數(shù)率加倍)提供報(bào)警。
[0010] 2011年5月，在一家商業(yè)核電廠換料停機(jī)期間，由于泄露的閥口，反應(yīng)堆冷卻劑系 統(tǒng)棚濃度意外地在24小時(shí)內(nèi)從2,44化pm降低于1，48化pm。所需的停機(jī)棚濃度是1，41化pm。 源區(qū)段檢測(cè)器的輸出信號(hào)增加了=倍，但是操作主要將該增加歸因于并發(fā)的發(fā)應(yīng)堆冷卻劑 系統(tǒng)溫度的增加。該設(shè)施先前移除了其輔助人工中子源，其降低了它們的源區(qū)段檢測(cè)器計(jì) 數(shù)率并且使觀察次臨界狀態(tài)下的反應(yīng)性變化更加困難。雖然電廠遵循每24小時(shí)采樣的標(biāo)準(zhǔn) 停機(jī)化學(xué)監(jiān)控監(jiān)督，并且產(chǎn)生稀釋流動(dòng)路徑的閥口被關(guān)閉并且鎖定，但是一個(gè)泄露了。在稀 釋發(fā)生的同時(shí)并發(fā)的反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)溫度從大約325° F增加至475°F，掩蓋了對(duì)源區(qū)段檢 測(cè)器的影響，并且減小在關(guān)機(jī)報(bào)警下手動(dòng)調(diào)節(jié)的高通量的有效性。
[0011] 因此，期望一種更加敏感的用于識(shí)別反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)棚濃度變化的檢測(cè)系統(tǒng)。
[0012] 相應(yīng)地，本發(fā)明目的是提供運(yùn)樣一種動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)，其將針對(duì)采用當(dāng)前的方法可能 不容易可檢測(cè)到的變化，連續(xù)地監(jiān)控棚濃度的變化。
[0013] 本發(fā)明的另一目的是在操作模式六至二的期間精確地監(jiān)控棚濃度的小變化，W使 電廠免受無(wú)意識(shí)的臨界。
[0014] 此外，本發(fā)明的目的是提供運(yùn)樣的系統(tǒng)，其足夠可靠 W允許消除當(dāng)前的棚稀釋事 故分析要求所強(qiáng)加的操作和堆忍設(shè)計(jì)限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 采用用于在核電站停機(jī)期間監(jiān)控反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)內(nèi)的棚濃度的方法，運(yùn)些和其 它目的得W實(shí)現(xiàn)，所述方法采用電廠內(nèi)現(xiàn)有的儀器的電力輸出。該方法在電廠停機(jī)期間，作 為時(shí)間的函數(shù)監(jiān)控輸出信號(hào)，其代表位于反應(yīng)堆容器外部鄰近反應(yīng)堆堆忍的源區(qū)段中子檢 測(cè)器的計(jì)數(shù)率。該方法還作為時(shí)間的函數(shù)監(jiān)控反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)內(nèi)的冷卻劑的溫度。該方 法進(jìn)一步生成補(bǔ)償信號(hào)，其是監(jiān)控的溫度的函數(shù)，當(dāng)補(bǔ)償信號(hào)與計(jì)數(shù)率輸出信號(hào)結(jié)合時(shí)，針 對(duì)基本上由冷卻劑的溫度變化導(dǎo)致的計(jì)數(shù)率輸出信號(hào)的任何變化補(bǔ)償計(jì)數(shù)率輸出信號(hào)。該 方法接著將補(bǔ)償信號(hào)應(yīng)用到計(jì)數(shù)率輸出信號(hào)，W獲取補(bǔ)償計(jì)數(shù)率輸出信號(hào)，并且識(shí)別補(bǔ)償 計(jì)數(shù)率輸出信號(hào)的預(yù)選增加。
[0016] 在優(yōu)選的實(shí)施例中，補(bǔ)償信號(hào)被定義為降液管溫度衰減因子(DTAF)，其通過(guò)W下 表達(dá)式給出：
[0017]
[0018] 其中R的值是源區(qū)段檢測(cè)器和反應(yīng)堆容器之間的距離與源區(qū)段檢測(cè)器和堆忍外圍 上的燃料組件之間的有效宏觀中子移除截面的函數(shù)，并且P是反應(yīng)堆容器內(nèi)水的密度的變 化。補(bǔ)償計(jì)數(shù)率輸出信號(hào)（A CG(t))與選擇的參考A C( A Cr)的偏差是反應(yīng)性變化正在發(fā)生 或者已經(jīng)發(fā)生的指示，并且A Cc(t)的值通過(guò)W下表達(dá)式給出：
[0019] ACc(t)DTAF(t)-CR. (2)
[0020] 優(yōu)選地，用于確定從一個(gè)監(jiān)控計(jì)數(shù)率輸出信號(hào)組至下一個(gè)監(jiān)控計(jì)數(shù)率輸出信號(hào)組 A Cc的預(yù)期隨機(jī)波動(dòng)的誤差傳播技術(shù)的應(yīng)用允許A Cg的預(yù)期隨機(jī)波動(dòng)范圍（A CE)基本上表 示為：
[0021]
[0022] 其中OCR的值是在時(shí)間t附近的間隔獲取的重要的源區(qū)段計(jì)數(shù)率測(cè)量總體的測(cè)量平 均偏差;C(t)的值是用于確定OCR的平均值;并且用于確定OCR的計(jì)數(shù)率測(cè)量的數(shù)目是操作者 可尋址常數(shù)，其是獲取期望的反應(yīng)性變化檢測(cè)敏感度所需要的期望的OCR的最大值的函數(shù)。 在前述的實(shí)施例中，如果A C(t)在通過(guò)前述等式(3)提供的A C的預(yù)期范圍之外，則該方法 識(shí)別反應(yīng)性變化正在發(fā)生或者是已經(jīng)發(fā)生。優(yōu)選地，在識(shí)別反應(yīng)性變化正在發(fā)生之前，利用 在A C的預(yù)期范圍之外的樣品的給定部分確定選擇的A C(t)的連續(xù)樣本的數(shù)目。在一個(gè)實(shí) 施例中，選擇的連續(xù)樣本的數(shù)目大約為10。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)，可W從W下優(yōu)選實(shí)施例的描述獲取對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步的理 解，其中：
[0024] 圖1是核能發(fā)電系統(tǒng)的初級(jí)側(cè)(prima巧side)的示意圖；W及
[0025] 圖2是針對(duì)預(yù)期的計(jì)數(shù)率和測(cè)量的計(jì)數(shù)率的計(jì)數(shù)率比相對(duì)反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)冷管 段(cold leg)溫度的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 圖1示出了核電力發(fā)電廠10的初級(jí)側(cè)，其中核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)12供應(yīng)蒸汽，用于驅(qū)動(dòng) 滿(mǎn)輪發(fā)電機(jī)(未示出）產(chǎn)生電力。核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)12具有壓水反應(yīng)堆14,壓水反應(yīng)堆14包括 容納在壓力容器18內(nèi)的反應(yīng)堆堆忍16。在反應(yīng)堆堆忍16內(nèi)的裂變反應(yīng)生成熱，其被穿過(guò)堆 忍的反應(yīng)堆冷卻劑（比如水)吸收。被加熱的冷卻劑通過(guò)熱管段20循環(huán)至蒸汽發(fā)生器22。反 應(yīng)堆冷卻劑被反應(yīng)堆冷卻劑累24通過(guò)冷管段26從蒸汽發(fā)生器22返回到反應(yīng)堆14。典型地， 壓水反應(yīng)堆至少具有兩個(gè)并且經(jīng)常是=個(gè)或者四個(gè)蒸汽發(fā)生器22,每個(gè)蒸汽發(fā)生器22都通 過(guò)熱管段20被供應(yīng)加熱的冷卻劑，熱管段20與冷管段26和反應(yīng)堆冷卻劑累24-起形成初級(jí) 回路。每個(gè)初級(jí)回路都將蒸汽供應(yīng)到滿(mǎn)輪發(fā)電機(jī)。圖1中示出了兩個(gè)運(yùn)樣的回路。
[0027] 返回到反應(yīng)堆14的冷卻劑向下流動(dòng)通過(guò)環(huán)形的降液管，并且接著向上通過(guò)堆忍 16。堆忍的反應(yīng)性W及因此反應(yīng)堆14的功率輸出在短期基礎(chǔ)上被控制棒控制，控制棒可選 擇地插入堆忍中。長(zhǎng)期反應(yīng)性是通過(guò)控制中子緩和劑(諸如溶解在冷卻劑中的棚）的濃度來(lái) 調(diào)節(jié)的。在冷卻劑通過(guò)整個(gè)堆忍循環(huán)時(shí)，棚濃度的調(diào)節(jié)貫穿堆忍一致地影響反應(yīng)性。另一方 面，控制棒影響局部反應(yīng)性，并且因此導(dǎo)致堆忍16內(nèi)的軸向和徑向功率分布的不對(duì)稱(chēng)性。通 過(guò)多個(gè)不同的傳感器系統(tǒng)監(jiān)控堆忍16內(nèi)的狀況。運(yùn)些包括堆忍外傳感器系統(tǒng)28,其測(cè)量從 反應(yīng)堆14逸出的中子通量。該堆忍外檢測(cè)器28包括當(dāng)反應(yīng)堆停機(jī)時(shí)使用的源區(qū)段檢測(cè)器、 在開(kāi)啟和停機(jī)