一种650MWe大型商用核电站无二次中子源装料方法
阅读说明：本技术 一种650MWe大型商用核电站无二次中子源装料方法 (650MWe large-scale commercial nuclear power station secondary neutron source-free charging method ) 是由 王勇智 叶国栋 詹勇杰 邓志新 李文涛 刘臻 高永恒 项骏军 王澄瀚 杨嗣 沈亚 于 2020-09-07 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种650MWe大型商用压水堆核电站的无二次中子源装料方法,包括如下：在大修装料前,选定两组满足特定燃耗深度、富集度的已辐照燃料组件作为替代二次中子源组件,并选定满装载情况下靠近源量程探测器附近满足一定燃耗深度的燃料组件。大修装料开始后,确定替代二次中子源组件在堆芯的放置位置,并检查源量程探测器的可用性,同时计算基准计数率,用于源量程计数率报警值的设定。按照斜对角式装料,装料的前6步要设定硼浓度的取样频度,装料的最后阶段需将两组替代二次中子源组件撤回乏池,完成装料后需重新设定源量程探测器的报警整定值。本发明取消二次中子源组件的使用和采购、节省采购费用,减少氚产生量、降低操作人员的辐照风险。(The invention discloses a charging method of a 650MWe large commercial pressurized water reactor nuclear power station without a secondary neutron source, which comprises the following steps: before heavy repair of the material, two groups of irradiated fuel assemblies meeting specific burnup depth and enrichment are selected as substitute secondary neutron source assemblies, and the fuel assemblies meeting a certain burnup depth close to a source range detector under the full-load condition are selected. After the overhaul loading is started, the placement position of the substituted secondary neutron source assembly in the reactor core is determined, the availability of the source range detector is checked, and meanwhile, the reference counting rate is calculated and used for setting the alarm value of the source range counting rate. According to the diagonal loading, the sampling frequency of boron concentration is set in the first 6 steps of loading, two groups of substituted secondary neutron source assemblies are required to be withdrawn from a spent pool in the final stage of loading, and the alarm setting value of the source range detector is required to be reset after loading is completed. The invention cancels the use and purchase of secondary neutron source components, saves the purchase cost, reduces the tritium production amount and reduces the irradiation risk of operators.)
技术领域
本发明涉及反应堆技术领域，具体涉及一种适用于650MWe大型商用压水堆核电站的无二次中子源装料方法。
背景技术
650MWe压水堆核电站是一种大型商用核电站，堆芯总共有121个燃料组件，所用燃料组件的U235富集度不超过4.5％，用轻水作为慢化剂、冷却剂和反射层，强迫对流传热，目前国内650MWe压水堆核电站主要分布在浙江、海南等沿海经济发达地区。
装料是核电厂换料大修的重要工作，如图1所示，传统的压水堆装料方法是在堆芯特定位置布置二次中子源燃料组件，图1中S1/S2\SA/SB分别表示650MWe和1000MWe压水堆堆芯两个二次中子源组件，用于加强装料和临界启动期间的堆芯监测，保证核安全。
但是传统装料方法存在以下几方面问题：
(1)二次中子源组件的设计寿期约15年，因此必须每15年重新从国外采购新的二次中子源，目前国际贸易紧张局势加剧，二次中子源组件是核电站里的重要设备，从国外采购的难度越来越大；
(2)二次中子源的采购价格较贵，按照目前的市场价，核电站设计寿命按照60年计算，每台机组需要花费约300万的采购费用，国内目前现有的650MWe压水堆核电站总共有6台，累计需1800万的采购费用；
(3)每次换料大修都要重新拔插二次中子源组件，存在机械破损或失效风险，造成无二次中子源组件可用，甚至大修被迫中止，无法启堆的严重后果；
(4)二次中子源组件在插拔过程中，会增加操作人员受辐照风险；
(5)传统装料方法过程中，需要堆内移动二次中子源组件，需多次进行测量中子计数率基准值和重新设定报警整定值，存在改进优化的空间；
(6)二次中子源使用过程中会产生大量的氚，约占总氚产生量的15％，这会增加了环境排放压力；
(7)由于650MW压水堆核电站堆芯外圈比1000MW压水堆堆芯少36根燃料组件，如附图1所示，外圈斜线阴影位置是1000MWe压水堆的燃料组件，内部散点部分是650MWe压水堆的堆芯，因此650MW压水堆的堆芯外围反射层更厚，逃脱反射层的中子更少，研发无源装料的难度较大，具有挑战性。
发明内容
为了解决上述技术问题中的至少一个方面，本发明提供一种650MWe大型商用核电站无二次中子源装料方法，该方法能够满足装料过程源量程中子计数率大于1cps的技术要求，这种方法不仅简化了原有的装料操作流程，缩短了工作时间，节省设备采购费用，降低氚产生量，降低人员辐照风险。
本发明的技术方案如下：一种650MWe大型商用核电站无二次中子源装料方法，包括如下步骤：
步骤1：在大修停堆前，先选择两组满足特定燃耗深度、富集度、停堆冷却时间的已辐照燃料组件作为替代二次中子源组件，并要求满装载情况下靠近源量程探测器附近的3根燃料组件至少1根燃料组件的燃耗深度达到20000MWd/tU；
步骤2：将选定的某一个替代二次中子源燃料组件检查源量程探测器可用性，再就位于堆芯指定位置；
步骤3：待另一个替代二次中子源燃料组件就位于堆芯指定位置后，测量两个源量程平均计数率作为基准值，用于设定源量程计数率报警整定值；
步骤4：装料开始的前6步确定硼浓度化学取样的频度，确保换料水池硼浓度值维持稳定；
步骤5：按照斜对角式装料，在最后4步将两组替代二次中子源组件撤回乏池；
步骤6：完成装料并重新设定源量程探测器的报警整定值。
所述的步骤1规定了替代二次中子源组件的技术要求：燃耗深度、富集度、停堆冷却时间的要求，装料后满装载情况下靠近源量程探测器附近的3根燃料组件的燃耗深度必须满足燃耗深度要求。
所述的步骤2规定了替代二次中子源组件在堆芯的放置位置，分别是堆芯A08和N06位置，并用其中一根替代二次中子源组件对源量程可用性进行检查。
所述的步骤3规定了两个源量程平均计数率的基准值的测量方法，并用基准值设定源量程计数率报警整定值。
所述的步骤4规定了装料前6步硼浓度化学取样的频度，用于监测装料期间换料水池硼浓度，防止发生误稀释事件。
所述的步骤5规定了按照斜对角式装料，最后将两组替代二次中子源组件撤回乏池指定位置。
所述的步骤6规定了满装载后需重新计算基准计数率，最后设定源量程探测器的报警整定值。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明装料方法无需使用二次中子源组件，因此取消了二次中子源的采购和维护，为核电站节省二次中子源的采购和维护费用，经济效益较好，也解决了二次中子源国际采购困难的问题；
(2)本发明装料方法可以显著减少核电站氚产量，和传统装料方法相比，减少氚产生量约15％，可以消除氚排放带来的环境压力；
(3)本发明装料方法由于取消了二次中子源的使用，装料过程无需中子源的堆内移动和操作，优化了装料操作。
(4)本发明装料方法由于取消了二次中子源的使用，大修期间无需再对二次中子源组件进行倒换插拔，消除了二次中子源组件破损和失效的风险，也降低了操作人员的辐射安全风险。
附图说明
图1是根据650MWe和1000MWe压水堆堆芯结构对比和二次中子源布置示意图；
图2是根据本发明实施例的无二次中子源装料方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
根据本发明实施例提供的替代二次中子源的选择方法：大修装料前，先选定装料燃耗大于36000MWd/tU、燃料富集度为3.7％或4.5％、停堆冷却时间不超过70天的已辐照燃料组件用于替代二次中子源组件；
根据本发明实施例提供的在堆芯满装载情况下，对于靠近两个源量程探测器附件的A06/A07/A08以及N06/N07/N08位置的入堆复用燃料组件，分别至少有1组燃料组件的燃耗深度大于20000MWd/tU，能够保证源量程中子计数率能满足技术要求；
参考图2，根据本发明实施例提供的一种650MWe大型商用核电站无二次中子源装料方法，，包括如下步骤：
步骤1：在大修开始前先选择装料燃耗大于36000MWd/tU、燃料富集度为3.7％或4.5％、停堆冷却时间不超过70天的两个已辐照燃料组件用于替代二次中子源组件，堆芯满装载情况下，靠近两个源量程探测器附件的A06/A07/A08和N06/N07/N08位置的入堆复用燃料组件，分别至少有1组燃料组件的燃耗深度大于20000MWd/tU，即可保证源量程中子计数率大于1cps的技术要求。
步骤2：装料开始前，参考图2将某一个选定的替代二次中子源组件放到N06位置，燃料组件爪具不脱扣，检查源量程探测器SRC2的可用性，源量程探测器的中子计数率必须满足大于1.0cps的技术要求。
再将这个替代二次中子源组件移到A08位置，同时检查源量程探测器SRC1的可用性，检查完毕爪具脱扣，再将另一个替代二次中子源组件就位于堆芯A08位置，爪具脱扣。
步骤3：两个替代二次中子源组件完成就位以后，开始连续记录10组源量程中子计数率的数据，并取平均值作为基准计数率，再利用基准计数率乘以2-3倍作为源量程探测器的报警保护整定值。
步骤4：在装料开始后的前6步，要求每隔1小时对换料水池的硼浓度进行连续化学取样分析，确保连续取样的化学分析硼浓度值与装料前的硼浓度值没有发生明显变化，目的是密切监测硼浓度值，防止意外硼稀释事件的发生。
步骤5：参考图2，按照斜对角式依次完成第3步到第121步的燃料组件装载，通过监督与入堆燃料组件数对应的1/M曲线(中子倒计数率曲线)，以及对换料水池硼浓度、水温等状态参数的监测，确认反应堆堆芯在装料过程中始终处于次临界状态，整个换料堆芯装料操作始终是处于受控状态，第122步将靠近源量程探测器SRC1附近堆芯A08位置的替代二次中子源组件运回乏池指定位置，第123步将需入堆复用的燃料组件装到A08位置，第124步将靠近源量程探测器SRC2附近堆芯N06位置的替代二次中子源组件运回乏池指定位置，第125步将需入堆复用的燃料组件装到N06位置。
步骤6：所有燃料组件装载完成后，开始连续记录10组源量程中子计数率的数据，并取平均值作为基准计数率，再利用基准计数率乘以2-3倍作为源量程探测器的报警保护整定值。
根据本发明实施例的压水堆无二次中子源装料方法，还考虑了出现如下几种异常情况下的问题决策和处理：
装料过程期间，如果发生以下任何一种情况，都将立即停止装料操作，将问题汇报大修装料领导小组，在找到根本原因和实施纠正行动以后，再由装料领导小组决策是否重新开始装料，在恢复换料堆芯装料操作前必须做如下工作：如果装料操作暂停超过4个小时，在恢复装料前必须对中子计数率和堆芯状态进行检查，必要时重新计算基准计数率：
任何一套源量程测量通道的中子计数率异常突增5倍以上；
两套源量程测量通道的中子计数率异常突增2倍以上；
任意一套源量程测量通道异常发出“停堆时中子通量高”报警信号；
源量程测量通道的中子计数率(或者ICRR)存在明显不正常时；
一回路冷却剂的硼浓度发生意外变化，偏离初始硼浓度±20ppm以上；
一回路冷却剂的温度发生意外变化，其变化量超过±7℃；
一套源量程探测器不可用，且在线硼表不可运行时；
主控制室与反应堆厂房的换料堆芯装料主控制台的通讯系统中断时；
应急硼化系统不能运行时。
在换料堆芯装料过程中发生在线硼表不可使用情况时，应加强硼浓度取样分析的频度，每12个小时对换料水池进行一次取样分析。
当两个源量程测量通道中只有一个中子计数率测量通道处于正常工作状态时，在1小时内停止反应堆厂房的燃料操作，并且对源量程的检修必须在3天内完成。如果两个源量程通道都不可运行时，在1小时内停止反应堆厂房内的燃料操作，并通过手动取样每8小时确认硼表的可用性。同时对源量程的检修必须在24小时内完成。
本发明装料方法，相比传统的装料方法，不再需要插拔二次中子源组件，避免二次中子源反复插拔导致破损和失效的风险，能够降低操作人员受辐射风险，提高操作安全性。
本发明装料方法不再使用二次中子源组件，相比传统的装料方法，节省了可观的二次中子源的采购费用，可提高核电厂的经济性。
本发明装料方法不再使用二次中子源组件，无需重新采购二次中子源，解决了进口限制的问题。
本发明装料方法不再使用二次中子源组件，相比传统的装料方法，大幅减少氚产生量，可缓解核电厂的氚排放压力。
对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。
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