機組運行期間稀釋量淺析

毛文海

【摘 要】核電廠機組功率運行期間經常通過稀釋的方式釋放反應性補償燃料的燃耗以及毒物的毒性。由于稀釋量比較頻繁，對于稀釋量的確定是對反應堆反應性的反復核對確認過程。是核安全文化的良好踐行。本文主要闡述了機組運行期間反應堆稀釋量的確定過程及稀釋的合理方法。

【關鍵詞】稀釋；反應性；平均溫度；硼濃度；燃耗

中圖分類號： TM315 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）02-0149-002

【Abstract】The fuel consumption of reactive compensating fuel and the toxicity of toxicants are often released during the operation of nuclear power plant units by dilution.Due to the more frequent dilution，the determination of the dilution is a repetitive check of the reactivity of the reactor.It is a good practice of nuclear safety culture.This paper describes the reactor during the operation of the determination of the amount of dilution and dilution of a reasonable method.

【Key words】Dilution；Reactivity；Average temperature；Boron concentration；Fuel consumption

核電廠對一回路進行稀釋是一項日常性的工作，每個班都會進行若干次。通常在進行稀釋時，會根據物理手冊提供的數據結合實際硼濃度進行一定的計算，然后結合實際情況進行操作。通常壽期初由于機組硼濃度較高，補水量較少，每次50L左右，稀釋的量對硼濃度的影響非常大，隨著燃耗的增加稀釋的量也不斷的增加，在壽期末硼濃度非常低，稀釋的量對硼濃度影響較小，稀釋量會增加到每次500L，甚至更多。

為了加深對于這一操作的理解，針對反應堆不同燃耗時所需要的稀釋量進行了簡單的計算，并與機組實際稀釋量進行了比較。

根據反應堆運行物理手冊，維持反應堆正常運行是靠下述手段來實現的：

a）調節堆內可溶硼濃度或調節控制棒束位置來改變反應堆功率變化；

b）主調節棒組D用來調整較小的反應性變化和軸向功率分布形狀；

c）調節堆內可溶硼濃度補償由于燃耗、氙濃度變化等引起的較慢的反應性變化。

采用Mode-A運行模式的反應堆，要求反應堆在滿功率或接近滿功率水平下穩定運行，反應堆功率調節主要是靠調節可溶硼濃度來實現。但考慮到反應堆可能出現突然升降功率運行，此時只靠調節硼濃度來改變功率水平，從速率上是不夠的，這是由于慢化劑中硼濃度的變化受到系統硼化或稀釋能力的限制。因此該模式又要求具有一定的控制棒調節功率的能力。

通過上述內容可知，HFP、ARO、EqXe這一特殊的運行狀態，是我廠最主要的工況。下文的討論中，基于這一工況，根據一回路硼濃度的變化，確定所需的稀釋量。

根據反應堆運行物理手冊臨界硼濃度隨堆芯燃耗的變化（HFP、ARO）可知，在大部分壽期內，燃耗與臨界硼濃度（HFP、ARO）基本成線性關系。可以認為在燃耗大于2000MWd/tU的壽期內，硼濃度隨燃耗線性下降。分別選取燃耗為2000MWd/tU（BOL）、4000 MWd/tU（MOL）、6000 MWd/tU（MOL）、8000 MWd/tU（EOL）和10000 MWd/tU（EOL）幾個基本點進行定性的分析。按堆芯額定熱功率為1930MW，堆芯鈾裝量55.6t計，2000MWd/tU——10000MWd/tU的燃耗相當于230.5EFPD（8000*55.6/1930=230.5）。

由反應堆運行物理手冊表堆芯臨界硼濃度隨堆芯燃耗的變化，利用內插法計算出上述燃耗值對應的臨界硼濃度。則根據上述內容可以認為在燃耗從2000MWd/tU增加到10000MWd/tU的過程中，一回路硼濃度以3.65ppm/d（（994-153）/230.5=3.65）的速度線性降低。

一回路稀釋公式V=165ln（Ci/Cf），按上述計算可以轉換為V=165ln（1+3.65/Cf）。則可得出燃耗為2000MWd/tU時，對應一個滿功率日應稀釋的量約為0.6t（V=165*ln（1+3.65/994））。同理計算出其余幾個燃耗點對應的稀釋量數值。

在實際運行中，選取一個合適的稀釋時機，對于機組的運行也是具有積極的意義的。理想的稀釋方式應該是連續均勻的進行，以盡量減小堆芯溫度變化帶來的不利影響，但實際運行中不可能做到這樣。實際運行中，通常會分作每天若干次來進行，由一回路操縱員在認為必要的時候進行。由于機組運行中其他工作的影響，實際的稀釋時機選擇可能并不一定很理想，從而會導致前后兩天稀釋的量相差巨大。為了（下轉第151頁）（上接第149頁）改善稀釋時機的選擇，可以選擇相關的標桿參數，在該參數變化至某一定值時進行稀釋。

實際運行中并不是提前稀釋的，而是運行一段時間后采取補救性的稀釋，在此之前，燃耗所引入的負反應性由慢化劑溫度的降低引入的正反應性來補給。根據反應堆運行物理手冊所給出的數據，利用內插法計算出上述各燃耗點對應的慢化劑溫度系數。根據反應堆運行物理手冊所給出的數據，可以計算出上述各燃耗點對應的硼微分價值和慢化劑溫度系數。按照每天硼濃度變化量為3.65ppm，可以計算出燃耗變化所帶來的負反應性，進一步可以得出對應的慢化劑溫度的變量，該值即為在不稀釋的情況下滿功率運行一天所造成的一回路平均溫度的變化。

假使選擇一回路平均溫度每降低0.1度稀釋一次，則在燃耗為2000MWd/tU時約每天稀釋8次，每次75L左右，比較合理。但在燃耗為10000MWd/tU時約每天稀釋5次，每次600L左右，不太合理，一次稀釋的量太大。稀釋量過大將導致影響主泵軸封注入水的溫度，同時也導致容控箱的壓力升高，影響主泵1號軸封泄漏流量，如果泄漏流量過大將影響主泵的運行。

穩壓器水位定值與一回路平均溫度Tavg具有如下關系：Lref=0.15181*Tavg-46.99，其中Lref單位為m。結合上文可計算出每日平均溫度變化造成的穩壓器液位定值的變化。

相比較而言，對應于相同的硼濃度的變化，穩壓器液位定值的變化較一回路平均溫度的變化可能更加明顯一些，因此在壽期末利用該定值的變化作為稀釋的標識參數可能更方便一些。

綜上所述并結合機組實際情況，在壽期初可以選擇Tavg作為進行稀釋的標桿參數，每變化0.1度進行一次稀釋操作。Tavg參數可以利用主控T-11盤上的相應ID進行監視。在壽期中和壽期末可以選擇穩壓器液位定值Lref作為標桿參數，每變化0.01m進行一次稀釋操作。Lref參數可以利用主控P盤上的EN記錄儀進行監視。