量热技术在压水堆堆芯温度中的应用

1、学科大作业题目：量热技术在压水堆堆芯温度中的应用学号：SA14168188姓名：杨国威量热技术在压水堆堆芯温度中的应用摘要：反应堆堆芯温度是反应堆运行的重要指标参数。反应堆热工水力 要求燃料元件芯块内最高温度应低于其相应燃耗下的熔化温度。 同时反应堆堆芯温度还关系到堆芯换热效率。主要监测点为堆芯 进出口冷却剂温度与堆芯瞬时温度。关键词：反应堆热工水力；堆芯温度；热电偶。1.引言核电站控制系统的关键问题是保证汽轮发电机的正常运行，而为了保证汽轮发电机的 正常运行，主要关注的是反应堆的平均温度和它的功率。在实际的反应堆控制中，只需 要调节反应堆的平均温度即可以满足控制要求。堆内的温度是没有办法直接

2、测量的， 只能通过测量堆芯入口和出口的流体的温度，即用冷却剂的平均值来代表堆芯内的温 度。1.1研究目的与意义核反应堆堆芯的温度控制是核电站参数中最重要的控制之一，堆芯温度直接反 映了反应堆堆芯的反应性和功率。温度控制的好坏，直接关系到核岛的安全。反应堆 堆芯温度与慢化剂温度效应与燃料温度效应有密切相关，从而影响反应堆反应性。反 应堆正常运行时需要将反应堆堆型温度控制在一定的范围了，以确保安全的反应性。 通过以秦山二期堆芯为研究对象介绍反应堆量热技术。1.1.1慢化剂温度效应慢化剂温度变化引起反应性变化的现象，称慢化剂温度效应。慢化剂温度变化 1c所引起的反应性变化的大小称为慢化剂温度系数。对

3、于用水做慢化剂的压水堆，当温度改变时水的密度有显著改变。水温升高后单 位体积内水的分子减少了，使中子的慢化能力变差，逃脱共振吸收的概率减小，中子泄 漏的概率增大，从而使反应性减小,这时温度系数是负值。然而，因为慢化剂中含有中 子毒物（硼），当慢化剂被加热膨胀时,单位体积内溶解的硼的分子数也会相应减少，因 为中子被硼吸收的概率也减少,这个效应使温度系数变为正效应。因此，当慢化剂温度增加时，引起了两个相反的效应，即纯水的负效应和溶解毒 物的正效应。慢化剂温度系数是正值还是负值，要看这两方面的效应哪个更显著。在 压水堆中，当水中没有或者仅含有少量硼时,慢化剂温度系数是负值;在硼浓度较大时, 慢化剂温

4、度系数是正值。技术规范要求压水堆电站运行时慢化剂温度系数必须为负 值。1.1.2燃料温度效应燃料温度效应是由于燃料温度变化引起238U共振吸收截面变化引起的反应性变 化，也成为多普勒效应。当燃料温度上升时,238U共振吸收俘获截面峰值覆盖的能谱 加宽，这就导致有较多的中子损失在燃料共振区，从而使反应性下降；反之，当燃料温 度下降时，则反应性增加。燃料温度变化1C引起的反应性变化，称为燃料温度系数（多普勒系数），这个值 总是负值。多普勒系数的大小除随燃料温度变化外，还随堆芯运行寿期（即运行时间） 而变化。多普勒效应是反应堆的一个重要和固有的稳定因素和控制手段。因为反应堆的热 量主要是在燃料中产生

5、。当有意或无意地引入一个反应性使功率升高时，燃料温度立 即升高，燃料的温度效应就立即表现出来，使反应性下降，从而使反应堆返回临界并且 稳定在一个新的功率状态。燃料温度系数是瞬发的，对功率的变化响应很快，它对反应 堆的控制和安全起着非常重要的作用。2压水堆堆芯量热系统（以秦山二期为研究对象）秦山核电二期工程堆芯测量系统采用计算机技术实现了对相关数据的自动采 集、数据处理和信息显示。调试和运行结果表明，该系统测量精度高、性能良好，其 设计完全满足工程要求。本文简要介绍了该系统的设计方案、系统功能、系统组成、 工作原理和应用情况。堆芯测量系统由中子通量测量、温度测量和反应堆压力容器水位测量子系统组

6、成。温度测量系统和水位测量系统是冗余的，是PAMS系统的一部分，设备分为A系 列和B系列，它们在电气上和实体上均是隔离的。在设计基准事故下，安全壳内的系 统设备能完成测量功能。所有设备均抗震。正常工况下，温度测量系统通过集中数据处理子系统（KIT）的处理、运算，给出 堆芯热电偶温度的物理值，探测或校验径向功率偏移，或者探测与控制棒组脱离的控 制棒束。事故工况下，温度测量系统将进行连续的温度测量。燃料组件出口水温测量选用的是1E级铠装竦铭-竦铝热电偶，热电偶有不锈钢 包壳且用氧化铝绝缘。为了冗余，温度测量分为A和B两个系列，每个系列包括15 支热电偶。热电偶经压力容器顶盖管座贯穿到反应堆压力容器

7、内，并延伸到堆内构件的上 堆芯板。在压力容器内，热电偶沿着导管按规定的路线走向，导管牢固地固定在上部 堆内构件上。热电偶的热接点伸出导管约79mm。热电偶补偿导线由一对竦铭-竦基 导线组成。它们沿着电缆桥架上升到安装在电缆桥上的连接板。从连接板开始，热电 偶补偿导线沿着电缆桥架到达并通过电气贯穿件，最后沿着安全壳外的电缆桥架到达 堆芯冷却监测柜的输入端子上。用于热电偶冷端补偿的3支RTD温度计安装在堆芯冷 却监测机柜内，冷端温度信号直接送给机柜。堆芯冷却监测机柜将热电偶的电压值转换为物理值（C），并且自动完成冷端补 偿。机柜同时将30个温度值（15/系列）传送到集中数据处理计算机。堆芯冷却监测

8、机 柜接收压力信号(稳压器和反应堆冷却剂压力)，并利用它们进行饱和温度计算。在堆 芯冷却监测机柜的显示仪上可以得到所有输入数据、输出数据、整定值、中间计算结 果和详细的报警信息等。此外，在安装于控制室内的远传指示仪上连续地指示最低过冷裕度和最高堆芯 温度，每系列一个远传指示仪。图1堆芯温度测量装置原理1.核反应堆压力壳;2.测温热电偶;3.热电偶引线插接件;4.热电偶接线密封箱, 含9支热电偶引线;5.补偿导线;6.贯穿件；7.冷端补偿箱或保温箱，内有测温热电 阻;8.仪表接线柜；9.(mVV)转换器；10.(中V)转换器;11.转换开关;12.高量程温 度指示仪(01200 C );13.C

9、RV堆腔液位监控微机；14.CIT堆芯温度监控微机接线 柜；15.CIT微机(0400C);16.阻燃控制电缆线。3堆芯测温系统的检查3.1堆芯测温热电偶的检查3.1.1安装前的检查按装箱清单核对热电偶的数量、附件、备品；测量热电偶的直径及长度，观察热接点的良好程度；在当时环境温度下测量热电偶各极对外壳的绝缘电阻、输出毫伏值、正负极 间的直流电阻值并记录；3.1.2安装后的检查复查热电偶是否对号入座,热接点伸出安装底板的长度，一般59mm;复核绝缘状况，并用电热吹风机在各热接点均匀烘烤,在毫伏表档观察冷端端 子上的输出电势，应有明显均匀上升趋势。3.1.3检查中应满足的技术要求检查部位:在每支

10、热电偶的引线插接件(即图1中” 3”)处接入表计；安装前后同一支热电偶的偶丝电阻值变化2 ;正、负极对外壳绝缘电阻主200mW。3.2堆芯温度测量系统的分段检查热电偶安装正确无误后，即可用补偿导线及控制电缆把检测系统联成各种回 路；热电偶与接线密封箱间：在每个密封箱处的27芯连接件的插孔处，检查其所 包含的9支热电偶的偶丝电阻及输出电势；由密封箱到保温箱间：在保温箱的接线端子处检查各支热电偶与其对应的贯 穿件、补偿导线的导通与绝缘状况，仪表信号与接线端子的正确性、极性、线路电阻 值的对称性；热电偶到仪表接线柜间：从仪表接线柜上拆下从冷端保温箱来的控制电缆芯 线,用万用表测量全线路电阻值，正、负

11、极对地的绝缘电阻应大于200mW，在常温下测 量(mVV)转换器入口的电势值，把各点作以比较，可以确认电路连接的正误，然后恢 复接线。4堆芯测温装置系统的调试4.1调试模拟信号由图1可看出，堆芯热电偶的温度信号分为3个去路,1路去CIT微机;另1路 去CRV微机;再1路去高量程温度指示仪,它只有在堆故障时才会有高温出现。系统调 试时可三路同时进行也可以分支路先后进行；施加调试模拟信号的方法：由热电偶引线插接件3处输入与温度对应的毫伏 信号,该值可以从专门的热电偶温度一毫伏对照表查出，利用热电偶插接件备品，焊出 两根导线与校验用标准毫伏发生器相连接，另一端与已安装到位的插接件上半部相连 接；模拟

12、信号输入选点：0C,200C,400C,600C,800C,1000C,1200C。分别对 各测点作出理论指示值与实际指示值的误差计算，经调整中间元件后应符合技术要 求；在方便的情况下，也可以作断偶与短路信号试验,观察温度指示仪表与微机上 的显示有何异常反应，为热态运行积累经验。几个值得注意的问题:图1中的元件7通常是冷端保温箱用来维持测温冷端 温度的恒定，内置2枚Pt100的铂热电阻体，通过转换装置可以测出箱内的温度，该温 度可以在CRV微机上显示出来，作为热电偶测温冷端不为0C时的补偿修正依据。 对于(mVV),(WV)转换器一定要单体调校准确，以保证两个微机的温度显示尽量 趋于一致。由于

13、热电偶的温度与毫伏对照表所列数据是在冷端为0C时的条件下给 出的,而实际的冷端温度是保温箱内温度，所以必须加以修正。首先测出保温箱内温度 tx,由对照表查出对应的的毫伏值Vx,再按所要校验的温度t查出Vt,然后把 V=Vt-V 值作为模拟信号输入测温系统。例如tx=25C,Vx=1.00mV,t=800C,Vt=33.29mV，则校 t=800C 点的模拟信号为 33.29-1=32.29mV。4.2堆芯测温装置系统误差的形成(1)按照设计资料的规定和元件精度来确定。如表1数据为热电偶的误差值；热电偶名称等级热端温度C允许误差CK型镍铬-镍硅I4000.4%tII4000.75%t(2)其它元

14、件误差：补偿导线为土 1.1C;冷端保温箱当箱内温度在0C50C内时为 土 0.5 C ;(W /V)转换器为土 0.5%;CIT微机为0.1%0.2%;(mVV)转换器为土 0.25%(无线性化电路及冷端补偿)；控制盘上温度指示仪为1%。4.3测温元件的绝对允许误差值利用公式，绝对允许误差二仪表测量上限-测量下限X基本误差，并用符号表 示。对于系统中的仪表的实际计算如下：热电偶为 K 型 I 级,0C400C者, =1.6C ;0C1200C者, =4.8C。补偿导线使用在200C以内， =1.1C。冷端保温箱内温度不均匀度, =0.5C。RTD(Pt100B 级)热电阻, =0.3+0.0

15、05t=0.55C。(W /V)转换器, =0.25 C。(mV/V)转换器,0C400C者, =1C。0C1200C者, =3C。CRV微机使用了 FBM信号接口组件, =0.6C。微机本身, =1.2C。CIT 微机，0C 400C, =0.4C。指示记录仪,0C1200C, =12C4.4堆芯测温全系统的绝对误差允许值对0C400C,从热电偶一补偿导线一贯穿件一冷端保温箱一(mV/V)转换器 -CIT微机间的系统误差允许值：5 =.1.62 +1.12 + 0.52 +12 + 0.42 = 2.27 C对0C1200C,从热电偶一补偿导线一贯穿件一保温箱一(mV/V)CRV微机 间的系

16、统误差允许值。5 = *4.82 +1.12 + 0.52 + 32 + 0.62 +1.22 = 5.94 C(3 )热电偶至指示记录仪间的系统允许误差值。5 =4.82 +1.12 + 0.52 + 32 +1.22 = 13.32 C测温控制回路在作模拟试验和工艺投运时的实际系统误差都不能超过这些理 论值,只要对中间允许元件作适当调整总是可以符合要求的。4.5系统调试中应注意的几个问题由于测温系统中包括的元件较多，各自在调整时的取值偏差不一致,往往会造 成满量程时指示欠值或超量程。如校验温度为800C，经(mV/V)转换器处理后输出值 可以取4.99V,也可取5.01V,而微机一般按5V整定，就会出现此现象。所以彼此配合, 反复调准才能保证指示的一致性。热电偶接线密封箱内装有9个27芯的插头座，由于插针与插孔松紧配合不当, 会出现接触不良，造成温度指示时有时无,所以必须仔细装