反应堆冷却剂系统设计热、冷区域容积比的确定方法与流程

1.本发明属于反应堆冷却剂系统的总体工艺设计技术领域，尤其涉及一种反应堆冷却剂系统设计热、冷区域容积比的确定方法。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
3.核电厂在参与电网调峰进行负荷调节时，一回路的不同部分会同时发生收缩和膨胀，一回路自身容积无法完全消纳这部分体积变化，则需利用稳压器容积进行消纳这部分体积变化，如果稳压器能力也不够，还需利用化容系统的上充和下泄进行容积控制。
4.通常情况下，反应堆压力容器、主管道、蒸汽发生器在容积设计上没有特别的相关性，但如果通过可控制系统冷、热区的容积比，当反应堆功率变化时，热区的膨胀量刚好能够补偿冷却的收缩量，那么就可以减小对稳压器的容量要求，正常负荷调节期间，稳压器的液位及压力也几乎不会变化或变化，具有很好的运行稳定性。为此，如何确定反应堆冷却剂系统热、冷区域容积比，是目前仍需解决的问题。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明提供反应堆冷却剂系统设计热、冷区域容积比的确定方法，在功率调节期间，反应堆平均温度的控制系统作用下，通过设计满足选定的系统热、冷区域的容积比，使反应堆冷却剂系统的总质量在功率的调节范围内维持恒定，以降低对稳压器的容积需求，增强系统运行的稳定性。
6.为了实现上述目的，本发明主要包括以下几个方面：
7.第一方面，本发明实施例提供一种反应堆冷却剂系统设计热、冷区域容积比的确定方法，包括：
8.定义反应堆冷却剂系统预设回路的冷区总体积、热区总体积、冷段温度、热段温度和反应堆功率；
9.根据所述冷区总体积、热区总体积和相应的水密度，确定热、冷区域总质量；在反应堆功率变化过程中，控制所述总质量恒定，并结合水密度随温度的变化趋势曲线，确定热、冷区域容积比与冷段温度、热段温度、反应堆功率之间的关系；
10.根据所述关系确定热、冷区域容积比，并生成反应堆冷却剂系统的布置策略。
11.在一种可能的实施方式中，所述热、冷区域总质量为热区质量和冷区质量之和，所述热区质量为热区总体积与水密度的乘积；和/或，所述冷区质量为冷区总体积与水密度的乘积。
12.在一种可能的实施方式中，在反应堆功率变化过程中，控制总质量恒定，得到如下关系式：
[0013]vcold
ρ
cold
v
hot
ρ
hot
＝c；
[0014]
对其进行变换得到：
[0015][0016]
其中，k为热、冷区域容积比，v
cold
为冷区总体积、v
hot
为热区总体积、ρ
cold
为冷流体密度、ρ
hot
为热流体密度、c为常数。
[0017]
在一种可能的实施方式中，在反应堆冷却剂系统正常运行时压力维持不变的前提下，已知温度根据水物性表得到水密度，拟合水密度随温度的变化趋势曲线，对温度求导数，得到：
[0018][0019]
其中，a、b为常数，t为温度，ρ为水密度。
[0020]
在一种可能的实施方式中，对所述关系式的两端分别对反应堆功率p进行求导，并同时乘以得到：
[0021][0022]
并对其进行变换得到：
[0023][0024]
从而确定出热、冷区域容积比与冷段温度、热段温度、反应堆功率之间的关系。
[0025]
在一种可能的实施方式中，当开展压水堆核电厂设计时，将热区域与冷区域的容积比控制在k值，以使反应堆冷却剂系统稳定运行。
[0026]
在一种可能的实施方式中，所述布置策略包括：调整反应堆冷却剂系统中设备设计或管道的长度。
[0027]
第二方面，本发明实施例一种反应堆冷却剂系统设计热、冷区域容积比的确定系统，包括：
[0028]
定义模块，用于定义反应堆冷却剂系统预设回路的冷区总体积、热区总体积、冷段温度、热段温度和反应堆功率；
[0029]
确定模块，用于根据所述冷区总体积、热区总体积和相应的水密度，确定热、冷区域总质量；在反应堆功率变化过程中，控制所述总质量恒定，并结合水密度随温度的变化趋势曲线，确定热、冷区域容积比与冷段温度、热段温度、反应堆功率之间的关系；
[0030]
生成模块，用于根据所述关系确定热、冷区域容积比，并生成反应堆冷却剂系统的布置策略。
[0031]
第三方面，本发明实施例提供一种计算机设备，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当计算机设备运行时，所述处理器与所
述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行如上述第一方面和第一方面任一种可能的实施方式中所述的反应堆冷却剂系统设计热、冷区域容积比的确定方法的步骤。
[0032]
第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如上述第一方面和第一方面任一种可能的实施方式中所述的反应堆冷却剂系统设计热、冷区域容积比的确定方法的步骤。
[0033]
以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
[0034]
本发明所提供的反应堆冷却剂系统设计热、冷区域容积比的确定方法，通过在反应堆功率变化过程中，控制总质量恒定，并结合水密度随温度的变化趋势曲线，确定热、冷区域容积比与冷段温度、热段温度、反应堆功率之间的关系，从而确定出热、冷区域容积比，并生成反应堆冷却剂系统的布置策略。通过该方式所设计的反应堆冷却剂系统，当反应堆功率变化时，热区的膨胀量刚好能够补偿冷却的收缩量，可以减小对稳压器的容量要求，正常负荷调节期间，稳压器的液位及压力也几乎不会变化，因而具有很好的运行稳定性。
附图说明
[0035]
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0036]
图1是本发明实施例一所提供的反应堆冷却剂系统设计热、冷区域容积比的确定方法的流程示意图；
[0037]
图2是本发明实施例一所提供的反应堆冷却剂系统的结构示意图；
[0038]
图3是本发明实施例一所提供的水密度随温度的变化趋势曲线图；
[0039]
图4是本发明实施例一所提供的典型温度随功率的变化图。
具体实施方式
[0040]
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0041]
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0042]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0043]
实施例一
[0044]
核电厂在参与电网调峰进行负荷调节时，一回路的热区域和冷区域会同时发生收缩和膨胀，若回路自身容积无法完全消纳这部分体积变化，则需利用稳压器容积进行消纳这部分体积变化，如果稳压器能力不够，还需利用化容系统的上充和下泄进行容积控制。如图1所示，以典型的分散式两环路(2loops)布置的反应堆冷却剂系统为例，该反应堆冷却剂系统包括堆芯、主泵、稳压器和蒸汽发生器，冷区总体积vcold＝(v1 v2)
loop1
(v1 v2)
loop2

v3 v4 v5，热区总体积vhot＝v6 v7
loop1
v7
loop2
。
[0045]
在进行负荷调节时，热区域和冷区域会同时发生收缩和膨胀，如果正常负荷调节期间，热区的膨胀量刚好能够补偿冷却的收缩量，那么稳压器的液位及压力几乎不会变化，该反应堆冷却剂系统具有很好的运行稳定性。
[0046]
基于此，本发明实施例提供一种反应堆冷却剂系统设计热、冷区域容积比的确定方法，如图2所示，该方法具体包括以下步骤：
[0047]
s201：定义反应堆冷却剂系统预设回路的冷区总体积、热区总体积、冷段温度、热段温度和反应堆功率。
[0048]
在具体实施中，以核电厂反应堆一回路为例，定义反应堆一回路冷区(冷管段、压力容器下降段、下封头、主泵、蒸汽发生器出口腔室)、热区(热管段、堆芯出口至热管段接管嘴、蒸汽发生器入口腔室)总体积分别为v
cold
和v
hot
，冷段温度记作t
cold
，热段温度记作t
hot
，反应堆功率为p。对于其他不同的反应堆(一体化、紧凑式的小型堆)，v
cold
就是冷流体流经的区域的体积，v
hot
就是热流体流经区域的体积，这里，冷热是相对于平均温度来说的。
[0049]
s202：根据所述冷区总体积、热区总体积和相应的水密度，确定热、冷区域总质量；在反应堆功率变化过程中，控制所述总质量恒定，并结合水密度随温度的变化趋势曲线，确定热、冷区域容积比与冷段温度、热段温度、反应堆功率之间的关系。
[0050]
在具体实施中，在升功率过程中，为实现热段体积膨胀量恰好可以补偿冷段体积收缩量的目的，应控制这部分总质量也是近似恒定的。可选的，所述热、冷区域总质量为热区质量和冷区质量之和，所述热区质量为热区总体积与水密度的乘积；和/或，所述冷区质量为冷区总体积与水密度的乘积。
[0051]
在反应堆功率变化(p1～p2，p1＜p2)过程中，控制总质量恒定，得到如下关系式：
[0052]vcold
ρ
cold
v
hot
ρ
hot
＝c；
[0053]
对其进行变换得到：
[0054][0055]
其中，k为热、冷区域容积比，ρ
cold
为冷流体密度、ρ
hot
为热流体密度、c为常数。
[0056]
由于反应堆冷却剂系统正常运行压力维持不变，因此在考虑压力不变的前提下，已知温度可根据水物性表得到水的密度，通过拟合水密度随温度的变化趋势曲线，如图3所示，并对温度求导数，得到：
[0057][0058]
其中，a、b为常数，t为温度，ρ为水密度，图3所示区间内，a＝-0.0232，b＝4.9。
[0059]
对所述关系式的两端分别对反应堆功率p进行求导，并同时乘以得到：
[0060]
[0061]
并对其进行变换得到：
[0062][0063]
从而确定出热、冷区域容积比与冷段温度、热段温度、反应堆功率之间的关系。
[0064]
从工程实施的角度，在p1～p2范围是已知功率调节比较频繁的区域，同时冷热段温度变化可近似考虑为线性变化，如图4所示。考虑一定的近似，可得：
[0065][0066]
s203：根据所述关系确定热、冷区域容积比，并生成反应堆冷却剂系统的布置策略。
[0067]
在具体实施中，当开展压水堆核电厂设计时，将热区域与冷区域的容积比控制在k值，以使反应堆冷却剂系统稳定运行。可选的，所述布置策略包括：调整反应堆冷却剂系统中设备设计或管道的长度。也即，在开展系统设备和布置设计的过程中，可以通过调整设备设计或管道的长度调节冷热区容积比，以使热、冷区域体积比在以下公式的结果相同或尽量接近：
[0068][0069]
这样，当反应堆功率变化时，热区的膨胀量刚好能够补偿冷却的收缩量，可以减小对稳压器的容量要求，正常负荷调节期间，稳压器的液位及压力也几乎不会变化，因而具有很好的运行稳定性。
[0070]
实施例二
[0071]
本发明实施例还提供一种反应堆冷却剂系统热、冷区域容积比的确定系统，包括：
[0072]
定义模块，用于定义反应堆冷却剂系统预设回路的冷区总体积、热区总体积、冷段温度、热段温度和反应堆功率；
[0073]
确定模块，用于根据所述冷区总体积、热区总体积和相应的水密度，确定热、冷区域总质量；在反应堆功率变化过程中，控制所述总质量恒定，并结合水密度随温度的变化趋势曲线，确定热、冷区域容积比与冷段温度、热段温度、反应堆功率之间的关系；
[0074]
生成模块，用于根据所述关系确定热、冷区域容积比，并生成反应堆冷却剂系统的布置策略。
[0075]
本实施例提供的反应堆冷却剂系统设计热、冷区域容积比的确定系统用于实现前述的反应堆冷却剂系统设计热、冷区域容积比的确定方法，因此反应堆冷却剂系统设计热、冷区域容积比的确定系统中的具体实施方式可见前文中的反应堆冷却剂系统设计热、冷区
域容积比的确定方法的实施例部分，在此不再进行赘述。
[0076]
实施例三
[0077]
本发明实施例还提供一种计算机设备，所述计算机设备包括处理器、存储器和总线。
[0078]
所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当计算机设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时，可以执行如上述图2所示方法实施例中的反应堆冷却剂系统设计热、冷区域容积比的确定方法的步骤，具体实现方式可参见方法实施例，在此不再赘述。
[0079]
实施例四
[0080]
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行上述方法实施例中所述的反应堆冷却剂系统设计热、冷区域容积比的确定方法的步骤。
[0081]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory，rom)或随机存储记忆体(random accessmemory，ram)等。
[0082]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。