压水堆核电厂的停堆.ppt

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1、第七章压水堆核电厂的停堆,核科学与工程学院2009年5月,一、停堆方式,反应堆的停堆指反应堆从功率运行水平降低到中子源水平。主要有两种方式：1、正常停堆,热停堆 暂时性的停堆。冷却剂系统保持热态零功率负荷时的运行温度和压力，二回路系统处于热备用状态，随时可以带负荷运行。所有调节棒必须完全插入，停堆棒可以插入和抽出，硼浓度为最小停堆深度硼浓度，反应堆处于次临界(0.99)；一回路和二回路的温度由堆芯余热和冷却剂泵的作功来维持。一回路压力由稳压器自动控制。,2、事故停堆 当核电厂发生危及反应堆安全的事故时，由于保护系统动作，引起控制棒紧急插入而引起的停堆。如果事故严重，则还需要向堆芯紧急注入硼水。

2、,冷停堆 在反应堆达到热停堆状态以后才能进行冷停堆。调节棒和停堆棒组全部插入，并且为抵消冷却过程中负温度效应引入的正反应性，还需加硼，使系统处于次临界状态。,二、反应堆的停堆,初始条件 核电厂在100%FP或预定负荷下稳定运行;反应堆功率调节系统处于自动方式,D调节棒组保持在 调节带内,轴向中子通量密度偏差I控制在目标带内;稳压器压力控制系统与液位控制系统均处于自动状态;蒸汽排放系统处于”平均温度”控制方式;蒸汽发生器液位由主给水调节阀自动调节;反应堆补水系统处于自动补给方式;安注系统处于热备用状态;,降负荷时的注意事项,功率下降时，必须预计氙变化的影响。在必要时需调整硼浓度，使调节棒处在调节

3、带范围内；反应堆冷却剂硼浓度变化时,如果控制棒动作与TAV变化方向相反,则应当停止硼化;如控制棒手动控制时，应避免过大的移动；功率的变化率必须小于5%FP/min；应遵守轴向功率分布限值的规定；当汽轮机的负荷降低到15%FP时，控制棒自动提升系统将闭锁；,在小负荷时的注意事项,避免汽轮机在5%FP以下长时间运行;,在热停堆模式时的注意事项,确认调节棒组全部插入堆芯,停堆棒组可以插入堆芯也可以提出堆芯；冷却剂温度由蒸汽排放系统控制;蒸汽发生器水位由辅助给水系统维持；至少有一个源量程通道正常工作，以检测中子计数率的变化；TAV在180以上时,至少有一台蒸汽发生器投入运行;停堆深度不能减少。并需要注

4、意在停闭后12小时后氙减少引入的正反应性；当发生硼稀释、氙衰变、冷却剂温度下降引入正反应性时，停堆棒必须全部提出堆芯，同时对一回路进行硼化以保证足够停堆深度；,降温降压时的注意事项,在一回路降温降压前时，必须把硼浓度硼化到冷停堆时的硼浓度，在冷却过程中补给水的硼浓度应当与硼化后的硼浓度相同；冷却剂的冷却速率不超过28/h，稳压器的冷却速率不超过5/h;当冷却剂温度在180，压力在3.0MPa以上时，严禁余热排出系统投入运行，但必须在稳压器汽腔还存在时投入使用；余热排出系统投入运行前必须暖管；冷却过程中必须多次分析RCS的硼浓度;TAV低于70 时，对已经停止的冷却剂泵提供轴封水和设备冷却水，只

5、有泵停止30分钟后才运行停止供水；冷却剂泵停止后，余热排出系统必须继续运行；,从功率运行降至热停堆模式,降功率准备；记录原始数据；确认控制棒在调节带内；蒸汽排放系统在TAV控制方式下；TAV-TREF的差值在规定范围内；确定发电机功率下降速率；通知电网调度；,从100%FP降功率至15%FP；设定15%FP的目标功率和下降速率，汽轮机按指定速 率降功率；反应堆功率调节系统作用，调节棒组D自动下降，使 反应堆功率自动跟踪汽轮机降功率。对一回路进行硼 化，确保I在目标范围内；当发电机功率降至65%FP时，除氧器改由辅助蒸汽管 供汽；当发电机功率降至40%FP时，停止一台主给水泵和凝 水泵；当发电机

6、功率降至15%FP时，不再降功率。并将控制 棒控制方式由“自动”切换至“手动”,从15%功率5%FP；设定5%FP的目标功率和下降速率，汽轮机按指定速率降功率；手动调节控制棒控制反应堆功率跟随汽轮机功率发生变化，棒位应当在规定范围内。并注意稳压器压力与水位、TAV与TREF的差值；当达到5%FP的目标功率时，切断电网开关，并逐渐降低发电机至零，在这个过程中打开蒸汽排放阀，并将汽轮机脱扣，降低汽轮机转速，直至停止。控制棒插入停闭反应堆；控制棒插入，反应堆继续降功率，当功率降低到临界点时，记录TAV、硼浓度和临界棒位；继续插棒，当中间量程指示值小于10-10A时，源量程投入运行，然后反应堆进入热停

7、堆状态；,从热停堆模式降至冷停堆模式,调整硼浓度至冷停堆无氙的硼浓度，并投入稳压器备用电加热器，启动喷雾阀，使稳压器硼浓度与冷却剂系统一致；确认热停堆模式，包括冷却剂温度、稳压器水位、有效增殖系数等；通过增大下泄流流量，使冷却剂系统净化；对冷却剂进行降温降压：（1）增大蒸汽排放量，实现冷却剂温度的下降；（2）打开稳压器喷雾阀，实现稳压器降温降压；用氮气置换化学与容积控制箱中的氢气;,当一回路压力降低到13MPa时，闭锁安注系统；开打下泄流孔板以保证下泄流量；当冷却剂温度降到180，压力在3.0MPa时，余热排出系统投入运行；二回路保养，提高蒸汽发生器水位至100%,蒸汽发生器内充氮气；让稳压器

8、充满水稳压器向化学与溶积控制箱排气；减少下泄流，使稳压器水位上升；安注系统、喷淋系统退出运行；当Tav小于93时，对安全壳换气；停止冷却剂泵,冷却剂继续降温降压，电厂进入冷停堆模式；确认反应堆已经冷停堆模式：反应堆冷却剂温度低于60;冷却剂系统的压力由上充下泄系统来维持；一台上充泵和一台余热排出系统在运行，余热排出系统控制一回路温度；反应堆硼浓度为冷停堆无氙、无毒时的硼浓度；停堆棒插入时，反应堆的停堆深度应当大于4%的反应性；,三、停堆中的几个问题,3.1 堆芯余热 反应堆连续在100FP%的满功率下运行100天以上，如果引入很大的负反应性引起反应堆停堆.那么停堆后反应堆的功率随时间的变化在下

9、表中给出.,3.2 135Xe的积累和消耗,在停堆后，由于135Xe的积累和消耗引起了反应性的变化。当反应堆在高功率运行时，135Xe达到平衡浓度；停堆后的一段时间内，由于135Xe的衰变速度慢于135I的衰变速度，135Xe的浓度将上升。,反应堆停堆后重新启动分为三种情况:（1）积毒阶段启动 直接按顺序提升调节棒组就可以达到临界；（2）最大碘坑中启动 控制棒全部抽出，并且稀释硼浓度，然后再加硼（3）在消毒阶段启动 引入正反应性阶段，启动操作需特别小心,氙的中毒曲线,中毒达到平衡值 I,“积毒”II,“消毒”III,在积毒阶段启动,当碘坑最大值之前的积毒阶段，例如热停闭后两小时内再启动，这是最

10、简单的情况按顺序提升调节捧组而达临界。在提升调节棒组时，应估计到随时都有可能达到临界；在接近临界时，必须避免任何可能使冷却剂平均温度突变5或冷却剂硼浓度稀释l0mgkg的操作，并且应注意堆内中子的倍增率不超过每分钟10倍(相当于反应堆周期T26s)。,最大碘坑中启动,反应堆停闭时间较长，在最大碘坑中开堆，即使把控制棒组件全部抽出，由于碘坑深度大于停堆时的剩余反应性，使反应堆不可能临界。只有对冷却剂进行适当的硼稀释操作，才有可能使反应堆启动。反应堆一旦启动之后，随功率提升，毒素氙迅速减少，而碘的生成还很少，氙的浓度下降，反应性上升。需要及时加硼，不使反应堆功率有急增可能。在最大碘坑中启动，需要先

11、进行硼稀释，启动后又要加硼，操作复杂，并产生大量的废水，应尽量避免。在堆的寿期末，由于后备反应性较小，可能会发生在碘坑中根本无法启动的情况。,在消毒阶段启动,消毒阶段启堆，由于氙的自发消毒引入了反应性，不需要稀硼，启动操作必须十分小心，特别要防止出现短周期事故。堆达到临界，电厂恢复额定功率运行过程中，对功率的提升必须十分小心，使氙毒消失速度能有效地得到控制。在提升到额定功率过程中，堆内已经积累起来的氙毒，因中子通量的增大会迅速消失，引起反应性增加，以后，氙的减少被碘的积累和衰变成氙所补偿，氙毒又按通常规律积累达到平衡值，碘坑中启动反应堆后，在2-3小时内氙的消失比产生的快(曲线I)，在3小时后

12、，消毒作用才减弱而开始积毒(曲线II)实际上，堆内反应性按曲线III变化，所以当功率提升到80额定功率时，要注意氙毒的消失能得到控制，使主调节棒组始终能处于调节带内。,堆停闭后再启动时堆内反应性变化,氙消失,氙产生,反应性变化,3.3 停堆深度 定义:当反应堆所有棒(包括控制棒和停堆棒)全部插入堆芯时,反应堆次临界的反应性总量。而在技术规范书中,考虑到安全方面的因素,定义为:假定最大价值的一束棒全部卡在堆芯外,而其他所有棒全部插入时,反应堆次临界的反应性总量。,停堆深度的运行限制条件 停堆深度是反应堆安全运行的重要参数.在技术规格书中,规定了停堆深度的运行限制条件(LCO).以美国典型的四环路

13、PWR电厂为例:,*在平均温度TAV93.3时,运行限制条件:停堆深度必须大于等于1300pcm;如果停堆深度小于1300pcm,则应立即启动并连续用 7000ppm的高浓度硼水,以11.2t/h的速率硼化,一直 到满足要求为止;*在平均温度TAV93.3时,运行限制条件:停堆深度必须大于等于1000pcm;如果停堆深度小于1000pcm,则应立即启动并连续用 7000ppm的高浓度硼水,以11.2t/h的速率硼化,一直 到满足要求为止;,停堆深度与反应堆的运行时间和运行工况有关,为保证安全,应当有足够的停堆深度：(1)反应堆在任何运行工况下达到次临界;(2)可将假想事故工况下引入反应性瞬变控

14、制在允许的限制内;(3)在停堆时反应堆保持足够的次临界度,以防止反应堆在已停堆情况下意外地达到临界。,对停堆深度的要求在整个寿期内随燃耗、硼浓度、冷却剂平均温度的变化而变化。但最受限制的情况是：在堆芯寿期末，冷却剂平均温度为无负荷运行温度下，发生主蒸汽管道破裂事故造成不可控的冷却剂系统的冷却。在该事故中，要求有一定的初始最小停堆深度来控制反应堆瞬变。因此对停堆深度的要求是建立在此限制条件基础上的。,如何确定停堆深度？,参考反应性数据,零反应性参考点：为精确确定停堆时的反应性，需要建立一种反应性已知的参考状态。通常，选取停堆时刻的状态作为参考状态，即零反应性参考点;ARO、HZP状态点:控制棒微

15、积分价值、硼微积分价值试验状态点；参考反应性数据：停堆时刻控制棒插入堆芯部分的价值和功率亏损。参考反应性：零反应性参考点与ARO、HZP状态点反应性之差。,例题：反应堆处在50%FP下稳定运行，临界棒位为控制棒D 组150步，临界硼浓度CB=900ppm。在情况下停堆，试说明参考反应性数据与反应性参考点之间的关系，并给出参考反应性数据。,HZP、ARO反应性参考点,D组在150时的反应性75pcm,反应堆功率50%时的功率亏损780pcm,参考反应性数据,参考反应性-855pcm,Keff=1.0反应性为0,停堆深度的考虑 为保证停堆深度满足技术规范书中运行限制条件，需定期或在任何引入正反应性

16、前确定停堆深度。通常利用参考反应性数据计算与零反应性参考点的差值来确定停堆深度，需要考虑停堆棒、调节棒、氙、硼和温度变化引起的反应性。但不考虑钐的负反应性，因此得到的停堆深度偏于保守。,（1）氙 停堆后氙的变化可能引入正反应性，也可能引入负反应性，这取决于停堆时间。在停堆后24小时内，氙浓度增加将使停堆深度增加，而24小时后，氙浓度减小将使停堆深度减少,此时为满足最小停堆深度的要求，需要向堆芯增加负反应性。（2）控制棒 热停堆时调节棒将全部插入堆芯。而停堆棒要么全插要么全提。当冷却剂系统硼化充分时，足以保证最小停堆深度，停堆棒可以全插；而其他任何时候（引入正反应性时）停堆棒必须全提。,（3）冷

17、却剂温度 停堆后，冷却剂温度下降引入正反应性，并且引入的反应性为温度和硼浓度的函数。因此在计算降温时引入的正反应性时，慢化剂温度系数可选取温度为变化前后的平均温度，硼浓度选取当前硼浓度值下的慢化剂温度系数。（4）硼浓度 如确定停堆深度时的硼浓度与参考反应性数据里的硼浓度数据相同，则不引起反应性的变化；若不相同，则引入反应性的变化。,（5）停堆反应性 停堆反应性是以ARO、HZP状态点作为参考点，停堆后某时刻氙、控制棒、温度和硼变化引起的反应性总量。（）停堆深度停堆反应性与参考反应性的差值。停堆深度必须满足技术规范中运行限值条件，否则应当采取措施来满足要求。,停堆深度的计算 例1、反应堆处在50

18、%FP稳定运行（平衡氙中毒），控制棒临界棒位为控制棒D组150步，临界硼浓度为900pcm。在该情况下，反应堆停堆，停堆后硼浓度没有改变。试作反应性平衡图，并说明参考反应性、停堆反应性与实际停堆深度之间的关系。（假如不考虑氙浓度的变化）,HZP、ARO反应性参考点,D组在150时的反应性75pcm,反应堆功率50%时的功率亏损780pcm,参考反应性数据,参考反应性-855pcm,Keff=1.0反应性为0,调节棒,-2788pcm,+200pcm,-2588pcm,停堆棒,-4130pcm,实际停堆深度-5863pcm,实际停堆深度=停堆反应性-参考反应性,停堆反应性-6798pcm,例2、

19、反应堆处在50%FP稳定运行（平衡氙中毒），控制棒临界棒位为控制棒D组150步，临界硼浓度为1000ppm。在该情况下，反应堆停堆，停堆后2天，硼浓度增加至1200ppm。试作反应性平衡图，并计算反应堆停堆深度。(假定硼的微分价值为-10.4pcm/ppm;该过程中氙变化引起的反应性为2000pcm；）,HZP、ARO反应性参考点,D组在150时的反应性75pcm,反应堆功率50%时的功率亏损780pcm,参考反应性数据,参考反应性-855pcm,Keff=1.0反应性为0,调节棒,-2788pcm,+200pcm,-2588pcm,停堆棒,-4130pcm,实际停堆深度-5943pcm,硼-

20、2080pcm,氙2000pcm,停堆反应性-6798pcm,3.4 停堆过程中的异常现象,卡棒现象 卡棒现象是指在事故停堆时，控制棒卡住不能掉落堆芯。在这种情况下，应该按照异常运行规程的要求，立即应急加硼。这种加硼方式不经混合器正常途径而直接送至上充泵入口，因此无法计量硼的绝对加入量，但总是向堆内添加负反应性，能够保证停堆深度满足技术规范的要求。,欠补偿现象 核仪表系统中间量程采用补偿型硼电离室来监测堆的功率水平。其工作原理：,Ir,Ir+In,高压电极,高压电极,集电极,In,对补偿硼电离室，如果补偿性能不好，可能存在两种情况：（1）欠补偿 对 补偿不够，最后得到的信号中除去中子外还存在 的作用，这对停堆过程具较大影响。因为停堆后中子通量密度迅速下降，但通量还比较大，因此总电流信号中所占的比重将增加，中间量程功率表的指示降不到10-10A以下，从而导致源量程仪表不能投入工作。（2）过补偿 对 补偿过头。对安全运行不存在较重要的影响。,