一种缩短球床式高温气冷初装堆芯建立过程的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种缩短球床式高温气冷初装堆芯建立过程的方法及系统包括：根据各组件的材料和结构参数建立球床式高温气冷堆首次装料及初装堆芯建立过程的物理计算模型；在石墨球

【技术实现步骤摘要】
一种缩短球床式高温气冷初装堆芯建立过程的方法及系统


[0001]本专利技术涉及反应堆堆芯燃料管理和运行
，具体为一种缩短球床式高温气冷初装堆芯建立过程的方法及系统
。

技术介绍

[0002]球床式高温气冷堆的燃料元件不同于传统压水堆燃料组件，一般是直径
6cm
球形元件，整个堆芯布置上万个甚至几十万个这样的燃料元件
。
[0003]球床式高温气冷堆的燃料装载过程也不同于压水堆，后者是一次将燃料组件装满整个堆芯
。
而球床式高温气冷堆是在堆芯下部首先装入一定高度的纯石墨球
(
外形和燃料元件一样，只是不含铀
)
垫层，然后在石墨球垫层上面装入一定高度和混合燃料
(
燃料元件和石墨球按一定配比组成的混合球
)
，达到初始满装载高度，完成首次装料
。
首次装料后开始建立初装堆芯，即反应堆在一定功率下运行，堆芯在初始满装载高度上继续装入混合燃料，使混合燃料达到整个活性段高度，然后逐步卸出纯石墨球垫层的石墨球，同时在堆芯上部添加等量的混合燃料，这样纯石墨球垫层高度逐渐降低，混合燃料高度逐渐增加，直到整个活性段全部由混合燃料构成，完成初装堆芯建立
。
[0004]因此，可以将初装堆芯建立过程描述为在初始满装载高度上增加混合燃料装载到活性段高度，到卸出纯石墨球垫层实现堆芯活性段全部混合燃料装载的过程
。
在初装堆芯建立过程中，主要花费时间的是卸出纯石墨球垫层的时间，往往在数月以上，原因在于该阶段堆芯燃料元件数量少，反应堆后备反应性小，加上单个燃料元件的功率限制，反应堆运行功率较低，装换料速度慢
(
装换料速度和反应堆功率成正比
)。
因此，如果在初始满装载时能减少石墨球垫层的高度，或者说增大混合燃料的装载高度
/
装载量，就可以缩短初装堆芯建立的时间
(
纯石墨球垫层的石墨球数量减少，卸出时间减少
)。
另外，增大初装堆芯混合燃料的装载量，由于燃料元件增多，单个燃料元件的平均功率就可以降低，在初装堆芯建立过程中就可以适当提高反应堆运行功率，这就又增大了石墨球卸出速度，进一步缩短初装堆芯建立时间
。

技术实现思路

[0005]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例
。
在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分
、
说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围
。
[0006]鉴于上述存在的问题，提出了本专利技术
。
[0007]本专利技术实施例的第一方面，提供一种缩短球床式高温气冷初装堆芯建立过程的方法，包括：根据各组件的材料和结构参数建立球床式高温气冷堆首次装料及初装堆芯建立过程的物理计算模型；在石墨球
、
燃料元件或者二者中增加可燃毒物，利用所述物理计算模型选择可行的可燃毒物添加方案；针对所述可行的可燃毒物添加方案进行首次装料及初装堆芯建立过程安全评价，并根据所述安全评价的结果选择最优的可燃毒物添加方案
。
[0008]作为本专利技术所述的缩短球床式高温气冷初装堆芯建立过程的方法的一种优选方案，其中：所述各组件的材料和结构参数包括堆芯的直径和高度
、
燃料元件装的载量和富集度
、
以及控制棒
、
吸收球
、
石墨堆内构件
、
碳堆内构件
、
金属堆内构件的材料和结构参数
。
[0009]作为本专利技术所述的缩短球床式高温气冷初装堆芯建立过程的方法的一种优选方案，其中：所述物理计算模型的建立包括，
[0010]将堆芯活性区在半径方向分成若干个等截面积的直线流道，所述直线流道按照由中心到边缘的顺序，在轴向方向依次进行分层；
[0011]将全堆划分为若干个体积相等的“谱区”，作为能谱计算和燃料循环模拟的基本单元，石墨球垫层
、
混合燃料元件在所述轴向方向上从上向下逐层流动，在所述半径方向上假定各所述直线流道间没有横向流动，实现堆芯球流的模拟和物理计算模型的建立；
[0012]所述物理计算模型建立后，根据计算数据评价混合球配比
、
运行功率
、
一回路流量
、
燃料元件富集度
、
循环次数对堆芯安全参数的影响，得到敏感性参数，根据所述敏感性系数选择可行的可燃毒物添加方案
。
[0013]作为本专利技术所述的缩短球床式高温气冷初装堆芯建立过程的方法的一种优选方案，其中：所述可燃毒物添加方案的选择包括，
[0014]考虑到石墨球在初装堆芯建立过程中会直接卸出堆芯，对后续反应堆运行的影响远小于燃料元件，优选在石墨球中添加可燃毒物，根据具体的物理计算结果和运行要求，在燃料元件及两者中都添加可燃毒物；
[0015]通过增大球床式高温气冷堆初始满装载混合燃料装量，降低纯石墨球垫层高度，就可缩短初装堆芯建立时间，即添加可燃毒物可在原有堆芯装载基础上引入一定的负反应性，减小后备反应性，从而增大所述球床式高温气冷堆初始满装载混合燃料装量；
[0016]所述可燃毒物的负反应性的计算包括，
[0017]k
eff
＝
ε
·
p
·
f
·
η
·
P
s
·
P
d
[0018]其中，
s
表示快中子增殖因数，
p
表示逃脱共振吸收概率，
f
表示热中子利用系数，
η
表示有效裂变中子数，
P
s
表示慢化不泄露概率，
P
d
表示扩散不泄露概率；
[0019]在混合燃料装载一定的情况下，往堆芯添加可燃毒物，所述可燃毒物吸收一部分中子，所有被吸收热中子数份额增加导致所述热中子利用系数降低，从而降低堆芯的反应性，公式表示为：
[0020][0021]其中，表示堆芯的反应性
。
[0022]作为本专利技术所述的缩短球床式高温气冷初装堆芯建立过程的方法的一种优选方案，其中：还包括，
[0023]所述可燃毒物的添加量不能过多或过少，若过多添加，即使堆芯活性段全部装满混合燃料也无法临界，若过少添加对增加混合燃料装载量的作用有限，即通过所述物理计算模型进行计算选择合理的装载量
。
[0024]作为本专利技术所述的缩短球床式高温气冷初装堆芯建立过程的方法的一种优选方案，其中：所述过程安全评价包括，
[0025]针对选择的各可燃毒物添加方案，对首次装料及初装堆芯建立过程进行安全评价，确保所述可燃毒物添加方案的整个过程本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种缩短球床式高温气冷初装堆芯建立过程的方法，其特征在于，包括：根据各组件的材料和结构参数建立球床式高温气冷堆首次装料及初装堆芯建立过程的物理计算模型；在石墨球
、
燃料元件或者二者中增加可燃毒物，利用所述物理计算模型选择可行的可燃毒物添加方案；针对所述可行的可燃毒物添加方案进行首次装料及初装堆芯建立过程安全评价，并根据所述安全评价的结果选择最优的可燃毒物添加方案
。2.
如权利要求1所述的缩短球床式高温气冷初装堆芯建立过程的方法，其特征在于：所述各组件的材料和结构参数包括堆芯的直径和高度
、
燃料元件装的载量和富集度
、
以及控制棒
、
吸收球
、
石墨堆内构件
、
碳堆内构件
、
金属堆内构件的材料和结构参数
。3.
如权利要求2所述的缩短球床式高温气冷初装堆芯建立过程的方法，其特征在于：所述物理计算模型的建立包括，将堆芯活性区在半径方向分成若干个等截面积的直线流道，所述直线流道按照由中心到边缘的顺序，在轴向方向依次进行分层；将全堆划分为若干个体积相等的“谱区”，作为能谱计算和燃料循环模拟的基本单元，石墨球垫层
、
混合燃料元件在所述轴向方向上从上向下逐层流动，在所述半径方向上假定各所述直线流道间没有横向流动，实现堆芯球流的模拟和物理计算模型的建立；所述物理计算模型建立后，根据计算数据评价混合球配比
、
运行功率
、
一回路流量
、
燃料元件富集度
、
循环次数对堆芯安全参数的影响，得到敏感性参数，根据所述敏感性系数选择可行的可燃毒物添加方案
。4.
如权利要求3所述的缩短球床式高温气冷初装堆芯建立过程的方法，其特征在于：所述可燃毒物添加方案的选择包括，考虑到石墨球在初装堆芯建立过程中会直接卸出堆芯，对后续反应堆运行的影响远小于燃料元件，优选在石墨球中添加可燃毒物，根据具体的物理计算结果和运行要求，在燃料元件及两者中都添加可燃毒物；通过增大球床式高温气冷堆初始满装载混合燃料装量，降低纯石墨球垫层高度，就可缩短初装堆芯建立时间，即添加可燃毒物可在原有堆芯装载基础上引入一定的负反应性，减小后备反应性，从而增大所述球床式高温气冷堆初始满装载混合燃料装量；所述可燃毒物的负反应性的计算包括，
k
eff
＝
ε
·
p
·
f
·
η
·
P
s
·
P
d
其中，
s
表示快中子增殖因数，
p

【专利技术属性】
技术研发人员：罗勇，吕华权，汪景新，周勤，刘伟，孙惠敏，刘嵩阳，李雪琳，王朗，郭若楠，
申请(专利权)人：华能核能技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：