核反應(yīng)堆工程概論第9章

第九章：核反應(yīng)堆運(yùn)行(yùnxíng)與控制核反應(yīng)堆(héfǎnyìngduī)工程概論1精品資料第九章：核反應(yīng)堆(héfǎnyìngduī)運(yùn)行與控制一、反應(yīng)堆控制(kòngzhì)二、保護(hù)系統(tǒng)控制(kòngzhì)三、反應(yīng)堆運(yùn)行2精品資料一、反應(yīng)堆控制(kòngzhì)1、基本任務(wù)與原理2、功率控制(kòngzhì)3、穩(wěn)壓器控制(kòngzhì)4、蒸汽發(fā)生器水位控制(kòngzhì)5、蒸汽排放控制(kòngzhì)3精品資料1、基本(jīběn)任務(wù)與原理兩個(gè)基本任務(wù)：（1）正常運(yùn)行工況下對(duì)啟動(dòng)、提升功率、變換功率、正常停堆等進(jìn)行控制，并為維持穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，對(duì)某些運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行必要的調(diào)節(jié)。（2）在任何工況下確保安全停堆，并從堆芯移出熱量和限制預(yù)計(jì)(yùjì)運(yùn)行事件及事故工況的后果，確保人身與設(shè)備安全。作用：維持反應(yīng)堆的重要參數(shù)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行或給定的負(fù)荷擾動(dòng)下，始終保持在所規(guī)定的范圍內(nèi)。4精品資料1、基本任務(wù)(rènwu)與原理5精品資料2、功率(gōnglǜ)控制功能：通過移動(dòng)控制棒來(lái)調(diào)節(jié)反應(yīng)堆功率以適應(yīng)核電站負(fù)荷變化的要求。它有自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式，手動(dòng)方式用于堆的啟動(dòng)直到15％額定功率；在15％－100％額定功率范圍內(nèi)，則采用自動(dòng)跟蹤負(fù)荷。必要(bìyào)時(shí)，也可以手動(dòng)控制。壓水堆功率控制系統(tǒng)由冷卻劑平均溫度通道、功率失配通道和平均溫度定值通道組成。三個(gè)通道的輸出信號(hào)通過控制棒程序單元驅(qū)動(dòng)控制棒。6精品資料2、功率(gōnglǜ)控制7精品資料3、穩(wěn)壓器控制(kòngzhì)壓力控制：由設(shè)在穩(wěn)壓器水空間內(nèi)的電加熱器和設(shè)在穩(wěn)壓器頂部的噴霧器、卸壓閥加以控制。水位(shuǐwèi)控制：壓水堆冷卻劑的容積是用化學(xué)和容積控制系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)的，特別是利用容積控制箱，以保持穩(wěn)壓器液位在給定范圍內(nèi)。8精品資料4、蒸汽發(fā)生器水位(shuǐwèi)控制根據(jù)給水流量、蒸汽流量和蒸汽發(fā)生器水位三個(gè)要素控制主給水控制閥或調(diào)節(jié)主給水泵轉(zhuǎn)速。當(dāng)蒸汽發(fā)生器水位有異常上升時(shí)，主給水控制閥及旁路給水閥全部關(guān)閉；當(dāng)蒸汽發(fā)生器水位異常降低時(shí)，反應(yīng)堆自動(dòng)停閉，并自動(dòng)啟動(dòng)事故給水泵。另外，在低負(fù)荷(fùhè)時(shí)，可手動(dòng)或自動(dòng)使用旁路給水控制閥控制水位。9精品資料5、蒸汽(zhēnɡqì)排放控制壓水堆核電站運(yùn)行時(shí)，當(dāng)負(fù)荷降低超過(chāoguò)規(guī)定范圍時(shí)，就靠蒸汽排放控制系統(tǒng)將過剩蒸汽排向冷凝器。10精品資料二、保護(hù)(bǎohù)系統(tǒng)控制目的：在于防止反應(yīng)堆偏離安全限值以及(yǐjí)一旦超過這種安全限值后緩解所發(fā)生的后果。亦即防止事故發(fā)生以及(yǐjí)緩解事故所生的后果。系統(tǒng)包括：（1）反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)：當(dāng)運(yùn)行參數(shù)超過限值，危及堆芯及一回路壓力邊界時(shí)，該系統(tǒng)發(fā)出自動(dòng)停堆信號(hào)。通過安全動(dòng)作系統(tǒng)使控制棒下插，保證反應(yīng)堆熱態(tài)安全停堆，并有足夠的熱態(tài)停堆深度。在反應(yīng)堆事故停堆的同時(shí)，汽輪機(jī)能自動(dòng)脫扣。（2）專設(shè)安全設(shè)施：11精品資料二、保護(hù)(bǎohù)系統(tǒng)控制對(duì)于壓水堆，運(yùn)行中的幾個(gè)(jǐɡè)主要危險(xiǎn)是反應(yīng)堆周期過短、中子水平過高、一回路冷卻劑溫度過高、壓力過低、流量過低等。故一般壓水堆設(shè)有如下保護(hù)：短周期事故保護(hù)反應(yīng)堆超功率及超功率流量比保護(hù)反應(yīng)堆進(jìn)、出口水溫過高保護(hù)一回路冷卻劑壓力過低保護(hù)一回路流量過低及斷流保護(hù)控制電源、電離室、裂變室電源斷電保護(hù)二回路系統(tǒng)、廠房放射性水平過高保護(hù)12精品資料三、反應(yīng)堆運(yùn)行(yùnxíng)1、概述(ɡàishù)2、壓水堆核電站的正常啟動(dòng)3、功率運(yùn)行4、壓水堆核電站的停閉13精品資料1、概述(ɡàishù)核電站建成，堆芯燃料裝載后的反應(yīng)堆啟動(dòng)，稱為初次啟動(dòng)，亦稱新堆的物理啟動(dòng)目的：檢驗(yàn)設(shè)計(jì)、制造和安裝的質(zhì)量，測(cè)定各種必要的特性參數(shù)，為安全運(yùn)行提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)新堆的物理啟動(dòng)：主要是指新堆的初次臨界試驗(yàn)。通過相繼提升堆內(nèi)各組控制棒組件，以及按一定規(guī)范稀釋冷卻劑中的硼濃度，使反應(yīng)堆首次達(dá)到臨界。在這試驗(yàn)中，對(duì)控制棒的臨界棒柵位置進(jìn)行刻度，對(duì)零功率下臨界態(tài)附近的中子通量、反應(yīng)性以及反應(yīng)堆周期作出實(shí)驗(yàn)研究(yánjiū)，獲得必要的物理參數(shù)等。14精品資料1、概述(ɡàishù)臨界前試驗(yàn)：燃料組件(zǔjiàn)全部裝載完畢后一回路的水力特性試驗(yàn)以及其他在未裝燃料前無(wú)法進(jìn)行的一些試驗(yàn)。包括：冷卻劑系統(tǒng)泄漏試驗(yàn)一回路系統(tǒng)流量測(cè)定冷卻劑泵惰轉(zhuǎn)流量下滑試驗(yàn)控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作特性控制棒落棒時(shí)間棒位指示系統(tǒng)響應(yīng)特性反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作特性電阻溫度計(jì)旁路流量測(cè)定試驗(yàn)堆內(nèi)核測(cè)儀表響應(yīng)15精品資料1、概述(ɡàishù)初次臨界試驗(yàn)：在熱態(tài)額定工況下，進(jìn)行首次物理(wùlǐ)啟動(dòng)，達(dá)到臨界，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆的自持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。內(nèi)容：初次臨界注意問題：次臨界狀態(tài)下中子通量變化規(guī)律控制反應(yīng)堆啟動(dòng)周期零功率物理(wùlǐ)試驗(yàn)功率水平之測(cè)定反應(yīng)性測(cè)定末點(diǎn)硼濃度測(cè)定16精品資料1、概述(ɡàishù)低功率物理試驗(yàn)：在熱態(tài)稍高于零功率時(shí)進(jìn)行堆的物理特性試驗(yàn)，取得(qǔdé)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)為運(yùn)行服務(wù)和校核理論計(jì)算。內(nèi)容：控制棒價(jià)值和硼價(jià)值的測(cè)定模擬彈棒事故試驗(yàn)最小停堆深度驗(yàn)證慢化劑溫度系數(shù)測(cè)定功率分布測(cè)定放射性水平測(cè)定壓力系數(shù)測(cè)定17精品資料1、概述(ɡàishù)功率提升試驗(yàn)：一般分15、25、50、75、100％額定功率5各功率水平逐級(jí)提升功率。內(nèi)容：自然循環(huán)試驗(yàn)發(fā)電機(jī)首次同步汽輪機(jī)控制系統(tǒng)啟動(dòng)試驗(yàn)功率測(cè)量和功率刻度試驗(yàn)功率系數(shù)測(cè)定功率分布測(cè)定二回路熱功率測(cè)量帶功率工況下慢化劑溫度系數(shù)測(cè)定取樣系統(tǒng)試驗(yàn)放射性水平測(cè)定廢液廢氣檢測(cè)蒸汽和給水流量?jī)x表刻度試驗(yàn)蒸汽發(fā)生器水位自動(dòng)控制試驗(yàn)核測(cè)量?jī)x表調(diào)整試驗(yàn)堆內(nèi)、堆外核測(cè)量?jī)x表刻度試驗(yàn)控制棒組件落棒試驗(yàn)蒸汽發(fā)生器水份夾帶試驗(yàn)中毒曲線(qūxiàn)測(cè)定碘坑測(cè)量負(fù)荷擺動(dòng)試驗(yàn)甩負(fù)荷試驗(yàn)電站滿功率停閉試驗(yàn)電站驗(yàn)收試驗(yàn)18精品資料2、壓水堆核電站的正常(zhèngcháng)啟動(dòng)2.1、正常啟動(dòng)2.2、初始狀態(tài)：換料的冷停閉工況2.3、第一階段：一回路充水和排氣2.4、第二階段：穩(wěn)壓器投入運(yùn)行2.5、第三階段：一回路升溫升壓至工作溫度與壓力、啟動(dòng)反應(yīng)堆達(dá)到臨界2.6、第四階段：二回路啟動(dòng)2.7、第五階段：發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)，提升功率2.8、啟動(dòng)過程中應(yīng)注意(zhùyì)的問題19精品資料2.1、正常(zhèngcháng)啟動(dòng)在正常運(yùn)行過程中反應(yīng)堆停閉后的再啟動(dòng)稱為正常啟動(dòng)。分為冷啟動(dòng)和熱啟動(dòng)。冷啟動(dòng)：反應(yīng)堆停閉了相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間，溫度已經(jīng)降到60以下時(shí)的啟動(dòng)。包括換料后的冷啟動(dòng)。熱啟動(dòng)：反應(yīng)堆停閉后不久的再啟動(dòng)。這時(shí)堆內(nèi)中子源比較(bǐjiào)強(qiáng)，還有一定的毒性，而且反應(yīng)堆的溫度也與工作溫度比較(bǐjiào)接近。20精品資料2.2、初始狀態(tài)：換料的冷停閉(tíngbì)工況各系統(tǒng)的狀態(tài)：供電系統(tǒng)：電源電壓為0.85－1.05額定電壓，電網(wǎng)頻率為50±0.5Hz，使反應(yīng)堆、冷卻劑泵、一回路及二回路的輔助系統(tǒng)、反應(yīng)堆控制與安全保護(hù)系統(tǒng)、檢測(cè)儀表系統(tǒng)，信號(hào)處理系統(tǒng)等處于能運(yùn)行狀態(tài)。反應(yīng)堆：裝換料結(jié)束，處于次臨界，堆內(nèi)充滿200ppm的含硼水，控制棒在最低位置，堆內(nèi)溫度(wēndù)<60，停堆深度>10000pcm。控制與安全保護(hù)系統(tǒng)：已作好準(zhǔn)備，檢查與校驗(yàn)工作已經(jīng)完畢，中子源量程測(cè)量已投入運(yùn)行，對(duì)反應(yīng)堆進(jìn)行監(jiān)測(cè)。設(shè)備冷卻水系統(tǒng)：停堆冷卻系統(tǒng)：有一臺(tái)或兩臺(tái)熱交換器正在運(yùn)行。化學(xué)和容積控制系統(tǒng)：安全注入系統(tǒng)：二回路系統(tǒng)：21精品資料2.3、第一階段：一回(yīhuí)路充水和排氣由化學(xué)和容積控制系統(tǒng)給一回路充水。充水時(shí)，將來(lái)自補(bǔ)水系統(tǒng)的除鹽水注入一回路，進(jìn)行稀釋操作，使充水結(jié)束時(shí)，反應(yīng)堆的停堆深度不小于1000pcm。降低(jiàngdī)蒸汽發(fā)生器二次側(cè)水位到零功率值，啟動(dòng)冷卻劑泵并投入穩(wěn)壓器加熱器，使冷卻系統(tǒng)升溫預(yù)熱。在開始加熱階段，應(yīng)注意監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)一回路水質(zhì)，使冷卻劑水化學(xué)特性得到保證，當(dāng)一回路水質(zhì)合格時(shí)，將凈化系統(tǒng)投入運(yùn)行。22精品資料2.4、第二階段：穩(wěn)壓器投入(tóurù)運(yùn)行當(dāng)?shù)谝浑A段終了時(shí)，一回路溫度約100至130，壓力為25bar，上充流已開始建立。容積箱頂部建立了氫氣空間，可手動(dòng)控制容積控制箱上游的控制閥及補(bǔ)給水控制閥，進(jìn)行氫氣替換氮?dú)?。用減少上充流量的方法形成蒸汽空間，然后用收到控制以保持穩(wěn)壓器的水位。當(dāng)穩(wěn)壓器水位達(dá)到零功率水位整定值時(shí)，就從調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)為運(yùn)行，承擔(dān)了壓水堆冷卻系統(tǒng)的壓力控制。一回路溫度180，壓力30bar在一回路溫度達(dá)到180之前，投入控制棒驅(qū)動(dòng)(qūdònɡ)機(jī)構(gòu)的通風(fēng)回路，抽出停堆棒組。23精品資料2.5、第三階段：一回路升溫升壓(shēnɡyā)至工作溫度與壓力、啟動(dòng)反應(yīng)堆達(dá)到臨界升溫升壓：在滿足一定條件下，依靠穩(wěn)壓器的電加熱器和冷卻劑泵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的機(jī)械功，使一回路系統(tǒng)的壓力和溫度達(dá)到或接近零功率額定值，然后可以啟動(dòng)反應(yīng)堆達(dá)到臨界，稱為聯(lián)合(liánhé)加熱法。當(dāng)系統(tǒng)已升溫預(yù)熱、穩(wěn)壓器汽腔已形成、冷卻劑壓力為30bar、溫度到180的情況下，就啟動(dòng)壓水堆達(dá)臨界，在低功率下利用核能加熱，使系統(tǒng)的溫度和壓力按規(guī)定速度上升到額定參數(shù)，稱為核加熱法。24精品資料2.5、第三階段：一回路升溫升壓(shēnɡyā)至工作溫度與壓力、啟動(dòng)反應(yīng)堆達(dá)到臨界趨向臨界：壓水堆由下列步驟向臨界趨進(jìn)，為保證啟動(dòng)安全，必須保證在每一時(shí)刻，堆芯反應(yīng)性只隨單個(gè)參數(shù)的變化而改變。壓水堆的冷卻劑溫度應(yīng)盡可能保持為常數(shù)，以避免任何能引起突然冷卻的操作；由冷卻劑泵提供的能量(néngliàng)，可以通過二回路使產(chǎn)生的蒸汽排向大氣或冷凝器。稀釋冷卻劑硼濃度到一個(gè)與臨界條件相對(duì)應(yīng)的預(yù)定值。然后根據(jù)堆芯的布置，推算出與最低無(wú)負(fù)荷臨界相對(duì)應(yīng)的各個(gè)控制棒組件的位置，并按照所指定的順序，依次提升控制棒組件中的四個(gè)調(diào)節(jié)組件。25精品資料2.6、第四階段：二回路(huílù)啟動(dòng)當(dāng)壓水堆達(dá)到臨界(línjiè)以后，用來(lái)自蒸汽發(fā)生器的蒸汽，開始啟動(dòng)二回路系統(tǒng)。其主要操作步驟如蒸汽通過隔離閥的旁路閥對(duì)主蒸汽管道進(jìn)行暖管、低速暖機(jī)等，然后，反應(yīng)堆功率近似上升到額定功率的5％，汽輪機(jī)按規(guī)定的速度升速，直到1500轉(zhuǎn)/分額定轉(zhuǎn)速。26精品資料2.7、第五階段：發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)(diànwǎng)，提升功率反應(yīng)堆功率上升到近似為額定功率的10％，完成并網(wǎng)。調(diào)整廠用電的供電方式。緩慢增加汽輪機(jī)負(fù)荷，直到蒸汽排放(páifànɡ)閥完全關(guān)閉。繼續(xù)增加汽輪機(jī)負(fù)荷，直到反應(yīng)堆功率達(dá)到控制系統(tǒng)能投入自動(dòng)的最小值，即近似為額定功率的15％27精品資料2.8、啟動(dòng)(qǐdòng)過程中應(yīng)注意的問題冷卻劑系統(tǒng)壓力以及系統(tǒng)升溫和冷卻速率的限值控制反應(yīng)堆周期，防止發(fā)生啟動(dòng)(qǐdòng)事故“瞬發(fā)臨界”正確估計(jì)反應(yīng)堆的次臨界度28精品資料3、功率(gōnglǜ)運(yùn)行帶功率運(yùn)行：降功率運(yùn)行：低功率工況熱備有工況完全甩負(fù)荷工況功率運(yùn)行中的幾個(gè)問題：冷卻劑壓力的控制冷卻劑體積的控制冷卻劑硼濃度的控制蒸汽(zhēnɡqì)排放系統(tǒng)的控制蒸汽(zhēnɡqì)發(fā)生器給水的控制29精品資料4、壓水堆核電站的停閉(tíngbì)4.1、概述(ɡàishù)4.2、熱停閉4.3、冷停閉4.4、事故停閉4.5、壓水堆核電站停閉中的幾個(gè)問題30精品資料4.1、概述(ɡàishù)核電站的停閉：把運(yùn)行著的反應(yīng)堆功率從運(yùn)行水平降低到中子源水平。兩種停閉方式：正常停閉事故停閉正常停閉按停閉的工況及停閉的時(shí)間(shíjiān)長(zhǎng)短分為：熱停閉（短期的停閉）冷停閉（長(zhǎng)期的停閉）31精品資料4.2、熱停閉(tíngbì)核電站的熱停閉是短期(duǎnqī)的暫時(shí)性的停堆，這時(shí)，冷卻劑系統(tǒng)保持熱態(tài)零負(fù)荷時(shí)的運(yùn)行溫度和壓力，二回路系統(tǒng)處于熱備有工況隨時(shí)準(zhǔn)備帶負(fù)荷繼續(xù)運(yùn)行。調(diào)節(jié)棒組完全插入，安全棒組可以插入，可以抽出，處于次臨界狀態(tài)。一回路和二回路的溫度由控制蒸汽壓力來(lái)維持，其能量來(lái)自堆芯的余熱和冷卻劑泵的轉(zhuǎn)動(dòng)，蒸汽排放到大氣或冷凝器。如果停堆超過11小時(shí)，堆內(nèi)裂變產(chǎn)物氙毒的變化越過碘坑，氙毒反應(yīng)性減少，如果不加補(bǔ)償，可能會(huì)使反應(yīng)堆重達(dá)臨界，為次，必須進(jìn)行冷卻劑加硼操作，以保證在熱停堆期間K有效始終小于0.99。32精品資料4.2、冷停閉(tíngbì)反應(yīng)堆處于熱停閉狀態(tài)以后，才能進(jìn)行冷停閉操作。冷停閉時(shí)，調(diào)節(jié)(tiáojié)棒組和安全棒組全插入，尚需向冷卻劑加硼，以抵消從熱態(tài)降到冷態(tài)過程中，因負(fù)溫度效應(yīng)引起的正反應(yīng)性，維持堆的足夠的次臨界度。此外，還需對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行冷卻。堆芯的剩余發(fā)熱和冷卻劑的顯熱通過蒸汽發(fā)生器，由二回路控制系統(tǒng)把產(chǎn)生的蒸汽旁路到冷凝器。冷凝器真空度破壞時(shí)，可由釋放閥向大氣排放。使冷卻劑冷卻至180、30bar。啟動(dòng)停堆冷卻系統(tǒng)，用停堆冷卻系統(tǒng)繼續(xù)完成冷卻，直至達(dá)到溫度小于70的冷停閉狀態(tài)。33精品資料4.4、事故(shìgù)停閉當(dāng)核電站發(fā)生直接危及反應(yīng)堆安全的事故時(shí)，安全保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作，緊急停堆，快速插入(chārù)全部控制棒組件。如果事故嚴(yán)重（如主蒸汽管道破裂，失水事故），則需向堆芯緊急注入含硼水，使裂變反應(yīng)瞬時(shí)停止。事故停堆后，必須保證對(duì)反應(yīng)堆的繼續(xù)冷卻。34精品資料4.5、壓水堆核電站停閉中的幾個(gè)(jǐɡè)問題衰變熱壓水堆在停閉后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，由于(yóuyú)核分裂所產(chǎn)生的裂變產(chǎn)物的、放射線衰變而發(fā)出的熱量是相當(dāng)可觀的。以一個(gè)滿功率運(yùn)行100天的壓水堆為例：停閉后時(shí)間衰變熱（％額定功率）1分鐘4.530分鐘2.01小時(shí)1.628小時(shí)0.9648小時(shí)0.6235精品資料4.5、壓水堆核電站停閉中的幾個(gè)(jǐɡè)問題壓水堆停閉后，為了除去衰變熱，防止燃料元件包殼熔化，冷卻劑泵必須運(yùn)轉(zhuǎn)，衰變熱通過蒸汽發(fā)生器由二回路帶出。當(dāng)一回路壓力、溫度降低一定程度時(shí)，停堆冷卻系統(tǒng)必須投入。若在反應(yīng)堆停閉的同時(shí)發(fā)生了斷電事故，主泵不能工作時(shí)，則依靠冷卻劑自