核電廠反應堆小幅功率提升技術實踐研究

王菲

摘 ? 要：小幅功率提升憑借其改造周期短、投入成本低的優勢，被逐漸應用于核電廠升級改造中，為核電廠發展和經濟效益提升創造有利條件。基于此，本文先簡單介紹了功率提升技術的發展，然后進一步研究了小幅功率提升技術的應用，以期核電廠能推廣使用功率提升技術，提高熱功率有效率，為核電廠節約能耗，顯著提升發電廠效率。

關鍵詞：核電廠 ?反應堆 ?小幅功率提升 ?技術實踐

中圖分類號：TM623 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）06（a）-0112-02

我國核電技術進一步發展，核電廠新建規模以及生產效益顯著提高，新建核電廠初始投資金額過大，資本回收周期長，政府部門新建核電廠的同時，更加重視提高核電廠生產效率，使得功率提升技術受到了極大關注。利用小幅功率提升技術，提高核電廠生產效率，以較低成本提高經濟收益。

1 ?小幅功率提升技術的發展

在國外，功率提升技術已經廣泛應用于核電廠中。以美國為例，在20世紀70年代中幅功率提升已經應用于生產中。至2000年，大幅以及小幅功率提升技術也逐漸得到應用。近年來美國已有164座反應堆應用了功率提升技術，大幅功率提升技術主要是通過對設備的更換，或者使用關鍵技術改造重大設備，從而提高功率并延長設備壽命，將功率提高了7%～20%。中幅功率提升技術則通過挖掘機組，改造原本設計中冗余的保守裕度以提高功率，有效將功率提高了2%～7%。小幅功率提升技術則通過給水測量精度的提升，實現功率的提升，最高可提高功率2%。全面考量三種技術，小幅功率提升技術具有更高的實施效率，由于改造成本偏低，小幅功率提升技術具有更高的操作效率，不需資金大量投入，即可提高熱功率[1]。根據美國的生產經驗可見，使用小幅功率提升技術，有效節約了生產資金300萬美元左右。在實際使用中，聯合使用小幅功率、中幅或大幅功率提升技術，可達到最高效率，利用有限資源創造更高的收益，提高資源利用率，滿足可持續發展戰略要求。

2 ?小幅功率提升技術的實踐應用

我國核電正處于蓬勃發展階段，在核電設計上逐漸積累大量經驗，保障了核電建設的安全。在我國核電機組中，在役數量共45臺，在建數量共11臺，按機組數量估算，發電機總容量能夠高達54.8GW，通過小幅功率技術的使用，可將發電機容量提高至55.73GW。提升容量相當于新建一座核電廠，具有顯著效益。在核電廠中使用功率提升技術，可有效提高核電廠效益，節約能源，全面提高資源使用率。

2.1 小幅功率提升技術原理

計算反應堆熱功率，主要使用熱平衡方法，公式如下：

Qcore=Wfw（Hs-Hfw）-Wbd（Hs-Hbd）+Qb

其中Qcore為堆芯熱功率，Hs為出口蒸汽比焓，Hfw為入口給水比焓，Hbd為排污水比焓，Qb為熱損失。

在公式中，對蒸汽發生器進口位置和出口位置的壓力和溫度進行測量，以獲得蒸汽比焓以及給水比焓，提高測量結果的準確性。測量熱功率的誤差主要來源于測量給水流量的誤差。根據計算分析給水流量測量誤差，在功率測量誤差中，大約占據83%。只有提高測量給水流量的精度，才能提高測量熱功率的精度。在核電廠中，測量給水流量主要使用噴嘴、流量計以及孔板等，流量計的測量原理相對簡單，具有較高精度。但實踐中常發現測量元件出現結構等問題，造成最終測量功率值較高。在此情況下，核電廠需要在不滿功率狀態下生產，測量熱功率的誤差約為2%，為保證反應堆的正常運行，熱功率極限值為102%。核電廠使用高精度的測量計進行給水流量的測量，能夠顯著降低誤差值，如使用超聲波流量計，能降低誤差至0.3%。

2.2 技術要求

在核電廠生產中，想要推廣使用小幅功率提升技術，核電廠需要積極使用高精度流量計進行給水流量的測量，同時要注意展開全面的技術分析。尤其關注測量誤差以及安全分析，才能保證技術的科學使用。技術分析中要注意對設備完整性、設備使用、技術規格以及系統等多方面進行研究，務必保證設備和技術的適配性。對于測量精度的計算十分關鍵，計算結果將直接影響功率提高幅度，只有保證計算的精準性，才能將誤差控制在合理范圍內。另外尤其要關注超聲波流量計的安全性，并針對流量計使用制定校準標準、維修規程以及故障處理方法等。

核電廠最終要提供安全分析報告，對安全事故展開梳理和分析，確定提高功率對重要技術設備不會產生過大影響，主要針對電氣設備展開技術分析，包括斷電設備、柴油發電機、電網。要著重分析的系統包括主蒸汽系統、冷卻水系統、蒸汽排放系統、通風系統、燃料貯存池等系統，從而保障核電廠生產安全，規避安全事故。核電廠經過對系統和設備的全面評估后形成最終報告，提交給國家核安全局進行審核。經過國家核安全局審核后，才能將小幅功率提升技術投入生產使用。

2.3 制定標準文件

目前我國針對小幅功率提升技術的應用標準尚不存在指導文件，需要積極完善指導文件作為技術應用的頂層設計，為技術研發以及合理應用提供文件支持。在我國核電堆型較多，存在一定的技術差異，體現在二代技術和三代技術之間的差異、能動技術和非能動技術的差異上。制定標準文件需要充分了解主流堆型的運行特征，全面考慮不同核電廠之間的差距，才能制定統一的指導文件。在我國相關法律法規基礎上，參考我國實際國情，制定指導性文件才能對小幅功率提升技術的應用提供支持作用。

2.4 安裝高精度流量計

在國際上核電廠使用的流量計多為高精度流量計，利用超聲波技術提高流量精度，可有效減少二回路熱功率不精準測量的問題，達到小幅功率的提高目的。目前國內使用的超聲波流量計，溫度參數并不能滿足國際要求，還需要進一步開發精度更高的超聲波流量計。我國部分核電廠已經使用Ap1000給水流量測量系統，具備精度更高的超聲波流量計，為小幅功率提升技術提供了應用條件，以此核電廠為試點展開應用實踐，為其他核電廠提供參考。

開發推廣精度更高的超聲波流量計后，要注意對流量計的校準，影響測量精度主要包括壓力、溫度、管道尺寸、傳感器等因素。將超聲波流量計放在實驗室中，調整不同工況參數，使用流量計測量，從而獲得測量的影響因素，有助于加強環境設計，保證流量計的測量精度[2]。經過實驗室對流量計的校準后，在流量計的實際應用中設定和實驗室一致的參數，若參數存在差異，需要對差異參數進行集中調整，保證測量精度。在流量計使用期間，核電廠要定期對流量計進行校準和維護。

2.5 安全性分析

提高核電廠運行功率，對運行安全性的分析至關重要，要以滿功率值為條件進行安全分析。安全分析由核電廠完成，并提交給國家核安全局安全分析報告。國家核安全局負責對安全報告進行評審，經過評審后可分發許可證，允許其應用。在安全分析中，需要考慮到提高功率對運行參數的影響，分析變化運行參數后造成的應力變化以及沖刷腐蝕。核電廠還要注意對運行技術規格的評估，對生產流程進行全面修改，并制作安全分析報告提交給國家核安全局，經過審查后才能得到生產應用。通過完善的安全分析，可最大程度上規避安全事故，提高核電廠生產的安全性，也保障了核電廠運行的必要條件。

3 ?結語

綜上所述，核電廠生產項目也是我國能源戰略發展的重要構成，提高核電廠功率，有助于優化核電機組設計。從我國當前核電現狀出發，不斷完善功率提升的標準文件，鼓勵并支持精度更高的超聲波流量計研發和推廣使用，監督核電廠全面展開功率提高的安全性評估，利用技術升級提升發電機容量，進而提升發電廠效率。

參考文獻

[1] 李尚科.核電廠反應堆功率運行工況下安全殼隔離閥泄漏對安全殼密封性影響的評價方法研究[J].科技創新與應用，2019（15）：125-127.

[2] 劉臻，高永恒.秦山第二核電廠反應堆功率系數應用分析[J].中國核電，2019，12（3）：305-308.

[3] 虞曉歡，杜娟，邵雪嬌，等.主曲線方法在核電廠壓力容器老化延壽中的應用[J].核動力工程，2020，41（2）：45-48.