一种黑棒控制棒组件使用优化方法

技术领域

本发明属于核电厂核燃料管理技术领域，具体涉及一种黑棒控制棒组件使用优化方法。

背景技术

当反应堆正常运行时，控制棒组件受到高温、高压和高中子注量照射。黑棒控制棒包壳内部的银-铟-镉吸收体受热和吸收中子后会逐渐转变成银-铟-镉-锡，密度变低、热膨胀系数变大，从而导致吸收体体积变大、高温下更容易膨胀。当其膨胀体积超过外围的包壳内径时，将不可避免地导致包壳肿胀现象，银-铟-镉的肿胀速率随中子注量的增加而快速增加。此外，银-铟-镉容易发生蠕变变形，蠕变受中子辐照也会产生辐照加速现象。

黑棒控制棒组件在合理使用下能够达到设计寿命，但是国内对黑棒控制棒组件的使用策略没有统一标准，策略不同则黑棒控制棒组件的性能状况和使用寿命也会不同。采用不换棒策略时，各类型功能棒固化使用。由于温度调节棒组在堆内时控制棒下端部会处于堆芯区域，承受的中子注量照射最高，发生肿胀的概率最大，不进行换棒势必会缩短温度调节棒组的使用寿命。采用换棒策略时，黑棒控制棒组件在不同循环中布置在堆芯不同的位置。但目前的换棒策略主要基于相关组件倒换最优化进行，黑棒控制棒组件作为温度调节棒的几率存在不确定性，导致小部分黑棒控制棒组件可能持续作为温度调节棒使用，这会显著缩短该小部分黑棒控制棒组件的使用寿命。

因此亟需提供一种方法来优化黑棒控制棒组件的使用策略，实现单组黑棒控制棒组件受到的累计中子注量照射最小化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种黑棒控制棒组件使用优化方法，可以合理使用黑棒控制棒组件，在黑棒控制棒组件寿期内降低肿胀几率，减少黑棒控制棒组件的卡棒风险。

本发明的技术方案如下：

一种黑棒控制棒组件使用优化方法，通过“平均法”对黑棒控制棒组件作为温度调节棒的最大循环数进行限制，由堆内所有黑棒控制棒组件轮流作为温度调节棒，以平摊温度调节棒所受到的累计中子注量照射，将单组黑棒控制棒组件受到的累计中子注量照射最小化。

包括以下步骤：

步骤1：制定黑棒控制棒组件使用策略；

限制黑棒控制棒组件累计使用的最大循环数；

步骤2：建立黑棒控制棒组件入堆台账；

新机组首循环装料后建立黑棒控制棒组件入堆台账，对反应堆内所有黑棒控制棒组件信息进行跟踪统计并及时更新；

步骤3：制定换料大修相关组件倒换方案；

根据黑棒控制棒组件入堆台账，在满足所有黑棒控制棒组件作为温度调节棒的累计循环数不超过最大循环数的限制条件下，制定相关组件倒换方案。

步骤1中，限制黑棒控制棒组件累计使用的循环数不超过最大循环数N，N由下述公式计算得出：

式中:

N是黑棒控制棒组件作为温度调节棒的最大循环数；

t是黑棒控制棒组件的设计寿命，单位年；

T是平均换料周期，单位年；

N

N

黑棒控制棒组件在设计寿命内作为温度调节棒的N个循环，可以是连续或者间断的，且不限制相邻两次作为温度调节棒的间隔时间。

步骤2中，每次换料大修后对台账进行更新，补充新循环所有黑棒控制棒组件的堆芯位置，更新每组黑棒控制棒组件作为温度调节棒的累计循环数和总堆年数。

步骤3中，按照更换相关组件抓具次数最少、相关组件倒换步骤最少、相关组件移动距离最短的原则制定相关组件倒换方案。

还包括步骤4：开展黑棒控制棒组件肿胀在役检查；

在黑棒控制棒组件设计寿命内开展在役检查，将检查结果补充至黑棒控制棒组件入堆台账，并根据检查结果制定后续循环的使用计划。

步骤4中，在役检查关注从下端塞焊缝以上400mm区域的棒直径实测值。

步骤4中，优先检查作为温度调节棒的累计循环数达到N的黑棒控制棒组件和后续循环计划做温度调节棒的黑棒控制棒组件。

步骤4中，后续作为温度调节棒的黑棒控制棒组件不允许出现肿胀，棒直径不能超过初始直径9.7mm；后续作为停堆棒和功率补偿棒的黑棒控制棒组件允许出现轻微肿胀，棒直径不能超过9.88mm。

本发明的显著效果在于：

(1)采用本发明方法，相对不换棒策略，温度调节棒不容易发生肿胀，卡棒风险低，固定作为温度调节棒的黑棒控制棒组件的使用寿命得以延长。

(2)采用本发明方法，相对普通换棒策略，可避免个别黑棒控制棒组件受到过大的累计中子注量照射，能够将黑棒控制棒组件肿胀的几率降至最低。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

由于黑棒控制棒组件的肿胀与所受到的中子注量密切相关，降低黑棒控制棒组件的累计中子注量照射，可以减少黑棒控制棒组件的肿胀几率。当黑棒控制棒组件受到的累计中子注量足够低时，银-铟-镉吸收体的体积增加尚不足以接触、挤压控制棒包壳时，黑棒控制棒组件不会发生肿胀。

一种黑棒控制棒组件使用优化方法，通过“平均法”对黑棒控制棒组件作为温度调节棒的最大循环数进行限制，由堆内所有黑棒控制棒组件轮流作为温度调节棒，尽可能平摊温度调节棒所受到的累计中子注量照射，将单组黑棒控制棒组件受到的累计中子注量照射最小化。

方法包括以下步骤：

步骤1：制定黑棒控制棒组件使用策略

在反应堆内每组黑棒控制棒组件均可以作为停堆棒(S棒组)、功率补偿棒(G棒组)和温度调节棒(R棒组)使用，且在不同循环其可以作为不同类型的功能棒，布置在堆芯不同位置。

黑棒控制棒组件在设计寿命内可以一直作为停堆棒和功率补偿棒使用，不限制其累计使用的循环数；但不能一直作为温度调节棒使用，限制其累计使用的循环数不超过最大循环数N，N由下述公式计算得出：

式中:

N是黑棒控制棒组件作为温度调节棒的最大循环数；

t是黑棒控制棒组件的设计寿命，单位年；

T是平均换料周期，单位年；

N

N

黑棒控制棒组件在设计寿命内作为温度调节棒的N个循环可以是连续或者间断的，不限制相邻两次作为温度调节棒的间隔时间；

步骤2：建立黑棒控制棒组件入堆台账

新机组首循环装料后建立黑棒控制棒组件入堆台账，对反应堆内所有黑棒控制棒组件信息进行跟踪统计，包括控制棒组件标识号、换料循环次数及相应的堆芯位置、在役检查结果等；

每次换料大修后对台账进行更新，补充新循环所有黑棒控制棒组件的堆芯位置，更新每组黑棒控制棒组件作为温度调节棒的累计循环数和总堆年数；如果该次换料大修开展了控制棒在役检查，则补充受检黑棒控制棒组件的肿胀检查结果；

步骤3：制定换料大修相关组件倒换方案

根据黑棒控制棒组件入堆台账，在满足所有黑棒控制棒组件作为温度调节棒的累计循环数不超过N的限制条件下，按照更换相关组件抓具次数最少、相关组件倒换步骤最少、相关组件移动距离最短等三个原则制定相关组件倒换方案；

当反应堆内存在黑棒控制棒组件作为温度调节棒的累计循环数达到N时，在后续循环入堆时这些黑棒控制棒组件将被调整到非温度调节棒的堆芯位置上；

步骤4：开展黑棒控制棒组件肿胀在役检查

在黑棒控制棒组件设计寿命内开展2-3次在役检查，关注从下端塞焊缝以上400mm区域的棒直径实测值；

优先检查作为温度调节棒的累计循环数达到N的黑棒控制棒组件和后续循环计划做温度调节棒的黑棒控制棒组件；

根据黑棒控制棒组件的检查结果，制定后续循环的使用计划：后续作为温度调节棒的黑棒控制棒组件不允许出现肿胀，棒直径不能超过初始直径9.7mm；后续作为停堆棒和功率补偿棒的黑棒控制棒组件允许出现轻微肿胀，棒直径不能超过9.88mm。

以福清核电M310/华龙一号机组为例，t＝15，N

根据反应堆黑棒控制棒组件的设计寿命、平均换料周期、堆内温度调节棒的数量、堆内黑棒控制棒组件的数量，通过公式(1)计算得出黑棒控制棒组件可以作为温度调节棒的最大循环数，其中：

年换料T＝1时，

18个月换料T＝1.5时，

年换料情况下，倒换黑棒控制棒组件作为温度调节棒的循环数不超过3次；18个月换料情况下，倒换黑棒控制棒组件作为温度调节棒的循环数不超过2次。

试验性应用本发明方法后，对福清核电1号机组2组黑棒控制棒组件(3个循环共3.5堆年作为温度调节棒)、6组黑棒控制棒组件(2个循环作为温度调节棒，其中4组2.5堆年、2组2堆年)进行在役检查时，均未发现肿胀现象。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。