第七講 壓水堆核電廠的停堆

第七講壓水堆核電廠的停堆第一頁，共四十頁，2022年，8月28日一、停堆方式

反應(yīng)堆的停堆指反應(yīng)堆從功率運(yùn)行水平降低到中子源水平。主要有兩種方式：

1、正常停堆

熱停堆暫時(shí)性的停堆。冷卻劑系統(tǒng)保持熱態(tài)零功率負(fù)荷時(shí)的運(yùn)行溫度和壓力，二回路系統(tǒng)處于熱備用狀態(tài)，隨時(shí)可以帶負(fù)荷運(yùn)行。所有調(diào)節(jié)棒必須完全插入，停堆棒可以插入和抽出，硼濃度為最小停堆深度硼濃度，反應(yīng)堆處于次臨界(<0.99)；一回路和二回路的溫度由堆芯余熱和冷卻劑泵的作功來維持。一回路壓力由穩(wěn)壓器自動(dòng)控制。第二頁，共四十頁，2022年，8月28日2、事故停堆

當(dāng)核電廠發(fā)生危及反應(yīng)堆安全的事故時(shí)，由于保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作，引起控制棒緊急插入而引起的停堆。如果事故嚴(yán)重，則還需要向堆芯緊急注入硼水。

冷停堆

在反應(yīng)堆達(dá)到熱停堆狀態(tài)以后才能進(jìn)行冷停堆。調(diào)節(jié)棒和停堆棒組全部插入，并且為抵消冷卻過程中負(fù)溫度效應(yīng)引入的正反應(yīng)性，還需加硼，使系統(tǒng)處于次臨界狀態(tài)。第三頁，共四十頁，2022年，8月28日二、反應(yīng)堆的停堆初始條件①核電廠在100%FP或預(yù)定負(fù)荷下穩(wěn)定運(yùn)行;②反應(yīng)堆功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)處于自動(dòng)方式,D調(diào)節(jié)棒組保持在調(diào)節(jié)帶內(nèi),軸向中子通量密度偏差ΔI控制在目標(biāo)帶內(nèi);③穩(wěn)壓器壓力控制系統(tǒng)與液位控制系統(tǒng)均處于自動(dòng)狀態(tài);④蒸汽排放系統(tǒng)處于”平均溫度”控制方式;⑤蒸汽發(fā)生器液位由主給水調(diào)節(jié)閥自動(dòng)調(diào)節(jié);⑥反應(yīng)堆補(bǔ)水系統(tǒng)處于自動(dòng)補(bǔ)給方式;⑦安注系統(tǒng)處于熱備用狀態(tài);第四頁，共四十頁，2022年，8月28日降負(fù)荷時(shí)的注意事項(xiàng)功率下降時(shí)，必須預(yù)計(jì)氙變化的影響。在必要時(shí)需調(diào)整硼濃度，使調(diào)節(jié)棒處在調(diào)節(jié)帶范圍內(nèi)；反應(yīng)堆冷卻劑硼濃度變化時(shí),如果控制棒動(dòng)作與TAV變化方向相反,則應(yīng)當(dāng)停止硼化;如控制棒手動(dòng)控制時(shí)，應(yīng)避免過大的移動(dòng)；功率的變化率必須小于5%FP/min；應(yīng)遵守軸向功率分布限值的規(guī)定；當(dāng)汽輪機(jī)的負(fù)荷降低到15%FP時(shí)，控制棒自動(dòng)提升系統(tǒng)將閉鎖；第五頁，共四十頁，2022年，8月28日在小負(fù)荷時(shí)的注意事項(xiàng)避免汽輪機(jī)在5%FP以下長時(shí)間運(yùn)行;第六頁，共四十頁，2022年，8月28日在熱停堆模式時(shí)的注意事項(xiàng)

確認(rèn)調(diào)節(jié)棒組全部插入堆芯,停堆棒組可以插入堆芯也可以提出堆芯；冷卻劑溫度由蒸汽排放系統(tǒng)控制;蒸汽發(fā)生器水位由輔助給水系統(tǒng)維持；至少有一個(gè)源量程通道正常工作，以檢測中子計(jì)數(shù)率的變化；TAV在180℃以上時(shí),至少有一臺蒸汽發(fā)生器投入運(yùn)行;停堆深度不能減少。并需要注意在停閉后12小時(shí)后氙減少引入的正反應(yīng)性；當(dāng)發(fā)生硼稀釋、氙衰變、冷卻劑溫度下降引入正反應(yīng)性時(shí)，停堆棒必須全部提出堆芯，同時(shí)對一回路進(jìn)行硼化以保證足夠停堆深度；第七頁，共四十頁，2022年，8月28日降溫降壓時(shí)的注意事項(xiàng)在一回路降溫降壓前時(shí)，必須把硼濃度硼化到冷停堆時(shí)的硼濃度，在冷卻過程中補(bǔ)給水的硼濃度應(yīng)當(dāng)與硼化后的硼濃度相同；冷卻劑的冷卻速率不超過28℃/h，穩(wěn)壓器的冷卻速率不超過5６℃/h;當(dāng)冷卻劑溫度在180℃，壓力在3.0MPa以上時(shí)，嚴(yán)禁余熱排出系統(tǒng)投入運(yùn)行，但必須在穩(wěn)壓器汽腔還存在時(shí)投入使用；余熱排出系統(tǒng)投入運(yùn)行前必須暖管；冷卻過程中必須多次分析RCS的硼濃度;TAV低于70℃時(shí)，對已經(jīng)停止的冷卻劑泵提供軸封水和設(shè)備冷卻水，只有泵停止30分鐘后才運(yùn)行停止供水；冷卻劑泵停止后，余熱排出系統(tǒng)必須繼續(xù)運(yùn)行；第八頁，共四十頁，2022年，8月28日從功率運(yùn)行降至熱停堆模式降功率準(zhǔn)備；①記錄原始數(shù)據(jù)；②確認(rèn)控制棒在調(diào)節(jié)帶內(nèi)；③蒸汽排放系統(tǒng)在TAV控制方式下；④TAV-TREF的差值在規(guī)定范圍內(nèi)；⑤確定發(fā)電機(jī)功率下降速率；⑥通知電網(wǎng)調(diào)度；第九頁，共四十頁，2022年，8月28日從100%FP降功率至15%FP；①設(shè)定15%FP的目標(biāo)功率和下降速率，汽輪機(jī)按指定速率降功率；②反應(yīng)堆功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)作用，調(diào)節(jié)棒組D自動(dòng)下降，使反應(yīng)堆功率自動(dòng)跟蹤汽輪機(jī)降功率。對一回路進(jìn)行硼化，確保ΔI在目標(biāo)范圍內(nèi)；③當(dāng)發(fā)電機(jī)功率降至65%FP時(shí)，除氧器改由輔助蒸汽管供汽；④當(dāng)發(fā)電機(jī)功率降至40%FP時(shí)，停止一臺主給水泵和凝水泵；⑤當(dāng)發(fā)電機(jī)功率降至15%FP時(shí)，不再降功率。并將控制棒控制方式由“自動(dòng)”切換至“手動(dòng)”第十頁，共四十頁，2022年，8月28日從15%功率5%FP；

①設(shè)定5%FP的目標(biāo)功率和下降速率，汽輪機(jī)按指定速率降功率；

②手動(dòng)調(diào)節(jié)控制棒控制反應(yīng)堆功率跟隨汽輪機(jī)功率發(fā)生變化，棒位應(yīng)當(dāng)在規(guī)定范圍內(nèi)。并注意穩(wěn)壓器壓力與水位、TAV與TREF的差值；③當(dāng)達(dá)到5%FP的目標(biāo)功率時(shí)，切斷電網(wǎng)開關(guān)，并逐漸降低發(fā)電機(jī)至零，在這個(gè)過程中打開蒸汽排放閥，并將汽輪機(jī)脫扣，降低汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速，直至停止?？刂瓢舨迦胪ｉ]反應(yīng)堆；①控制棒插入，反應(yīng)堆繼續(xù)降功率，當(dāng)功率降低到臨界點(diǎn)時(shí)，記錄TAV、硼濃度和臨界棒位；②繼續(xù)插棒，當(dāng)中間量程指示值小于10-10A時(shí)，源量程投入運(yùn)行，然后反應(yīng)堆進(jìn)入熱停堆狀態(tài)；第十一頁，共四十頁，2022年，8月28日從熱停堆模式降至冷停堆模式

調(diào)整硼濃度至冷停堆無氙的硼濃度，并投入穩(wěn)壓器備用電加熱器，啟動(dòng)噴霧閥，使穩(wěn)壓器硼濃度與冷卻劑系統(tǒng)一致；確認(rèn)熱停堆模式，包括冷卻劑溫度、穩(wěn)壓器水位、有效增殖系數(shù)等；通過增大下泄流流量，使冷卻劑系統(tǒng)凈化；對冷卻劑進(jìn)行降溫降壓：（1）增大蒸汽排放量，實(shí)現(xiàn)冷卻劑溫度的下降；（2）打開穩(wěn)壓器噴霧閥，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓器降溫降壓；用氮?dú)庵脫Q化學(xué)與容積控制箱中的氫氣;第十二頁，共四十頁，2022年，8月28日第十三頁，共四十頁，2022年，8月28日當(dāng)一回路壓力降低到13MPa時(shí)，閉鎖安注系統(tǒng)；開打下泄流孔板以保證下泄流量；當(dāng)冷卻劑溫度降到180℃，壓力在3.0MPa時(shí)，余熱排出系統(tǒng)投入運(yùn)行；二回路保養(yǎng)，提高蒸汽發(fā)生器水位至100%,蒸汽發(fā)生器內(nèi)充氮?dú)猓蛔尫€(wěn)壓器充滿水①穩(wěn)壓器向化學(xué)與溶積控制箱排氣；②減少下泄流，使穩(wěn)壓器水位上升；安注系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)退出運(yùn)行；當(dāng)Tav小于93℃時(shí)，對安全殼換氣；停止冷卻劑泵

第十四頁，共四十頁，2022年，8月28日冷卻劑繼續(xù)降溫降壓，電廠進(jìn)入冷停堆模式；確認(rèn)反應(yīng)堆已經(jīng)冷停堆模式：

①反應(yīng)堆冷卻劑溫度低于60℃;②冷卻劑系統(tǒng)的壓力由上充下泄系統(tǒng)來維持；③一臺上充泵和一臺余熱排出系統(tǒng)在運(yùn)行，余熱排出系統(tǒng)控制一回路溫度；④反應(yīng)堆硼濃度為冷停堆無氙、無毒時(shí)的硼濃度；⑤停堆棒插入時(shí)，反應(yīng)堆的停堆深度應(yīng)當(dāng)大于4%的反應(yīng)性；

第十五頁，共四十頁，2022年，8月28日三、停堆中的幾個(gè)問題

3.1堆芯余熱

反應(yīng)堆連續(xù)在100FP%的滿功率下運(yùn)行100天以上，如果引入很大的負(fù)反應(yīng)性引起反應(yīng)堆停堆.那么停堆后反應(yīng)堆的功率隨時(shí)間的變化在下表中給出.

停堆時(shí)間停堆余熱%FP1min4.530min2.01h1.628h0.9648h0.62第十六頁，共四十頁，2022年，8月28日3.2135Xe的積累和消耗

在停堆后，由于135Xe的積累和消耗引起了反應(yīng)性的變化。當(dāng)反應(yīng)堆在高功率運(yùn)行時(shí)，135Xe達(dá)到平衡濃度；停堆后的一段時(shí)間內(nèi)，由于135Xe的衰變速度慢于135I的衰變速度，135Xe的濃度將上升。反應(yīng)堆停堆后重新啟動(dòng)分為三種情況:（1）積毒階段啟動(dòng)直接按順序提升調(diào)節(jié)棒組就可以達(dá)到臨界；（2）最大碘坑中啟動(dòng)控制棒全部抽出，并且稀釋硼濃度，然后再加硼（3）在消毒階段啟動(dòng)引入正反應(yīng)性階段，啟動(dòng)操作需特別小心第十七頁，共四十頁，2022年，8月28日氙的中毒曲線中毒達(dá)到平衡值

I“積毒”II“消毒”

III第十八頁，共四十頁，2022年，8月28日在積毒階段啟動(dòng)當(dāng)?shù)饪幼畲笾抵暗姆e毒階段，例如熱停閉后兩小時(shí)內(nèi)再啟動(dòng)，這是最簡單的情況按順序提升調(diào)節(jié)捧組而達(dá)臨界。在提升調(diào)節(jié)棒組時(shí)，應(yīng)估計(jì)到隨時(shí)都有可能達(dá)到臨界；在接近臨界時(shí)，必須避免任何可能使冷卻劑平均溫度突變5℃或冷卻劑硼濃度稀釋l0mg／kg的操作，并且應(yīng)注意堆內(nèi)中子的倍增率不超過每分鐘10倍(相當(dāng)于反應(yīng)堆周期T＝26s)。第十九頁，共四十頁，2022年，8月28日最大碘坑中啟動(dòng)反應(yīng)堆停閉時(shí)間較長，在最大碘坑中開堆，即使把控制棒組件全部抽出，由于碘坑深度大于停堆時(shí)的剩余反應(yīng)性，使反應(yīng)堆不可能臨界。只有對冷卻劑進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐鹣♂尣僮?，才有可能使反?yīng)堆啟動(dòng)。反應(yīng)堆一旦啟動(dòng)之后，隨功率提升，毒素氙迅速減少，而碘的生成還很少，氙的濃度下降，反應(yīng)性上升。需要及時(shí)加硼，不使反應(yīng)堆功率有急增可能。在最大碘坑中啟動(dòng)，需要先進(jìn)行硼稀釋，啟動(dòng)后又要加硼，操作復(fù)雜，并產(chǎn)生大量的廢水，應(yīng)盡量避免。在堆的壽期末，由于后備反應(yīng)性較小，可能會發(fā)生在碘坑中根本無法啟動(dòng)的情況。第二十頁，共四十頁，2022年，8月28日在消毒階段啟動(dòng)消毒階段啟堆，由于氙的自發(fā)消毒引入了反應(yīng)性，不需要稀硼，啟動(dòng)操作必須十分小心，特別要防止出現(xiàn)短周期事故。堆達(dá)到臨界，電廠恢復(fù)額定功率運(yùn)行過程中，對功率的提升必須十分小心，使氙毒消失速度能有效地得到控制。在提升到額定功率過程中，堆內(nèi)已經(jīng)積累起來的氙毒，因中子通量的增大會迅速消失，引起反應(yīng)性增加，以后，氙的減少被碘的積累和衰變成氙所補(bǔ)償，氙毒又按通常規(guī)律積累達(dá)到平衡值，碘坑中啟動(dòng)反應(yīng)堆后，在2-3小時(shí)內(nèi)氙的消失比產(chǎn)生的快(曲線I)，在3小時(shí)后，消毒作用才減弱而開始積毒(曲線II)實(shí)際上，堆內(nèi)反應(yīng)性按曲線III變化，所以當(dāng)功率提升到80％額定功率時(shí)，要注意氙毒的消失能得到控制，使主調(diào)節(jié)棒組始終能處于調(diào)節(jié)帶內(nèi)。第二十一頁，共四十頁，2022年，8月28日堆停閉后再啟動(dòng)時(shí)堆內(nèi)反應(yīng)性變化氙消失氙產(chǎn)生反應(yīng)性變化第二十二頁，共四十頁，2022年，8月28日3.3停堆深度定義:當(dāng)反應(yīng)堆所有棒(包括控制棒和停堆棒)全部插入堆芯時(shí),反應(yīng)堆次臨界的反應(yīng)性總量。而在技術(shù)規(guī)范書中,考慮到安全方面的因素,定義為:

假定最大價(jià)值的一束棒全部卡在堆芯外,而其他所有棒全部插入時(shí),反應(yīng)堆次臨界的反應(yīng)性總量。第二十三頁，共四十頁，2022年，8月28日

停堆深度的運(yùn)行限制條件停堆深度是反應(yīng)堆安全運(yùn)行的重要參數(shù).在技術(shù)規(guī)格書中,規(guī)定了停堆深度的運(yùn)行限制條件(LCO).以美國典型的四環(huán)路PWR電廠為例:

*在平均溫度TAV>93.3℃時(shí),

運(yùn)行限制條件:停堆深度必須大于等于1300pcm;

如果停堆深度小于1300pcm,則應(yīng)立即啟動(dòng)并連續(xù)用

7000ppm的高濃度硼水,以≥11.2t/h的速率硼化,一直到滿足要求為止;*在平均溫度TAV≤93.3℃時(shí),

運(yùn)行限制條件:停堆深度必須大于等于1000pcm;

如果停堆深度小于1000pcm,則應(yīng)立即啟動(dòng)并連續(xù)用

7000ppm的高濃度硼水,以≥11.2t/h的速率硼化,一直到滿足要求為止;

第二十四頁，共四十頁，2022年，8月28日

停堆深度與反應(yīng)堆的運(yùn)行時(shí)間和運(yùn)行工況有關(guān),為保證安全,應(yīng)當(dāng)有足夠的停堆深度：

(1)反應(yīng)堆在任何運(yùn)行工況下達(dá)到次臨界;(2)可將假想事故工況下引入反應(yīng)性瞬變控制在允許的限制內(nèi);(3)在停堆時(shí)反應(yīng)堆保持足夠的次臨界度,以防止反應(yīng)堆在已停堆情況下意外地達(dá)到臨界。

第二十五頁，共四十頁，2022年，8月28日

對停堆深度的要求在整個(gè)壽期內(nèi)隨燃耗、硼濃度、冷卻劑平均溫度的變化而變化。但最受限制的情況是：在堆芯壽期末，冷卻劑平均溫度為無負(fù)荷運(yùn)行溫度下，發(fā)生主蒸汽管道破裂事故造成不可控的冷卻劑系統(tǒng)的冷卻。在該事故中，要求有一定的初始最小停堆深度來控制反應(yīng)堆瞬變。因此對停堆深度的要求是建立在此限制條件基礎(chǔ)上的。

第二十六頁，共四十頁，2022年，8月28日如何確定停堆深度？參考反應(yīng)性數(shù)據(jù)零反應(yīng)性參考點(diǎn)：為精確確定停堆時(shí)的反應(yīng)性，需要建立一種反應(yīng)性已知的參考狀態(tài)。通常，選取停堆時(shí)刻的狀態(tài)作為參考狀態(tài)，即零反應(yīng)性參考點(diǎn);ARO、HZP狀態(tài)點(diǎn):

控制棒微積分價(jià)值、硼微積分價(jià)值試驗(yàn)狀態(tài)點(diǎn)；參考反應(yīng)性數(shù)據(jù)：

停堆時(shí)刻控制棒插入堆芯部分的價(jià)值和功率虧損。參考反應(yīng)性：零反應(yīng)性參考點(diǎn)與ARO、HZP狀態(tài)點(diǎn)反應(yīng)性之差。第二十七頁，共四十頁，2022年，8月28日例題：反應(yīng)堆處在50%FP下穩(wěn)定運(yùn)行，臨界棒位為控制棒D

組150步，臨界硼濃度CB=900ppm。在情況下停堆，試說明參考反應(yīng)性數(shù)據(jù)與反應(yīng)性參考點(diǎn)之間的關(guān)系，并給出參考反應(yīng)性數(shù)據(jù)。HZP、ARO反應(yīng)性參考點(diǎn)D組在150時(shí)的反應(yīng)性75pcm反應(yīng)堆功率50%時(shí)的功率虧損780pcm參考反應(yīng)性數(shù)據(jù)參考反應(yīng)性-855pcmKeff=1.0反應(yīng)性為0第二十八頁，共四十頁，2022年，8月28日停堆深度的考慮為保證停堆深度滿足技術(shù)規(guī)范書中運(yùn)行限制條件，需定期或在任何引入正反應(yīng)性前確定停堆深度。

通常利用參考反應(yīng)性數(shù)據(jù)計(jì)算與零反應(yīng)性參考點(diǎn)的差值來確定停堆深度，需要考慮停堆棒、調(diào)節(jié)棒、氙、硼和溫度變化引起的反應(yīng)性。但不考慮釤的負(fù)反應(yīng)性，因此得到的停堆深度偏于保守。第二十九頁，共四十頁，2022年，8月28日（1）氙停堆后氙的變化可能引入正反應(yīng)性，也可能引入負(fù)反應(yīng)性，這取決于停堆時(shí)間。在停堆后24小時(shí)內(nèi)，氙濃度增加將使停堆深度增加，而24小時(shí)后，氙濃度減小將使停堆深度減少,此時(shí)為滿足最小停堆深度的要求，需要向堆芯增加負(fù)反應(yīng)性。（2）控制棒熱停堆時(shí)調(diào)節(jié)棒將全部插入堆芯。而停堆棒要么全插要么全提。當(dāng)冷卻劑系統(tǒng)硼化充分時(shí)，足以保證最小停堆深度，停堆棒可以全插；而其他任何時(shí)候（引入正反應(yīng)性時(shí)）停堆棒必須全提。第三十頁，共四十頁，2022年，8月28日（3）冷卻劑溫度

停堆后，冷卻劑溫度下降引入正反應(yīng)性，并且引入的反應(yīng)性為溫度和硼濃度的函數(shù)。因此在計(jì)算降溫時(shí)引入的正反應(yīng)性時(shí)，慢化劑溫度系數(shù)可選取溫度為變化前后的平均溫度，硼濃度選取當(dāng)前硼濃度值下的慢化劑溫度系數(shù)。（4）硼濃度如確定停堆深度時(shí)的硼濃度與參考反應(yīng)性數(shù)據(jù)里的硼濃度數(shù)據(jù)相同，則不引起反應(yīng)性的變化；若不相同，則引入反應(yīng)性的變化。第三十一頁，共四十頁，2022年，8月28日

（5）停堆反應(yīng)性停堆反應(yīng)性是以ARO、HZP狀態(tài)點(diǎn)作為參考點(diǎn)，停堆后某時(shí)刻氙、控制棒、溫度和硼變化引起的反應(yīng)性總量。

（６）停堆深度

停堆反應(yīng)性與參考反應(yīng)性的差值。停堆深度必須滿足技術(shù)規(guī)范中運(yùn)行限值條件，否則應(yīng)當(dāng)采取措施來滿足要求。第三十二頁，共四十頁，2022年，8月28日停堆深度的計(jì)算例1、反應(yīng)堆處在50%FP穩(wěn)定運(yùn)行（平衡氙中毒），控制棒臨界棒位為控制棒D組150步，臨界硼濃度為900pcm。在該情況下，反應(yīng)堆停堆，停堆后硼濃度沒有改變。試作反應(yīng)性平衡圖，并說明參考反應(yīng)性、停堆反應(yīng)性與實(shí)際停堆深度之間的關(guān)系。（假如不考慮氙濃度的變化）第三十三頁，共四十頁，2022年，8月28日HZP、ARO反應(yīng)性參考點(diǎn)D組在150時(shí)的反應(yīng)性75pcm反應(yīng)堆功率50%時(shí)的功率虧損780pcm參考反應(yīng)性數(shù)據(jù)參考反應(yīng)性-855pcmKeff=1.0反應(yīng)性為0調(diào)節(jié)棒-2788pcm+200pcm-2588pcm停堆棒-4130pcm實(shí)際停堆深度-5863pcm實(shí)際停堆深度=停堆反應(yīng)性-參考反應(yīng)性停堆反應(yīng)性-6798pcm第三十四頁，共四十頁，2022年，8月28日例2、反應(yīng)堆處在50%FP穩(wěn)定運(yùn)行（平衡氙中毒），控制棒臨界棒位為控制棒D組150步，臨界硼濃度為1000ppm。在該情況下，反應(yīng)堆停堆，停堆后2天，硼濃度增加至1200ppm。試作反應(yīng)性平衡圖，并計(jì)算反應(yīng)堆停堆深度。

(假定硼的微分價(jià)值為-10.4pcm/ppm;

該過程中氙變化引