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福清CNP1000压水堆第一机组堆芯物理计算
2020-02-13   审核人:

需求背景

在现阶段商用压水堆的运行过程中,需要利用到压水堆堆芯燃料管理软件在换料设计计算、循环跟踪计算等重要功能,一方面需要燃料管理软件为换料设计提供详细的堆芯运行数据和寿期末堆芯组件燃耗数据,另一方面根据试验数据和堆芯运行实测数据与理论计算结果的比较,验证程序计算方法的准确性,并检验测量数据处理的正确性。而燃料管理软件在解决实际工程问题时,会面临诸多挑战,例如反应堆内材料种类复杂问题、建模输入复杂问题、计算精度问题等。Bamboo-C软件作为一款以工业应用为导向的压水堆堆芯燃料管理软件,现将其应用与福清CNP1000压水堆第一机组堆芯物理计算这一实际工程问题中,在验证计算软件准确性的同时,为电站换料设计及运行提供有力支持。

福清核电站位于福建中部沿海福州福清市,工程规模为6台百万千瓦级压水堆核电机组,1至4号机组为二代改进型压水堆CNP1000,5、6号机组为华龙一号。CNP1000是我国在现有压水堆技术上,借鉴国际核电发展新成果,设计建造的“二代加改进型”压水堆堆型。福清CNP1000第一机组第一循环装有157盒17×17排列的燃料组件,按富集度的不同分为三种类型在堆芯内以高泄露布置方案棋盘式排列。第二循环堆芯燃料装载拔出了所有可燃毒物棒,空出的导向管由阻力塞塞住。

解决方案

基于Bamboo-C软件对如下关键堆芯运行参数进行数值模拟:

1. 对福清CNP1000堆芯启动物理试验(C1-C3)、运行历史及运行跟踪测量参数整理(C1-C3);

2. 根据启动物理试验数据进行模拟计算,并与实测对比,包括:临界硼浓度(CBC)、温度系数(ITC、MTC)、硼微分价值(DBC)、控制棒价值(RCCA Worth)等;

3. 根据运行历史进行功率历史跟踪计算,并与实测对比,包括循环硼降曲线、堆芯不同燃耗下组件功率分布等。

堆芯燃料及反射层建模示意图如图1所示,其中最外侧浅蓝色组件为反射层组件,其中深蓝色阴影部分为围板,绿色部分为吊篮。

图1 堆芯燃料及反射层建模示意图

堆芯轴向建模示意图如图2所示,建模过程中考虑将轴向格架按照真实位置描述,以得到更精准的功率分布结果。

图2 堆芯轴向建模示意图

组件内左下2×2径向格架显式建模示意图如图3所示,格架径向显式准确地描述了格架对物理及热工计算的影响,从而得到更精准及计算结果。

图3 组件径向左下2×2示意图(绿色为格架;蓝色为慢化剂;灰色为包壳;红色为气隙;黄色为芯块)

应用结果

1)启动物理试验

福清CNP1000_U1_C1-C3启动物理试验计算结果如表格1所示,所有计算结果均符合工程计算要求(CBC计算误差<±50ppm;MTC计算误差<±3.6pcm/K;控制棒价值计算相对误差<±10%)。

表1 C1-C3启动物理实验计算结果

2)功率历史跟踪

福清CNP1000_U1_C1-C3功率历史跟踪硼降曲线计算误差统计结果如图4所示,98.2%计算结果误差在工程要求以内(±50ppm)。

功率分布计算误差统计图如图5和图6所示,功率水平分为功率>0.9时有99.7%计算结果误差在工程要求之内(±5%),功率水平分为功率<0.9时有99.7%计算结果误差在工程要求之内(±8%)。

图4 C1-C3硼降曲线误差统计图

图5 C1-C3功率大于0.9误差统计图

图6 C1-C3功率小于0.9误差统计图

通过福清CNP1000_U1_C1-C3启动物理试验及功率历史跟踪模拟计算,计算结果与实测结果对比表明:Bamboo-C软件应用于工程实际问题时,计算结果与实测结果符合得很好,温度系数、控制棒价值、硼降曲线等参数的偏差均在工程要求范围内,计算结果可靠。Bmaboo-C软件有能力应用于换料设计及运行跟踪等工程问题,计算得到的反应堆堆芯运行状态和参数对指导反应堆运行具有参考价值。

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