反应堆达临界方式对比分析

反应堆达临界方式对比分析

孙梦竹

（中核辽宁核电有限公司辽宁兴城125112）

摘要：本文介绍了反应堆达临界的原理、外推临界方法，并结合国内M310机组及AP1000机组的达临界操作过程，对比分析提棒达临界及稀释达临界方式，总结达临界过程需注意的问题。

关键词：反应堆；达临界方式；外推；试验过程；

1引言

在核电厂中，反应堆临界试验可分为：首次临界、恢复临界和换料后的初始临界。反应堆临界试验的目的在于使反应堆堆芯安全、顺利地由次临界状态达到临界状态，并确定这个状态下的临界条件。

2达临界方式

压水堆达临界方式通常有两种，稀释达临界和提棒达临界，两种达临界方式在国内运行机组均有采用。

提棒达临界方式采取的操作模式一般为“提棒-稀释-提棒-达临界”。首先将控制棒组提升至指定棒位，在提棒过程中做以棒位为函数的倒计数率比外推曲线；实施硼稀释操作，直至1/M≈0.8或硼浓度满足要求，在此过程中，连续做以硼浓度、稀释水量为函数的倒计数率比外推曲线，以确定临界硼浓度和临界棒位；等待堆芯硼浓度均匀，分次提升控制棒组使反应堆达临界。

稀释达临界方式采取的操作模式一般为“提棒-大流量稀释-小流量稀释-达临界”。首先将控制棒组提升至指定棒位；大流量稀释，使堆内硼酸浓度从16g/kg稀释到启动区间；停止大流量稀释并搅浑，使反应堆、稳压器及上充水除气器的硼酸浓度充分均匀；小流量稀释，当出现稳定的中子通量增长和周期指示时，停止稀释；搅浑达临界。

3达临界过程

3.1国内某M310机组提棒达临界过程

3.1.1提升控制棒组件

（1）确认控制棒组的棒位满足试验初始状态的要求；

（2）记录堆芯状态参数；

（3）从两个源量程测量通道SRC1和SRC2中各获取10次独立的计数率测量计算基准计数率，记录；

（4）将调节棒组按重叠100步方式的提棒顺序，在手动控制方式下提升控制棒组A、B、C、D，直到棒组以重叠方式提至临界方案要求棒位，停止提棒；

（5）在提棒过程中，以每50步间隔提升控制棒，并连续记录和做出以棒位为函数的倒计数率比ICRR外推曲线。

3.1.2进行一回路硼浓度稀释

（1）调节系统状态并记录堆芯状态参数；

（2）根据基准计数率，做中子计数率倒数（1/M）与时间、加水量及硼浓度的外推曲线；

（3）确定稀释用的总水量和稀释速率；

（4）快速稀释，并在快速稀释过程进行状态参数记录与1/M计算；

（5）当1/M≈0.3或目标临界棒位外推临界硼浓度与当前回路硼浓度分析值偏差≤100ppm时，停止快速稀释操作，转为慢速稀释，并在慢速稀释过程中进行状态参数记录与1/M计算；

（6）当1/M外推结果满足下列条件之一时，应立即停止一切稀释操作：1/M≈0.08或目标临界棒位外推临界硼浓度与当前回路硼浓度分析值偏差≤30ppm；

（7）停止稀释后稳定一段时间使堆芯充分均匀；

（8）通知化学人员取样，分别再主回路和稳压器每隔15分钟连续取样3次，3个样品之间的差≤5ppm，并保留样品；

（9）记录稀释水量。

3.1.3提棒达临界

（1）记录堆芯状态参数；

（2）根据基准计数率进行1/M重新归一；

（3）提升主调节D棒组，进行倒中子计数率外推临界计算，以预计反应堆的达临界状态，若D棒组提到堆顶仍没有达到临界，则需将D棒组插回至初始棒位上，并进行慢速稀释。慢速稀释期间的参数记录、计算及停止的判定标准与3.1.2（6）一致；

（4）重复上述提棒达临界过程，直至反应堆出现稳定的的正周期为止。此时反应堆状态为超临界状态，需要根据周期对应的反应性将D棒组所需的下插步骤计算出来，将D棒组下插相应的步数，使反应堆恰好达到临界状态，记录此时的堆芯状态参数。

3.2国内某AP1000机组稀释达临界过程

3.2.1提升停堆棒组

（1）依次提升停堆棒组，在提棒期间监测：源量程中子通量、IR启动率、停堆棒组的DRPI棒位指示、停堆棒组的需求棒位；

（2）进行ICRR的外推计算，确定是否会在下一个状态点达临界，如果下一状态点预计将临界，则暂停提棒，直至这一预计提前达临界的结果能得到合理的解释。如果下一状态点不会达临界，或者提前达临界的预计结果得到很好地解释，则重复提棒步骤，直至所有的停堆棒组全提出堆芯。

3.2.2稀释

（1）稀释期间监测：源量程中子通量、中间量程中子通量、中间量程启动率、稀释量、稀释速率、平均温度；

（2）进行ICRR监督，计算稀释到最低硼浓度，即ECC+150ppm所需的稀释水量；

（3）进行RCS硼稀释，达到停止稀释判定标准时停止稀释，对硼取样数据进行分析，直至至少连续两次稳压器和RCS一回路的硼取样偏差不超过5ppm且RCS一回路和稳压器之间的硼取样偏差不超过20ppm。

3.2.3提棒

3.2.4稀释达临界

（1）确定各系统状态及参数是否满足要求；

（2）通过反应性仪监督反应性；

（3）当ICRR小于0.5时，或者预计临界稀释水量的一半已注入时，需降低稀释速率；

（4）当任意IR通道稳定的启动率达到0.2DPM或ADRC指示的稳定反应性达到50pcm，停止稀释；

（5）稀释停止后，对反应堆状态进行评估，若反应堆已临界，则进行达临界的后续操作，若输入的稀释水量注完前停止了稀释，且反应堆未临界，则重新稀释；若输入的稀释水量注完后，反应堆仍没有达临界，则执行应急措施；

（6）反应堆达临界的判定标准为：持续增长的中子计数率表明已达临界，具体IR通道的启动率达到约0.2DPM或ADRC指示的正反应性为50pcm。

3.3对比分析

（1）提棒达临界模式为提棒→稀释→提棒→达临界；

（2）稀释达临界模式为提棒→稀释（→提棒→稀释）→达临界，由于堆芯设计不同，稀释达临界前的提棒过程不同，例如某AP1000机组在稀释达临界过程中提棒分两阶段进行，中间夹杂稀释过程，某VVER机组提棒过程在一个阶段进行，随后进行大流量稀释和小流量稀释；

（3）在用到1/M外推方法时，需要做中子计数率的倒数外推曲线，可手动或采用电脑进行；

（4）机组类型不同，在进行达临界操作时的系统操作、监督参数不同；

（5）机组类型不同，达临界的判断标准不同；

（6）两种达临界过程需注意的共性问题：

（a）严格遵守上游文件、电站运行技术规格书和试验规程的要求；

（b）在达临界过程中，任何使反应堆发生紧急停堆的情况，都应该立即停止操作，遇疑则停；

（c）逼近临界时，采用单一反应性控制原则，即不能采用两种或两种以上的方式向堆芯引入反应性（提升控制棒组件、降低一回路冷却剂硼酸浓度、改变一回路冷却剂温度，改变一回路压力）。

4结论

目前在国内核电站在运机组中，提棒达临界方式较稀释达临界方式使用范围更广，耗时较短，但稀释达临界安全性较高。达临界方式的选择主要是根据机组的类型与堆芯装载设计进行，并吸取先进达临界操作经验，力求使反应堆安全、稳定地达到临界状态。

参考文献：

[1]潘泽飞.压水堆核动力电厂反应堆物理试验方法.中国原子能出版社，2015.12；

[2]朱元武.压水堆核电厂反应堆首次临界试验.科技视野，2015（17）:228～229.

作者简介:

孙梦竹，中核辽宁核电有限公司，助理工程师，生产准备处技术支持科科员