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CN111667933A - 一种球床先进高温堆堆芯装载方法 - Google Patents

一种球床先进高温堆堆芯装载方法 Download PDF

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CN111667933A
CN111667933A CN202010564683.9A CN202010564683A CN111667933A CN 111667933 A CN111667933 A CN 111667933A CN 202010564683 A CN202010564683 A CN 202010564683A CN 111667933 A CN111667933 A CN 111667933A
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CN202010564683.9A
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孙伟
王连杰
夏榜样
李满仓
赵文博
杨洪润
李翔
严明宇
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Nuclear Power Institute of China
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Nuclear Power Institute of China
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Abstract

本发明公开了一种球床先进高温堆堆芯装载方法，所述装载方法采用一次装料、整体卸载的方式，堆芯活性区采取燃料球和石墨球配合装载的方式，堆芯活性区高度大于核设计程序理论计算的活性区高度，具体装载过程如下：通过实时测量堆芯剩余反应性，确定最终满足堆芯功率和寿期要求的燃料球的装量，将燃料球装载至燃料球实际装量位置，然后继续装入石墨球，直至填满整个堆芯活性区。本发明实现了燃料球装量根据实际要求的可调节性，并避免了排空熔盐时堆芯活性区几何形状发生重大改变，达到精确实现堆芯设计目标的目的，从根本上规避了核设计程序计算不确定性带来的堆芯设计风险。

Description

一种球床先进高温堆堆芯装载方法
技术领域
本发明涉及核反应堆技术领域，具体涉及一种球床先进高温堆堆芯装载方法。
背景技术
近年来美国和法国等国提出了一种球床先进高温堆的概念，其核心特点主要有两个：1)采用以石墨为基体、含有TRISO包覆颗粒的燃料元件；2)使用氟盐作为冷却剂。一方面，高性能的包覆燃料颗粒排除了燃料元件熔化的危险因素，大大提高了堆芯的安全性；另一方面，该堆型利用了熔盐冷却剂的良好热特性，在常压一回路条件下也可以达到很高的功率密度，又省去了传统熔盐堆复杂的熔盐化学处理，使一回路设计大大简化，有利于提高经济性和安全性。
目前球床先进高温堆堆芯装载方式主要有两大类：一种是燃料球一次满装载方式，即初始堆芯活性区全部装入燃料球；另一种是采用分批装料、一次卸载的方式，即寿期初堆芯活性区装入部分燃料球，等运行到剩余反应性接近于0时，再继续装入新燃料球，直到堆芯活性区装满燃料球，运行到寿期末时，卸出全部燃料球。燃料球一次满装载方式是基于现有核设计程序对堆芯剩余反应性、寿期、控制棒价值等关键物理参数计算较准确基础上设计出的。而实际情况是，球床先进高温堆堆芯具有燃料球和TRISO颗粒的双重不均匀性，现有核设计程序的计算结果可能会面临计算不确定性较大的风险，进而使得设计出的燃料球一次满装载堆芯方案可能会面临或剩余反应性不够寿期变短，或剩余反应性较大，控制棒价值不够的风险。分批装料、一次卸载方式可根据实时的反应性测量结果确定每批次燃料球的装量，避免了燃料球一次满装载方式可能面临的风险，但每批次装料过程需停堆，排空熔盐，在排空熔盐过程中，由于熔盐流动及流量减小，会导致燃料球重新排布及燃料活性区下移，燃料球的重新排布同样会大幅增加堆芯反应性计算的不确定性，堆芯活性区下移也将显著增加停堆系统的控制难度。
因此，有必要针对球床先进高温堆堆芯设计、运行特点，提出更为简单、灵活的堆芯装载方案，代替现有的燃料球一次满装载方式和分批装料、一次卸载方式，从根本上规避核设计程序计算不确定性无法预估带来的设计风险。的测温需求，例如钢水注水冷却实验中，需要连续实时测量内部温度，以获注水冷却能力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种球床先进高温堆堆芯装载方法，本发明实现了燃料球装量根据实际要求的可调节性，并避免了排空熔盐时堆芯活性区几何形状发生重大改变，达到精确实现堆芯设计目标的目的，从根本上规避了核设计程序计算不确定性带来的堆芯设计风险。
本发明通过下述技术方案实现：
一种球床先进高温堆堆芯装载方法，所述装载方法采用一次装料、整体卸载的方式，堆芯活性区采取燃料球和石墨球配合装载的方式，堆芯活性区高度大于核设计程序理论计算的活性区高度，具体装载过程如下：
通过实时测量堆芯剩余反应性，确定最终满足堆芯功率和寿期要求的燃料球的装量，将燃料球装载至燃料球实际装量位置，然后继续装入石墨球，直至填满整个堆芯活性区。
本发明所述一次装料、整体卸载具体是指在寿期初，装入全部燃料球和石墨球，运行到寿期末时，卸出全部燃料球和石墨球。
寿期初燃料球逐步装入堆芯活性区上部位置，通过实时测量堆芯剩余反应性，确定最终满足堆芯功率和寿期要求的燃料球实际装量位置，然后继续装入与燃料球相同直径的石墨球，直至填满整个堆芯活性区。
本发明通过适当增大堆芯活性区高度，根据实时测量的堆芯反应性结果，确定装入堆芯活性区上部的最终的燃料球装量，然后继续装入石墨球，直至实现堆芯活性区满装载的方式，实现了燃料球装量根据实际要求的可调节性，并避免了排空熔盐时堆芯活性区几何形状发生重大改变，达到精确实现堆芯设计目标的目的，从根本上规避了核设计程序计算不确定性带来的堆芯设计风险。
进一步地，堆芯活性区高度在核设计程序理论计算的活性区高度的基础上，增大10％～30％。
进一步地，堆芯活性区高度在核设计程序理论计算的活性区高度的基础上，增大20％。
进一步地，石墨球装载在堆芯活性区的底部。
进一步地，石墨球的直径与燃料球的直径一致。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明公开了一种球床先进高温堆堆芯装载方法，通过适当增大堆芯活性区高度，根据实时测量的堆芯反应性结果，确定装入堆芯活性区上部的最终的燃料球装量，然后继续装入石墨球，直至实现堆芯活性区满装载的方式，实现了燃料球装量根据实际要求的可调节性，并避免了排空熔盐时堆芯活性区几何形状发生重大改变，达到精确实现堆芯设计目标的目的，从根本上规避了核设计程序计算不确定性带来的堆芯设计风险。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为球床先进高温堆实际燃料球装量大于理论设计值时堆芯轴向剖面图；
图2为球床先进高温堆实际燃料球装量小于理论设计值时堆芯轴向剖面图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-堆芯活性区顶端，2-燃料球理论装量位置，3-堆芯活性区底端，4-燃料球，5-燃料球实际装量位置，6-石墨球。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
如图1、图2所示，一种球床先进高温堆堆芯装载方法，所述装载方法采用一次装料、整体卸载的方式，堆芯活性区采取燃料球4和石墨球6配合装载的方式，堆芯活性区高度大于核设计程序理论计算的活性区高度，具体地，所述堆芯活性区高度在核设计程序理论计算的活性区高度的基础上，增大20％，具体装载过程如下：
通过实时测量堆芯剩余反应性，确定最终满足堆芯功率和寿期要求的燃料球4的装量，将燃料球4装载至燃料球实际装量位置5，然后继续装入石墨球6，直至填满整个堆芯活性区，所述石墨球6的直径与燃料球4的直径一致；所述石墨球6装载在堆芯活性区的底部。
堆芯活性区顶端1至燃料球理论装量位置2的距离为核设计程序理论计算的活性区高度；堆芯活性区顶端1至堆芯活性区底端3的距离为堆芯活性区真实高度，在本实施例中，燃料球理论装量位置2至堆芯活性区底端3的距离为核设计程序理论计算活性区高度的20％。
本实施例中，通过将所述堆芯活性区高度在核设计程序理论计算的活性区高度的基础上，增大20％，根据实时测量的堆芯反应性结果，确定装入堆芯活性区上部的最终的燃料球装量，然后继续装入石墨球，直至实现堆芯活性区满装载的方式，实现了燃料球装量根据实际要求的可调节性，并避免了排空熔盐时堆芯活性区几何形状发生重大改变，达到精确实现堆芯设计目标的目的，从根本上规避了核设计程序计算不确定性带来的堆芯设计风险。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种球床先进高温堆堆芯装载方法，其特征在于，所述装载方法采用一次装料、整体卸载的方式，堆芯活性区采取燃料球(4)和石墨球(6)配合装载的方式，堆芯活性区高度大于核设计程序理论计算的活性区高度，具体装载过程如下：
通过实时测量堆芯剩余反应性，确定最终满足堆芯功率和寿期要求的燃料球(4)的装量，将燃料球(4)装载至燃料球实际装量位置(5)，然后继续装入石墨球(6)，直至填满整个堆芯活性区。
2.根据权利要求1所述的一种球床先进高温堆堆芯装载方法，其特征在于，所述堆芯活性区高度在核设计程序理论计算的活性区高度的基础上，增大10％～30％。
3.根据权利要求2所述的一种球床先进高温堆堆芯装载方法，其特征在于，所述堆芯活性区高度在核设计程序理论计算的活性区高度的基础上，增大20％。
4.根据权利要求1所述的一种球床先进高温堆堆芯装载方法，其特征在于，所述石墨球(6)装载在堆芯活性区的底部。
5.根据权利要求1所述的一种球床先进高温堆堆芯装载方法，其特征在于，所述石墨球(6)的直径与燃料球(4)的直径一致。
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