量熱技術(shù)在壓水堆堆芯溫度中的應(yīng)用

1、學(xué)科大作業(yè)題目：量熱技術(shù)在壓水堆堆芯溫度中的應(yīng)用學(xué)號：SA14168188姓名：楊國威量熱技術(shù)在壓水堆堆芯溫度中的應(yīng)用摘要：反應(yīng)堆堆芯溫度是反應(yīng)堆運行的重要指標(biāo)參數(shù)。反應(yīng)堆熱工水力 要求燃料元件芯塊內(nèi)最高溫度應(yīng)低于其相應(yīng)燃耗下的熔化溫度。 同時反應(yīng)堆堆芯溫度還關(guān)系到堆芯換熱效率。主要監(jiān)測點為堆芯 進(jìn)出口冷卻劑溫度與堆芯瞬時溫度。關(guān)鍵詞：反應(yīng)堆熱工水力；堆芯溫度；熱電偶。1.引言核電站控制系統(tǒng)的關(guān)鍵問題是保證汽輪發(fā)電機(jī)的正常運行，而為了保證汽輪發(fā)電機(jī)的 正常運行，主要關(guān)注的是反應(yīng)堆的平均溫度和它的功率。在實際的反應(yīng)堆控制中，只需 要調(diào)節(jié)反應(yīng)堆的平均溫度即可以滿足控制要求。堆內(nèi)的溫度是沒有辦法直接

2、測量的， 只能通過測量堆芯入口和出口的流體的溫度，即用冷卻劑的平均值來代表堆芯內(nèi)的溫 度。1.1研究目的與意義核反應(yīng)堆堆芯的溫度控制是核電站參數(shù)中最重要的控制之一，堆芯溫度直接反 映了反應(yīng)堆堆芯的反應(yīng)性和功率。溫度控制的好壞，直接關(guān)系到核島的安全。反應(yīng)堆 堆芯溫度與慢化劑溫度效應(yīng)與燃料溫度效應(yīng)有密切相關(guān)，從而影響反應(yīng)堆反應(yīng)性。反 應(yīng)堆正常運行時需要將反應(yīng)堆堆型溫度控制在一定的范圍了，以確保安全的反應(yīng)性。 通過以秦山二期堆芯為研究對象介紹反應(yīng)堆量熱技術(shù)。1.1.1慢化劑溫度效應(yīng)慢化劑溫度變化引起反應(yīng)性變化的現(xiàn)象，稱慢化劑溫度效應(yīng)。慢化劑溫度變化 1c所引起的反應(yīng)性變化的大小稱為慢化劑溫度系數(shù)。對

3、于用水做慢化劑的壓水堆，當(dāng)溫度改變時水的密度有顯著改變。水溫升高后單 位體積內(nèi)水的分子減少了，使中子的慢化能力變差，逃脫共振吸收的概率減小，中子泄 漏的概率增大，從而使反應(yīng)性減小,這時溫度系數(shù)是負(fù)值。然而，因為慢化劑中含有中 子毒物（硼），當(dāng)慢化劑被加熱膨脹時,單位體積內(nèi)溶解的硼的分子數(shù)也會相應(yīng)減少，因 為中子被硼吸收的概率也減少,這個效應(yīng)使溫度系數(shù)變?yōu)檎?yīng)。因此，當(dāng)慢化劑溫度增加時，引起了兩個相反的效應(yīng)，即純水的負(fù)效應(yīng)和溶解毒 物的正效應(yīng)。慢化劑溫度系數(shù)是正值還是負(fù)值，要看這兩方面的效應(yīng)哪個更顯著。在 壓水堆中，當(dāng)水中沒有或者僅含有少量硼時,慢化劑溫度系數(shù)是負(fù)值;在硼濃度較大時, 慢化劑溫

4、度系數(shù)是正值。技術(shù)規(guī)范要求壓水堆電站運行時慢化劑溫度系數(shù)必須為負(fù) 值。1.1.2燃料溫度效應(yīng)燃料溫度效應(yīng)是由于燃料溫度變化引起238U共振吸收截面變化引起的反應(yīng)性變 化，也成為多普勒效應(yīng)。當(dāng)燃料溫度上升時,238U共振吸收俘獲截面峰值覆蓋的能譜 加寬，這就導(dǎo)致有較多的中子損失在燃料共振區(qū)，從而使反應(yīng)性下降；反之，當(dāng)燃料溫 度下降時，則反應(yīng)性增加。燃料溫度變化1C引起的反應(yīng)性變化，稱為燃料溫度系數(shù)（多普勒系數(shù)），這個值 總是負(fù)值。多普勒系數(shù)的大小除隨燃料溫度變化外，還隨堆芯運行壽期（即運行時間） 而變化。多普勒效應(yīng)是反應(yīng)堆的一個重要和固有的穩(wěn)定因素和控制手段。因為反應(yīng)堆的熱 量主要是在燃料中產(chǎn)生

5、。當(dāng)有意或無意地引入一個反應(yīng)性使功率升高時，燃料溫度立 即升高，燃料的溫度效應(yīng)就立即表現(xiàn)出來，使反應(yīng)性下降，從而使反應(yīng)堆返回臨界并且 穩(wěn)定在一個新的功率狀態(tài)。燃料溫度系數(shù)是瞬發(fā)的，對功率的變化響應(yīng)很快，它對反應(yīng) 堆的控制和安全起著非常重要的作用。2壓水堆堆芯量熱系統(tǒng)（以秦山二期為研究對象）秦山核電二期工程堆芯測量系統(tǒng)采用計算機(jī)技術(shù)實現(xiàn)了對相關(guān)數(shù)據(jù)的自動采 集、數(shù)據(jù)處理和信息顯示。調(diào)試和運行結(jié)果表明，該系統(tǒng)測量精度高、性能良好，其 設(shè)計完全滿足工程要求。本文簡要介紹了該系統(tǒng)的設(shè)計方案、系統(tǒng)功能、系統(tǒng)組成、 工作原理和應(yīng)用情況。堆芯測量系統(tǒng)由中子通量測量、溫度測量和反應(yīng)堆壓力容器水位測量子系統(tǒng)組

6、成。溫度測量系統(tǒng)和水位測量系統(tǒng)是冗余的，是PAMS系統(tǒng)的一部分，設(shè)備分為A系 列和B系列，它們在電氣上和實體上均是隔離的。在設(shè)計基準(zhǔn)事故下，安全殼內(nèi)的系 統(tǒng)設(shè)備能完成測量功能。所有設(shè)備均抗震。正常工況下，溫度測量系統(tǒng)通過集中數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)（KIT）的處理、運算，給出 堆芯熱電偶溫度的物理值，探測或校驗徑向功率偏移，或者探測與控制棒組脫離的控 制棒束。事故工況下，溫度測量系統(tǒng)將進(jìn)行連續(xù)的溫度測量。燃料組件出口水溫測量選用的是1E級鎧裝竦銘-竦鋁熱電偶，熱電偶有不銹鋼 包殼且用氧化鋁絕緣。為了冗余，溫度測量分為A和B兩個系列，每個系列包括15 支熱電偶。熱電偶經(jīng)壓力容器頂蓋管座貫穿到反應(yīng)堆壓力容器

7、內(nèi)，并延伸到堆內(nèi)構(gòu)件的上 堆芯板。在壓力容器內(nèi)，熱電偶沿著導(dǎo)管按規(guī)定的路線走向，導(dǎo)管牢固地固定在上部 堆內(nèi)構(gòu)件上。熱電偶的熱接點伸出導(dǎo)管約79mm。熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線由一對竦銘-竦基 導(dǎo)線組成。它們沿著電纜橋架上升到安裝在電纜橋上的連接板。從連接板開始，熱電 偶補(bǔ)償導(dǎo)線沿著電纜橋架到達(dá)并通過電氣貫穿件，最后沿著安全殼外的電纜橋架到達(dá) 堆芯冷卻監(jiān)測柜的輸入端子上。用于熱電偶冷端補(bǔ)償?shù)?支RTD溫度計安裝在堆芯冷 卻監(jiān)測機(jī)柜內(nèi)，冷端溫度信號直接送給機(jī)柜。堆芯冷卻監(jiān)測機(jī)柜將熱電偶的電壓值轉(zhuǎn)換為物理值（C），并且自動完成冷端補(bǔ) 償。機(jī)柜同時將30個溫度值（15/系列）傳送到集中數(shù)據(jù)處理計算機(jī)。堆芯冷卻監(jiān)測

8、機(jī) 柜接收壓力信號(穩(wěn)壓器和反應(yīng)堆冷卻劑壓力)，并利用它們進(jìn)行飽和溫度計算。在堆 芯冷卻監(jiān)測機(jī)柜的顯示儀上可以得到所有輸入數(shù)據(jù)、輸出數(shù)據(jù)、整定值、中間計算結(jié) 果和詳細(xì)的報警信息等。此外，在安裝于控制室內(nèi)的遠(yuǎn)傳指示儀上連續(xù)地指示最低過冷裕度和最高堆芯 溫度，每系列一個遠(yuǎn)傳指示儀。圖1堆芯溫度測量裝置原理1.核反應(yīng)堆壓力殼;2.測溫?zé)犭娕?3.熱電偶引線插接件;4.熱電偶接線密封箱, 含9支熱電偶引線;5.補(bǔ)償導(dǎo)線;6.貫穿件；7.冷端補(bǔ)償箱或保溫箱，內(nèi)有測溫?zé)犭?阻;8.儀表接線柜；9.(mVV)轉(zhuǎn)換器；10.(中V)轉(zhuǎn)換器;11.轉(zhuǎn)換開關(guān);12.高量程溫 度指示儀(01200 C );13.C

9、RV堆腔液位監(jiān)控微機(jī)；14.CIT堆芯溫度監(jiān)控微機(jī)接線 柜；15.CIT微機(jī)(0400C);16.阻燃控制電纜線。3堆芯測溫系統(tǒng)的檢查3.1堆芯測溫?zé)犭娕嫉臋z查3.1.1安裝前的檢查按裝箱清單核對熱電偶的數(shù)量、附件、備品；測量熱電偶的直徑及長度，觀察熱接點的良好程度；在當(dāng)時環(huán)境溫度下測量熱電偶各極對外殼的絕緣電阻、輸出毫伏值、正負(fù)極 間的直流電阻值并記錄；3.1.2安裝后的檢查復(fù)查熱電偶是否對號入座,熱接點伸出安裝底板的長度，一般59mm;復(fù)核絕緣狀況，并用電熱吹風(fēng)機(jī)在各熱接點均勻烘烤,在毫伏表檔觀察冷端端 子上的輸出電勢，應(yīng)有明顯均勻上升趨勢。3.1.3檢查中應(yīng)滿足的技術(shù)要求檢查部位:在每支

10、熱電偶的引線插接件(即圖1中” 3”)處接入表計；安裝前后同一支熱電偶的偶絲電阻值變化2 ;正、負(fù)極對外殼絕緣電阻主200mW。3.2堆芯溫度測量系統(tǒng)的分段檢查熱電偶安裝正確無誤后，即可用補(bǔ)償導(dǎo)線及控制電纜把檢測系統(tǒng)聯(lián)成各種回 路；熱電偶與接線密封箱間：在每個密封箱處的27芯連接件的插孔處，檢查其所 包含的9支熱電偶的偶絲電阻及輸出電勢；由密封箱到保溫箱間：在保溫箱的接線端子處檢查各支熱電偶與其對應(yīng)的貫 穿件、補(bǔ)償導(dǎo)線的導(dǎo)通與絕緣狀況，儀表信號與接線端子的正確性、極性、線路電阻 值的對稱性；熱電偶到儀表接線柜間：從儀表接線柜上拆下從冷端保溫箱來的控制電纜芯 線,用萬用表測量全線路電阻值，正、負(fù)

11、極對地的絕緣電阻應(yīng)大于200mW，在常溫下測 量(mVV)轉(zhuǎn)換器入口的電勢值，把各點作以比較，可以確認(rèn)電路連接的正誤，然后恢 復(fù)接線。4堆芯測溫裝置系統(tǒng)的調(diào)試4.1調(diào)試模擬信號由圖1可看出，堆芯熱電偶的溫度信號分為3個去路,1路去CIT微機(jī);另1路 去CRV微機(jī);再1路去高量程溫度指示儀,它只有在堆故障時才會有高溫出現(xiàn)。系統(tǒng)調(diào) 試時可三路同時進(jìn)行也可以分支路先后進(jìn)行；施加調(diào)試模擬信號的方法：由熱電偶引線插接件3處輸入與溫度對應(yīng)的毫伏 信號,該值可以從專門的熱電偶溫度一毫伏對照表查出，利用熱電偶插接件備品，焊出 兩根導(dǎo)線與校驗用標(biāo)準(zhǔn)毫伏發(fā)生器相連接，另一端與已安裝到位的插接件上半部相連 接；模擬

12、信號輸入選點：0C,200C,400C,600C,800C,1000C,1200C。分別對 各測點作出理論指示值與實際指示值的誤差計算，經(jīng)調(diào)整中間元件后應(yīng)符合技術(shù)要 求；在方便的情況下，也可以作斷偶與短路信號試驗,觀察溫度指示儀表與微機(jī)上 的顯示有何異常反應(yīng)，為熱態(tài)運行積累經(jīng)驗。幾個值得注意的問題:圖1中的元件7通常是冷端保溫箱用來維持測溫冷端 溫度的恒定，內(nèi)置2枚Pt100的鉑熱電阻體，通過轉(zhuǎn)換裝置可以測出箱內(nèi)的溫度，該溫 度可以在CRV微機(jī)上顯示出來，作為熱電偶測溫冷端不為0C時的補(bǔ)償修正依據(jù)。 對于(mVV),(WV)轉(zhuǎn)換器一定要單體調(diào)校準(zhǔn)確，以保證兩個微機(jī)的溫度顯示盡量 趨于一致。由于

13、熱電偶的溫度與毫伏對照表所列數(shù)據(jù)是在冷端為0C時的條件下給 出的,而實際的冷端溫度是保溫箱內(nèi)溫度，所以必須加以修正。首先測出保溫箱內(nèi)溫度 tx,由對照表查出對應(yīng)的的毫伏值Vx,再按所要校驗的溫度t查出Vt,然后把 V=Vt-V 值作為模擬信號輸入測溫系統(tǒng)。例如tx=25C,Vx=1.00mV,t=800C,Vt=33.29mV，則校 t=800C 點的模擬信號為 33.29-1=32.29mV。4.2堆芯測溫裝置系統(tǒng)誤差的形成(1)按照設(shè)計資料的規(guī)定和元件精度來確定。如表1數(shù)據(jù)為熱電偶的誤差值；熱電偶名稱等級熱端溫度C允許誤差CK型鎳鉻-鎳硅I4000.4%tII4000.75%t(2)其它元

14、件誤差：補(bǔ)償導(dǎo)線為土 1.1C;冷端保溫箱當(dāng)箱內(nèi)溫度在0C50C內(nèi)時為 土 0.5 C ;(W /V)轉(zhuǎn)換器為土 0.5%;CIT微機(jī)為0.1%0.2%;(mVV)轉(zhuǎn)換器為土 0.25%(無線性化電路及冷端補(bǔ)償)；控制盤上溫度指示儀為1%。4.3測溫元件的絕對允許誤差值利用公式，絕對允許誤差二儀表測量上限-測量下限X基本誤差，并用符號表 示。對于系統(tǒng)中的儀表的實際計算如下：熱電偶為 K 型 I 級,0C400C者, =1.6C ;0C1200C者, =4.8C。補(bǔ)償導(dǎo)線使用在200C以內(nèi)， =1.1C。冷端保溫箱內(nèi)溫度不均勻度, =0.5C。RTD(Pt100B 級)熱電阻, =0.3+0.0

15、05t=0.55C。(W /V)轉(zhuǎn)換器, =0.25 C。(mV/V)轉(zhuǎn)換器,0C400C者, =1C。0C1200C者, =3C。CRV微機(jī)使用了 FBM信號接口組件, =0.6C。微機(jī)本身, =1.2C。CIT 微機(jī)，0C 400C, =0.4C。指示記錄儀,0C1200C, =12C4.4堆芯測溫全系統(tǒng)的絕對誤差允許值對0C400C,從熱電偶一補(bǔ)償導(dǎo)線一貫穿件一冷端保溫箱一(mV/V)轉(zhuǎn)換器 -CIT微機(jī)間的系統(tǒng)誤差允許值：5 =.1.62 +1.12 + 0.52 +12 + 0.42 = 2.27 C對0C1200C,從熱電偶一補(bǔ)償導(dǎo)線一貫穿件一保溫箱一(mV/V)CRV微機(jī) 間的系

16、統(tǒng)誤差允許值。5 = *4.82 +1.12 + 0.52 + 32 + 0.62 +1.22 = 5.94 C(3 )熱電偶至指示記錄儀間的系統(tǒng)允許誤差值。5 =4.82 +1.12 + 0.52 + 32 +1.22 = 13.32 C測溫控制回路在作模擬試驗和工藝投運時的實際系統(tǒng)誤差都不能超過這些理 論值,只要對中間允許元件作適當(dāng)調(diào)整總是可以符合要求的。4.5系統(tǒng)調(diào)試中應(yīng)注意的幾個問題由于測溫系統(tǒng)中包括的元件較多，各自在調(diào)整時的取值偏差不一致,往往會造 成滿量程時指示欠值或超量程。如校驗溫度為800C，經(jīng)(mV/V)轉(zhuǎn)換器處理后輸出值 可以取4.99V,也可取5.01V,而微機(jī)一般按5V整定，就會出現(xiàn)此現(xiàn)象。所以彼此配合, 反復(fù)調(diào)準(zhǔn)才能保證指示的一致性。熱電偶接線密封箱內(nèi)裝有9個27芯的插頭座，由于插針與插孔松緊配合不當(dāng), 會出現(xiàn)接觸不良，造成溫度指示時有時無,所以必須仔細(xì)裝