核電站停堆模式及臨界方式的優(yōu)化

【摘要】：該文主要闡述了某核電站針對(duì)停堆模式及臨界方式實(shí)施的優(yōu)化。通過(guò)分析原停堆模式及臨界方式存在的問(wèn)題，介紹了進(jìn)行此次優(yōu)化的原因、實(shí)施的優(yōu)化方案情況。文中重點(diǎn)分析了某核電站停堆模式及臨界方式的三個(gè)優(yōu)化項(xiàng)目，并且結(jié)合電站實(shí)施優(yōu)化前和優(yōu)化后的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過(guò)理論分析計(jì)算，闡述了優(yōu)化方案實(shí)施的實(shí)際意義以及存在的問(wèn)題，為同類型機(jī)組的停堆模式及臨界方式的優(yōu)化提供一定的參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】：停堆模式；臨界方式；優(yōu)化；提高經(jīng)濟(jì)性

1.某核電站停堆模式及臨界方式優(yōu)化的背景

某核電站自2005年首堆啟動(dòng)以來(lái)，已經(jīng)經(jīng)歷十幾次大修。大量的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，某核電站1、2號(hào)機(jī)組反應(yīng)堆原有的停堆模式及臨界方式過(guò)于保守，運(yùn)行操作復(fù)雜，占用大量的大修關(guān)鍵路徑時(shí)間，影響核電廠的經(jīng)濟(jì)性，存在一些可以優(yōu)化的內(nèi)容。某核電站反應(yīng)堆停堆模式及臨界方式的優(yōu)化項(xiàng)目自2011年7月正式向國(guó)家核安全局提出申請(qǐng)。參考國(guó)內(nèi)其他核電站的停堆模式及臨界方式，在符合國(guó)家核安全法律、法規(guī)和保證堆芯安全性的前提下，進(jìn)行了以下三個(gè)方面的優(yōu)化：

（1）簡(jiǎn)化應(yīng)急保護(hù)價(jià)值測(cè)量試驗(yàn)后的恢復(fù)臨界方式

（2）簡(jiǎn)化計(jì)劃性短期熱停堆及重返臨界方式

（3）降低堆芯初始硼濃度

以上優(yōu)化項(xiàng)目于2013年1月獲得國(guó)家核安全局正式批準(zhǔn)。下面將逐一介紹優(yōu)化方案的詳細(xì)情況。

2.計(jì)劃性短期熱停堆及重返臨界方式存在的問(wèn)題及其優(yōu)化方案

某核電站在熱停堆后，最小停堆硼濃度的計(jì)算條件是——冷卻劑溫度，零氙，控制棒全部提出堆芯時(shí)，堆芯最小次臨界度為0.01。也就是說(shuō)，在這種硼濃度下，控制棒即使不插入，堆芯也能夠達(dá)到足夠的次臨界度。因此，原來(lái)的熱停堆模式中將控制棒插入堆芯的做法過(guò)于保守，且計(jì)劃性短期停堆和重返臨界時(shí)，控制棒的操作占用很多時(shí)間。

在不影響反應(yīng)堆安全的前提下，為提高反應(yīng)堆運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性，對(duì)某核電站計(jì)劃性短期熱停堆和重返臨界過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化。根據(jù)技術(shù)規(guī)格書的要求，參考國(guó)內(nèi)其他核電站熱停堆的操作方法，優(yōu)化如下：

計(jì)劃性短期熱停堆時(shí)，反應(yīng)堆硼化到最小停堆硼濃度，調(diào)節(jié)棒組（第8、9、10棒組）全部插入堆底，停堆棒組（第1～7棒組）全部提出堆芯。其中最小停堆硼濃度的計(jì)算條件修改如下：

根據(jù)冷卻劑溫度，零氙，調(diào)節(jié)棒組（第8、9、10棒組）全部插入堆底，停堆棒組（第1～7棒組）全部提出堆芯時(shí)，堆芯最小次臨界度為0.01計(jì)算堆芯的理論硼濃度，則有：

優(yōu)化后的方案不僅能夠保證堆芯次臨界度的要求，與優(yōu)化前的方案相比，有如下三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

減少硼化和稀釋量，減少?gòu)U水量。

通過(guò)插入部分控制棒組引入了一部分負(fù)反應(yīng)性，冷卻劑中由硼控制的反應(yīng)性就顯著減少了，可降低停堆硼濃度；因此，停堆硼化所需的硼水量以及反應(yīng)堆啟動(dòng)達(dá)臨界所需的清水量都相應(yīng)減少，大大減輕三廢處理系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。

部分控制棒提出堆芯可提供后備負(fù)反應(yīng)性，利于堆芯安全。

在正常停堆狀態(tài)下，有一部分控制棒（第1～7組控制棒）提出堆芯，可以為反應(yīng)堆提供足夠的后備負(fù)反應(yīng)性。假若一回路發(fā)生意外硼稀釋，堆芯引入正反應(yīng)性，達(dá)到安全限值時(shí)，將產(chǎn)生緊急停堆信號(hào)，處在堆芯外的控制棒將全部落入堆芯，向堆芯引入足夠的負(fù)反應(yīng)性，防止堆芯發(fā)生意外臨界或超臨界。給操縱員留出足夠的時(shí)間來(lái)停止稀釋。

界時(shí)，插入/提升停堆棒組的時(shí)間。

在降低功率停堆的過(guò)程中，僅調(diào)節(jié)棒組插入堆芯，并向堆芯注入適量硼酸使得堆芯擁有足夠的次臨界度，這樣在停堆和重返臨界過(guò)程中，可以節(jié)省插/提停堆棒組的操作時(shí)間。

3.結(jié)論

某核電站1、2號(hào)機(jī)組的停堆模式及臨界方式進(jìn)行了以下三個(gè)方面的優(yōu)化：

（1）簡(jiǎn)化應(yīng)急保護(hù)價(jià)值測(cè)量試驗(yàn)后的恢復(fù)臨界方式

（2）簡(jiǎn)化計(jì)劃性短期熱停堆及重返臨界方式

（3）降低堆芯初始硼濃度

其中一些項(xiàng)目可以在機(jī)組換料大修停堆及達(dá)臨界的過(guò)程中實(shí)施，包括：

（1）簡(jiǎn)化應(yīng)急保護(hù)價(jià)值測(cè)量試驗(yàn)后的恢復(fù)臨界方式，即取消“注硼使硼濃度增加”的操作。

（2）在機(jī)組達(dá)到熱態(tài)前，即冷卻劑溫度時(shí)，將第1～7組控制棒提至堆頂。

由于堆芯在冷態(tài)、加熱及熱態(tài)下存在防誤稀釋保護(hù)，因此以下優(yōu)化項(xiàng)目只適用于機(jī)組因故障短期計(jì)劃性后撤至熱態(tài)或冷態(tài)：

（1）降低堆芯初始硼濃度至冷態(tài)下對(duì)應(yīng)要求。

（2）熱態(tài)下將一回路硼濃度稀釋到熱態(tài)下對(duì)應(yīng)要求。

某核電站T208大修的停堆模式及臨界方式采用了優(yōu)化后的方案，本文通過(guò)對(duì)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)的定量分析計(jì)算，得出了優(yōu)化方案實(shí)施后，節(jié)省的大修關(guān)鍵路徑時(shí)間的長(zhǎng)短，以及減少的廢液排放量的大小，驗(yàn)證了優(yōu)化方案實(shí)施的實(shí)際意義，為后續(xù)進(jìn)一步優(yōu)化停堆模式和臨界方式提供一定的參考與借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1] 核電站機(jī)組反應(yīng)堆停堆模式、臨界優(yōu)化安全分析評(píng)價(jià)報(bào)告，中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院，2011年

[2] 核電站反應(yīng)堆停堆模式、臨界優(yōu)化方案設(shè)計(jì)論證報(bào)告，中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院，2011年

[3] 某核電站1、2號(hào)機(jī)組反應(yīng)堆停堆模式、臨界優(yōu)化可行性分析論證報(bào)告，中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院，2010年

[4] 錢紀(jì)生，WWER-1000壓水堆核電廠運(yùn)行物理，原子能出版社，2011年9月