第七讲 压水堆核电厂的停堆

三、停堆中的几个问题
3.1 堆芯余热
反应堆连续在100FP%的满功率下运行100天以上，如果 引入很大的负反应性引起反应堆停堆.那么停堆后反应堆的 功率随时间的变化在下表中给出.
停堆时间 1 min 30 min 1h 8h 48 h 停堆余热 %FP 4.5 2.0 1.62 0.96 0.62
从15%功率5%FP； ①设定5%FP的目标功率和下降速率，汽轮机按指定速率 降功率； ②手动调节控制棒控制反应堆功率跟随汽轮机功率发生 变化，棒位应当在规定范围内。并注意稳压器压力与水 位、TAV与TREF的差值； ③当达到5%FP的目标功率时，切断电网开关，并逐渐降 低发电机至零，在这个过程中打开蒸汽排放阀，并将汽 轮机脱扣，降低汽轮机转速，直至停止。 控制棒插入停闭反应堆； ①控制棒插入，反应堆继续降功率，当功率降低到临 界点时，记录TAV、硼浓度和临界棒位； ②继续插棒，当中间量程指示值小于10-10A时，源量程 投入运行，然后反应堆进入热停堆状态；
第七章压水堆核电厂的停堆
核科学与工程学院 2009年5月
一、停堆方式
反应堆的停堆指反应堆从功率运行水平降低到中子源 水平。主要有两种方式： 1、正常停堆
热停堆
暂时性的停堆。 冷却剂系统保持热态零功率负荷 时的运行温度和压力，二回路系统处于热备用状态，随 时可以带负荷运行。 所有调节棒必须完全插入，停堆棒可以插入和抽出， 硼浓度为最小停堆深度硼浓度，反应堆处于次临界 (<0.99)； 一回路和二回路的温度由堆芯余热和冷却剂泵的作 功来维持。一回路压力由稳压器自动控制。
在消毒阶段启动


消毒阶段启堆，由于氙的自发消毒引入了反应性，不需要稀硼 ，启动操作必须十分小心，特别要防止出现短周期事故。 堆达到临界，电厂恢复额定功率运行过程中，对功率的提升必 须十分小心，使氙毒消失速度能有效地得到控制。在提升到额 定功率过程中，堆内已经积累起来的氙毒，因中子通量的增大 会迅速消失，引起反应性增加，以后，氙的减少被碘的积累和 衰变成氙所补偿，氙毒又按通常规律积累达到平衡值，碘坑中 启动反应堆后，在2-3小时内氙的消失比产生的快(曲线I)，在3 小时后，消毒作用才减弱而开始积毒(曲线II)实际上，堆内反 应性按曲线III变化，所以当功率提升到80％额定功率时，要注 意氙毒的消失能得到控制，使主调节棒组始终能处于调节带内 。
Keff=1.0 反应性为0
停堆深度的考虑 为保证停堆深度满足技术规范书中运行限制条件，需定 期或在任何引入正反应性前确定停堆深度。 通常利用参考反应性数据计算与零反应性参考点的差值 来确定停堆深度，需要考虑停堆棒、调节棒、氙、硼和温度 变化引起的反应性。但不考虑钐的负反应性，因此得到的停 堆深度偏于保守。
冷却剂继续降温降压，电厂进入冷停堆模式； 确认反应堆已经冷停堆模式： ①反应堆冷却剂温度低于60℃; ②冷却剂系统的压力由上充下泄系统来维持； ③一台上充泵和一台余热排出系统在运行，余热排出 系统控制一回路温度； ④反应堆硼浓度为冷停堆无氙、无毒时的硼浓度； ⑤停堆棒插入时，反应堆的停堆深度应当大于4%的反 应性；

（1）氙 停堆后氙的变化可能引入正反应性，也可能引入负反 应性，这取决于停堆时间。 在停堆后24小时内，氙浓度增加将使停堆深度增加，而 24小时后，氙浓度减小将使停堆深度减少,此时为满足最 小停堆深度的要求，需要向堆芯增加负反应性。 （2）控制棒 热停堆时调节棒将全部插入堆芯。 而停堆棒要么全插要么全提。当冷却剂系统硼化充分 时，足以保证最小停堆深度，停堆棒可以全插；而其他任 何时候（引入正反应性时）停堆棒必须全提。

在小负荷时的注意事项
避免汽轮机在5%FP以下长时间运行;

在热停堆模式时的注意事项 确认调节棒组全部插入堆芯,停堆棒组可以插入堆芯也可 以提出堆芯； 冷却剂温度由蒸汽排放系统控制; 蒸汽发生器水位由辅助给水系统维持； 至少有一个源量程通道正常工作，以检测中子计数率的 变化； TAV在180℃以上时,至少有一台蒸汽发生器投入运行; 停堆深度不能减少。并需要注意在停闭后12小时后氙减 少引入的正反应性； 当发生硼稀释、氙衰变、冷却剂温度下降引入正反应性 时，停堆棒必须全部提出堆芯，同时对一回路进行硼化 以保证足够停堆深度；
当一回路压力降低到13MPa时，闭锁安注系统； 开打下泄流孔板以保证下泄流量； 当冷却剂温度降到180 ℃ ，压力在3.0MPa时，余 热排出系统投入运行； 二回路保养，提高蒸汽发生器水位至100%,蒸汽发 生器内充氮气； 让稳压器充满水 ①稳压器向化学与溶积控制箱排气； ②减少下泄流，使稳压器水位上升； 安注系统、喷淋系统退出运行； 当Tav小于93℃时，对安全壳换气； 停止冷却剂泵

Байду номын сангаас
降温降压时的注意事项
在一回路降温降压前时，必须把硼浓度硼化到冷停堆时 的硼浓度，在冷却过程中补给水的硼浓度应当与硼化后 的硼浓度相同； 冷却剂的冷却速率不超过28℃/h，稳压器的冷却速率不 超过5６℃/h; 当冷却剂温度在180 ℃ ，压力在3.0MPa以上时，严禁余 热排出系统投入运行，但必须在稳压器汽腔还存在时投 入使用； 余热排出系统投入运行前必须暖管； 冷却过程中必须多次分析RCS的硼浓度; TAV低于70 ℃ 时，对已经停止的冷却剂泵提供轴封水和 设备冷却水，只有泵停止30分钟后才运行停止供水； 冷却剂泵停止后，余热排出系统必须继续运行；
二、反应堆的停堆

初始条件 ①核电厂在100%FP或预定负荷下稳定运行; ②反应堆功率调节系统处于自动方式,D调节棒组保持在 调节带内,轴向中子通量密度偏差Δ I控制在目标带内 ; ③稳压器压力控制系统与液位控制系统均处于自动状态 ; ④蒸汽排放系统处于”平均温度”控制方式; ⑤蒸汽发生器液位由主给水调节阀自动调节; ⑥反应堆补水系统处于自动补给方式; ⑦安注系统处于热备用状态;
氙的中毒曲线
中毒达到平 衡值 I
“积毒”II
“消毒” III
在积毒阶段启动


当碘坑最大值之前的积毒阶段，例如热停闭后两 小时内再启动，这是最简单的情况 按顺序提升调节捧组而达临界。 在提升调节棒组时，应估计到随时都有可能达到 临界； 在接近临界时，必须避免任何可能使冷却剂平均 温度突变5℃或冷却剂硼浓度稀释l0mg／kg的操 作，并且应注意堆内中子的倍增率不超过每分钟 10倍(相当于反应堆周期T＝26s)。
冷停堆
在反应堆达到热停堆状态以后才能进行冷停堆。 调节棒和停堆棒组全部插入，并且为抵消冷却过程 中负温度效应引入的正反应性，还需加硼，使系统 处于次临界状态。
2、事故停堆 当核电厂发生危及反应堆安全的事故时，由于保 护系统动作，引起控制棒紧急插入而引起的停堆。如 果事故严重，则还需要向堆芯紧急注入硼水。
如何确定停堆深度？

参考反应性数据 零反应性参考点： 为精确确定停堆时的反应性，需要建立一种反应 性已知的参考状态。通常，选取停堆时刻的状态作为参 考状态，即零反应性参考点; ARO、HZP状态点: 控制棒微积分价值、硼微积分价值试验状态点； 参考反应性数据： 停堆时刻控制棒插入堆芯部分的价值和功率亏损。 参考反应性： 零反应性参考点与ARO、HZP状态点反应性之差。

降负荷时的注意事项
功率下降时，必须预计氙变化的影响。在必要时需调整 硼浓度，使调节棒处在调节带范围内； 反应堆冷却剂硼浓度变化时,如果控制棒动作与TAV变化 方向相反,则应当停止硼化; 如控制棒手动控制时，应避免过大的移动； 功率的变化率必须小于5%FP/min； 应遵守轴向功率分布限值的规定； 当汽轮机的负荷降低到15%FP时，控制棒自动提升系统 将闭锁；
3.3.1 停堆深度的运行限制条件 停堆深度是反应堆安全运行的重要参数.在技术规格书中 , 规定了停堆深度的运行限制条件(LCO).以美国典型的四环路 PWR电厂为例: *在平均温度TAV>93.3℃时, 运行限制条件:停堆深度必须大于等于1300pcm; 如果停堆深度小于1300pcm,则应立即启动并连续用 7000ppm的高浓度硼水,以≥11.2t/h的速率硼化,一直 到满足要求为止; *在平均温度TAV≤93.3℃时, 运行限制条件:停堆深度必须大于等于1000pcm; 如果停堆深度小于1000pcm,则应立即启动并连续用 7000ppm的高浓度硼水,以≥11.2t/h的速率硼化,一直 到满足要求为止;
堆停闭后再启动时堆内反应性变化
氙消失 氙产生
反应性变化
3.3 停堆深度
定义:当反应堆所有棒(包括控制棒和停堆棒)全部插入 堆芯时,反应堆次临界的反应性总量。 而在技术规范书中,考虑到安全方面的因素,定义为: 假定最大价值的一束棒全部卡在堆芯外,而其他所有棒 全部插入时,反应堆次临界的反应性总量。
例题：反应堆处在50%FP下稳定运行，临界棒位为控制棒D 组150步，临界硼浓度CB=900ppm。在情况下停堆， 试说明参考反应性数据与反应性参考点之间的关系， 并给出参考反应性数据。
HZP、ARO反应性参考点
D组在150时的反应性75pcm
参考反应性 -855pcm
反应堆功率50%时的功率亏损 780pcm 参考反应性数据
最大碘坑中启动




反应堆停闭时间较长，在最大碘坑中开堆，即使把 控制棒组件全部抽出，由于碘坑深度大于停堆时的 剩余反应性，使反应堆不可能临界。只有对冷却剂 进行适当的硼稀释操作，才有可能使反应堆启动。 反应堆一旦启动之后，随功率提升，毒素氙迅速减 少，而碘的生成还很少，氙的浓度下降，反应性上 升。需要及时加硼，不使反应堆功率有急增可能。 在最大碘坑中启动，需要先进行硼稀释，启动后又 要加硼，操作复杂，并产生大量的废水，应尽量避 免。 在堆的寿期末，由于后备反应性较小，可能会发生 在碘坑中根本无法启动的情况。

从热停堆模式降至冷停堆模式 调整硼浓度至冷停堆无氙的硼浓度，并投入稳压器备用 电加热器，启动喷雾阀，使稳压器硼浓度与冷却剂系统 一致； 确认热停堆模式，包括冷却剂温度、稳压器水位、有效 增殖系数等； 通过增大下泄流流量，使冷却剂系统净化； 对冷却剂进行降温降压： （1）增大蒸汽排放量，实现冷却剂温度的下降； （2）打开稳压器喷雾阀，实现稳压器降温降压； 用氮气臵换化学与容积控制箱中的氢气;
停堆深度与反应堆的运行时间和运行工况有关,为保证 安全,应当有足够的停堆深度： (1)反应堆在任何运行工况下达到次临界; (2)可将假想事故工况下引入反应性瞬变控制在允许 的限制内; (3)在停堆时反应堆保持足够的次临界度,以防止反应 堆在已停堆情况下意外地达到临界。
对停堆深度的要求在整个寿期内随燃耗、硼浓度、冷却 剂平均温度的变化而变化。但最受限制的情况是： 在堆芯寿期末，冷却剂平均温度为无负荷运行温度下， 发生主蒸汽管道破裂事故造成不可控的冷却剂系统的冷 却。 在该事故中，要求有一定的初始最小停堆深度来控制反 应堆瞬变。因此对停堆深度的要求是建立在此限制条件基础 上的。
3.2 135Xe的积累和消耗
在停堆后，由于135Xe的积累和消耗引起了反应性 的变化。 当反应堆在高功率运行时， 135Xe达到平衡浓度；停 堆后的一段时间内， 由于135Xe的衰变速度慢于135I的 衰变速度， 135Xe的浓度将上升。 反应堆停堆后重新启动分为三种情况: （1）积毒阶段启动 直接按顺序提升调节棒组就可以达到临界； （2）最大碘坑中启动 控制棒全部抽出，并且稀释硼浓度，然后再加硼 （3）在消毒阶段启动 引入正反应性阶段，启动操作需特别小心

从功率运行降至热停堆模式 降功率准备； ①记录原始数据； ②确认控制棒在调节带内； ③蒸汽排放系统在TAV控制方式下； ④TAV-TREF的差值在规定范围内； ⑤确定发电机功率下降速率； ⑥通知电网调度；
从100%FP降功率至15%FP； ①设定15%FP的目标功率和下降速率，汽轮机按指定速 率降功率； ②反应堆功率调节系统作用，调节棒组D自动下降，使 反应堆功率自动跟踪汽轮机降功率。对一回路进行硼 化，确保ΔI在目标范围内； ③当发电机功率降至65%FP时，除氧器改由辅助蒸汽管 供汽； ④当发电机功率降至40%FP时，停止一台主给水泵和凝 水泵； ⑤当发电机功率降至15%FP时，不再降功率。并将控制 棒控制方式由“自动”切换至“手动”