壓水堆堆芯流量分區(qū)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及壓水堆核動力裝置和核電站，具體是壓水堆堆芯流量分區(qū)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]國內(nèi)外塊堆廣泛采用了流量分區(qū)設(shè)計理念，例如印度原型塊堆堆芯流量分為15個區(qū)，中國實驗塊堆流量分為4個區(qū)；另外日本的超臨界水堆設(shè)計也采用了流量分區(qū)理念，其堆芯流量根據(jù)每盒組件的功率進行精細化匹配；國內(nèi)重水堆也有采用2個分區(qū)的設(shè)計。
[0003]在國內(nèi)外壓水堆核電站中，由于堆芯廣泛采用棒束型燃料組件，其組件不帶組件盒，無法實現(xiàn)流量分區(qū)，因此在壓水堆領(lǐng)域，未見采用功率分區(qū)與流量分區(qū)的相關(guān)設(shè)計報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主要目的是提供一種壓水堆堆芯流量分區(qū)方法，采用堆芯功率分區(qū)和流量分區(qū)設(shè)計，實現(xiàn)了壓水堆堆芯冷卻劑流量的降低、堆芯熱工安全裕量的提高、堆芯出口溫度的提尚、堆芯總體性能的提尚。
[0005]本發(fā)明的實現(xiàn)方案如下:壓水堆堆芯流量分區(qū)方法，包括以下步驟:
分區(qū)步驟:將壓水堆堆芯橫切面分區(qū)形成中流量區(qū)、大流量區(qū)、小流量區(qū)，中流量區(qū)是壓水堆堆芯橫切面中心點沿徑向方向向外延展形成的區(qū)域，大流量區(qū)是以中流量區(qū)的邊界線為起始點沿徑向方向向外延展形成的區(qū)域，小流量區(qū)是以大流量區(qū)邊界線為起始點沿徑向方向向外延展形成的區(qū)域，中流量區(qū)是位于壓水堆堆芯橫切面中心處的區(qū)域，大流量區(qū)是包覆在中流量區(qū)外的一個環(huán)形區(qū)域，小流量區(qū)是包覆在大流量區(qū)外的一個環(huán)形區(qū)域，流量設(shè)定步驟:中流量區(qū)通入中等流量大小的冷卻劑，大流量區(qū)通入大流量的冷卻劑、小流量區(qū)通入小流量的冷卻劑。
[0006]中流量區(qū)通入整個壓水堆堆芯平均質(zhì)量流速70%至90%的冷卻劑，大流量區(qū)通入整個壓水堆堆芯平均質(zhì)量流速100%至120%的冷卻劑、小流量區(qū)通入整個壓水堆堆芯平均質(zhì)量流速60%至80%的冷卻劑。
[0007]中流量區(qū)通入整個壓水堆堆芯平均質(zhì)量流速75%至85%的冷卻劑，大流量區(qū)通入整個壓水堆堆芯平均質(zhì)量流速95%至115%的冷卻劑、小流量區(qū)通入整個壓水堆堆芯平均質(zhì)量流速65%至75%的冷卻劑。
[0008]中流量區(qū)通入整個壓水堆堆芯平均質(zhì)量流速80%至85%的冷卻劑，大流量區(qū)通入整個壓水堆堆芯平均質(zhì)量流速90%至110%的冷卻劑、小流量區(qū)通入整個壓水堆堆芯平均質(zhì)量流速90%至75%的冷卻劑。
[0009]中流量區(qū)通入整個壓水堆堆芯平均質(zhì)量流速80.9%的冷卻劑，大流量區(qū)通入整個壓水堆堆芯平均質(zhì)量流速110.3%的冷卻劑、小流量區(qū)通入整個壓水堆堆芯平均質(zhì)量流速70.3%的冷卻劑。
[0010]所述中流量區(qū)的形狀為多邊形或圓形或橢圓形，大流量區(qū)的形狀為環(huán)形，小流量區(qū)的形狀為環(huán)形。
[0011]所述中流量區(qū)的形狀為矩形，大流量區(qū)的形狀為圓環(huán)形或多邊環(huán)形，小流量區(qū)的形狀為圓環(huán)形或多邊環(huán)形。
[0012]大流量區(qū)的形狀為四邊環(huán)形或八邊環(huán)形或六邊環(huán)形，小流量區(qū)的形狀為四邊環(huán)形或八邊環(huán)形或六邊環(huán)形。
[0013]通過合理的堆芯物理設(shè)計實現(xiàn)堆芯全壽期的功率分區(qū)特性，即使得堆芯在全壽期內(nèi)能按照徑向區(qū)域形成穩(wěn)定的功率水平高、中、低的不同區(qū)。通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)進入堆芯的冷卻劑實現(xiàn)流量分區(qū)，即根據(jù)上述功率分區(qū)實現(xiàn)相匹配的流量分區(qū)。
[0014]目前在世界范圍內(nèi)，快堆、沸水堆、超臨界水堆、重水堆等均有采用功率分區(qū)和流量分區(qū)技術(shù)，從而實現(xiàn)堆芯冷卻劑的高效利用。在相同的堆芯功率水平下，通過功率分區(qū)和流量分區(qū)設(shè)計，可使得堆芯所需的冷卻劑流量減少，或者提高堆芯的熱工安全裕量，同時可提高堆芯出口冷卻劑溫度，進而提高堆芯總體參數(shù)和總體性能。而現(xiàn)有的壓水堆設(shè)計均未采用流量分區(qū)設(shè)計，堆芯總體性能提高受限。
[0015]通過上述分區(qū)設(shè)計，實現(xiàn)了堆芯全壽期內(nèi)的功率分區(qū)特性。獲得的堆芯壽期初、壽期中、壽期末的徑向功率分區(qū)，區(qū)分了徑向功率的大小?？梢园l(fā)現(xiàn)，堆芯全壽期內(nèi)，中心區(qū)域始終保持中等功率水平，外圍區(qū)域始終保持最低功率水平，中心區(qū)域與外圍區(qū)域之間的夾層區(qū)域始終保持最高功率水平，就是說:在堆芯壽期初、壽期中、壽期末這些時段中，中心區(qū)域的中流量區(qū)始終保持中等功率水平，夾層區(qū)域的大流量區(qū)始終保持最高功率水平，外圍區(qū)域的小流量區(qū)始終保持最低功率水平。實現(xiàn)了壓水堆堆芯冷卻劑流量的降低、堆芯熱工安全裕量的提高、堆芯出口溫度的提高、堆芯總體性能的提高。本設(shè)計可使堆芯在熱工安全裕量不降低的前提下，使系統(tǒng)冷卻劑流量需求減少15%以上，使堆芯出口冷卻劑溫度提高3°C以上。
[0016]對于堆芯功率分區(qū)設(shè)計，可采用合理的堆芯燃料富集度分區(qū)設(shè)計、堆芯燃料可燃毒物匹配設(shè)計、控制棒提棒程序優(yōu)化設(shè)計等手段實現(xiàn)。
[0017]對于堆芯流量分區(qū)設(shè)計，可采用燃料組件上下管座結(jié)構(gòu)設(shè)計、堆芯入口流量分配裝置設(shè)計等實現(xiàn)。
[0018]本發(fā)明的優(yōu)點在于:可使得堆芯全壽期內(nèi)，中心區(qū)域始終保持中等功率水平，夕卜圍區(qū)域始終保持最低功率水平，中心區(qū)域與外圍區(qū)域之間的夾層區(qū)域始終保持最高功率水平。
【附圖說明】
[0019]圖1為壓水堆堆芯橫切面分區(qū)后，中流量區(qū)的形狀為矩形、大流量區(qū)2的形狀為八邊環(huán)形、小流量區(qū)的形狀為八邊環(huán)形的示意圖。
[0020]圖2為水堆堆芯橫切面分區(qū)后，中流量區(qū)3的形狀為矩形、大流量區(qū)2的形狀為圓環(huán)形、小流量區(qū)I的形狀為圓環(huán)形的示意圖。
【具體實施方式】
[0021]實施例一
如圖1和圖2所示。
[0022]壓水堆堆芯流量分區(qū)方法，包括以下步驟:
分區(qū)步驟:將壓水堆堆芯橫切面分區(qū)形成中流量區(qū)3、大流量區(qū)2、小流量區(qū)1，中流量區(qū)3是壓水堆堆芯橫切面中心點沿徑向方向向外延展形成的區(qū)域，大流量區(qū)2是以中流量區(qū)3的邊界線為起始點沿徑向方向向外延展形成的區(qū)域，小流量區(qū)I是以大流量區(qū)2邊界線為起始點沿徑向方向向外延展形成的區(qū)域，中流量區(qū)3是位于壓水堆堆芯橫切面中心處的區(qū)域，大流量區(qū)2是包覆在中流量區(qū)3外的一個環(huán)形區(qū)域，小流量區(qū)I是包覆在大流量區(qū)2外的一個環(huán)形區(qū)域；
流量設(shè)定步驟:中流量區(qū)3通入中等流量大小的冷卻劑，大流量區(qū)2通入大流量的冷卻劑、小流量區(qū)I通入小流量的冷卻劑。
[0023]通過上述分區(qū)設(shè)計，實現(xiàn)了堆芯全壽期內(nèi)的功率分區(qū)特性。獲得的堆芯壽期初、壽期中、壽期末的徑向功率分區(qū)，區(qū)分了徑向功率的大小?？梢园l(fā)現(xiàn)，堆芯全壽期內(nèi)，中心區(qū)域始終保持中等功率水平，外圍區(qū)域始終保持最低功率水平，中心區(qū)域與外圍區(qū)域之間的夾層區(qū)域始終保持最高功率水平，就是說:在堆芯壽期初、壽期中、壽期末這些時段中，中心區(qū)域的中流量區(qū)3始終保持中等功率水平，夾層區(qū)域的大流量區(qū)2始終保持最高功率水平，夕卜圍區(qū)域的小流量區(qū)I始終保持最低功率水平。
[0024]經(jīng)過測試:本實施例通過采用堆芯功率分區(qū)與流量分區(qū)設(shè)計技術(shù)，可使堆芯在熱工安全裕量不降低的前提下，使系統(tǒng)冷卻劑流量需求減少15%以上，使堆芯出口冷卻劑溫度提高3°C以上。
[0025]實施例2
本實施例與實施例1的區(qū)別在于:中流量區(qū)3通入整個壓水堆堆芯平均質(zhì)量流速70%至90%的冷卻劑，大流量區(qū)2通入整個壓水堆堆芯平均質(zhì)量流速100%至120%的冷卻劑、小流量區(qū)I通入整個壓水堆堆芯平均質(zhì)量流速60%至80%的冷卻劑。
[0026]通過上述分區(qū)設(shè)計，實現(xiàn)了堆芯全壽期內(nèi)的功率分區(qū)特性。獲得的堆芯壽期初、壽期中、壽期末的徑向功率分區(qū)，區(qū)分了徑向功率的大小?？梢园l(fā)現(xiàn)，堆芯全壽期內(nèi)，中心區(qū)域始終保持中等功率水平，外圍區(qū)域始終保持最低功率水平，中心區(qū)域與外圍區(qū)域之間的夾層區(qū)域始終保持最高功率水平，就是說:在堆芯壽期初、壽期中、壽期末這些時段中，中心區(qū)域的中流量區(qū)3始終保持中等功率水平，夾層區(qū)域的大流量區(qū)2始終保持最高功率水平，夕卜圍區(qū)域的小流量區(qū)I始終保持最低功率水平。
[0027]經(jīng)過測試:本實施例通過采用堆芯功率分區(qū)與流量分區(qū)設(shè)計技術(shù)，可使堆芯在熱工安全裕量不降低的前提下，使系統(tǒng)冷卻劑流量需求減少16%以上，使堆芯出口冷卻劑溫度提高4°C以上。
[0028]實施例3
本實施例與實施例1的區(qū)別在于:中流量區(qū)3通入整個壓水堆堆芯平均質(zhì)量流速75%至85%的冷卻劑，大流量區(qū)2通入整個壓水堆堆芯平均質(zhì)量流速95%至115%的冷卻劑