安 娜

（海南核電有限公司 ?？冢?/p>

一、前言

反應(yīng)堆首次臨界是海南昌江核電廠一個(gè)重大節(jié)點(diǎn)。由于電廠是新建電廠，多數(shù)物理人員對(duì)首次臨界試驗(yàn)僅具備理論知識(shí)，而缺乏實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)。由于公司培訓(xùn)處模擬機(jī)已投入使用，經(jīng)協(xié)商最終確定物理人員從6月10日至13日在模擬機(jī)上演練首次臨界試驗(yàn)全過(guò)程，以發(fā)現(xiàn)并解決可能出現(xiàn)的各種問(wèn)題。由于海南昌江核電機(jī)組與秦山二期擴(kuò)建機(jī)組堆芯相近，所以本次使用秦山二期4號(hào)機(jī)組的設(shè)計(jì)報(bào)告及試驗(yàn)規(guī)程來(lái)試驗(yàn)?？紤]人員數(shù)量和試驗(yàn)時(shí)間等實(shí)際情況，分別在模擬機(jī)上進(jìn)行3次獨(dú)立的達(dá)臨界過(guò)程，并保證3次數(shù)據(jù)不關(guān)聯(lián)。

二、演練實(shí)施

按照實(shí)施流程，在完成工前會(huì)、人員分配、堆芯狀態(tài)檢查、保護(hù)參數(shù)設(shè)置等工作后開始進(jìn)行試驗(yàn)。3次試驗(yàn)堆芯起始狀態(tài)均為一回路硼濃度 CB=1500×10-6，D 棒棒位 D=100 step，S、C、B、A棒位：S=C=B=A=225 step。

1.達(dá)臨界

（1）第一次臨界。臨界前期工作按規(guī)程實(shí)施，見(jiàn)表1。本次臨界按照4號(hào)機(jī)組理論數(shù)據(jù)臨界，預(yù)計(jì)理論臨界硼濃度CB=1288×10-6，臨界棒位 D=150 step。從初始狀態(tài) CB=1500×10-6，D=100 step開始稀釋逼近臨界，稀釋過(guò)程觀察外推臨界表格1a中的1/M值和△CB值。以下兩個(gè)條件有一個(gè)達(dá)到時(shí)，應(yīng)立即停止任何稀釋動(dòng)作：①當(dāng)1/M≈0.08時(shí)；②前硼濃度距離預(yù)計(jì)臨界棒位的外推臨界硼濃度還有30×10-6時(shí)。

在外推臨界表格1b中的1/M為0.088時(shí)停止稀釋，堆芯穩(wěn)定后開始提升D棒組逼近臨界。提D棒組時(shí)主要觀察RPN源量程和中間量程的倍增周期，當(dāng)觀測(cè)到倍增周期穩(wěn)定在某一段數(shù)據(jù)內(nèi)變化（如120～160 s，或180～240 s等），則反應(yīng)堆已達(dá)到超臨界。到達(dá)超臨界時(shí)：D=177 step，穩(wěn)定的倍增周期T=192 s，根據(jù)啟動(dòng)物理試驗(yàn)理論數(shù)據(jù)報(bào)告給出的倍增周期與反應(yīng)性的關(guān)系曲線和數(shù)據(jù)表，計(jì)算臨界棒位，即倍增周期192 s對(duì)應(yīng)反應(yīng)性27.44 pcm，查設(shè)計(jì)報(bào)告D棒在當(dāng)前狀態(tài)下的價(jià)值，當(dāng)下插5步時(shí)，引入約27.44 pcm的反應(yīng)性，即下插D棒至172 step，臨界棒位D=172 step；堆芯到達(dá)臨界。

（2）第二次臨界。通過(guò)第一次臨界發(fā)現(xiàn)4號(hào)機(jī)理論數(shù)據(jù)不可信，且模擬機(jī)給出的堆芯狀態(tài)存在不確定因素。第二次臨界重新調(diào)整了模擬機(jī)狀態(tài)，同時(shí)依照1/M外推法并參考模擬機(jī)自帶的反應(yīng)性儀對(duì)堆芯盲開，最終得到對(duì)應(yīng)堆芯特性的臨界硼濃度值。試驗(yàn)流程與第一次臨界相同，此處不再贅述。

表1 第一次臨界狀態(tài)點(diǎn)

試驗(yàn)初始狀態(tài)：D=100 s，CB=1500×10-6。

稀釋結(jié)束時(shí)，D=100 s，CB=1196×10-6。

到達(dá)超臨界時(shí)：D=152 step，穩(wěn)定的倍增周期T=240 s。

根據(jù)啟動(dòng)物理試驗(yàn)理論數(shù)據(jù)報(bào)告給出的倍增周期與反應(yīng)性的關(guān)系曲線和數(shù)據(jù)表計(jì)算臨界棒位，當(dāng)倍增周期240 s對(duì)應(yīng)下插D棒步數(shù)為6步，下插D棒至146 step堆芯到達(dá)臨界狀態(tài)。臨界硼濃度=1196×10-6，臨界棒位 D=146 step。

（3）第三次臨界。此次臨界目的是驗(yàn)證第二次臨界的數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確反應(yīng)了堆芯狀態(tài)?？紤]臨界后的零功率性能試驗(yàn)需要測(cè)量D棒組上末端價(jià)值，而此數(shù)據(jù)要求＜50 pcm，為節(jié)約時(shí)間省略硼化提棒過(guò)程，同時(shí)觀察設(shè)計(jì)報(bào)告偏離真實(shí)值的情況，在第二次臨界數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，將預(yù)計(jì)臨界棒位調(diào)整為197 step，此棒位對(duì)應(yīng)的理論積分價(jià)值=16.91 pcm，＜30 pcm，符合要求。從146 step到197 step的反應(yīng)性差值△ρ≈144 pcm，此時(shí)的硼微分價(jià)值約為10 pcm/（1×10-6），折算此時(shí)對(duì)應(yīng)的臨界硼濃度CB=1196+144/10=1210.4×10-6，所以將第三次預(yù)計(jì)臨界硼濃度假定為1210，D=197 step。

初始狀態(tài)：CB=1500×10-6，D=100 step。

試驗(yàn)中，在稀釋到1209×10-6時(shí)，外推臨界硼濃度為1166×10-6，見(jiàn)表 2，即相差 43×10-6約 430 pcm，假設(shè)此時(shí)停止稀釋，需要用提升控制棒抵消430 pcm的反應(yīng)性，而此時(shí)參考設(shè)計(jì)報(bào)告，棒位從100 step到堆頂僅有435.91 pcm，分析認(rèn)為設(shè)計(jì)報(bào)告不完全適用于堆芯，有可能控制棒完全提出還無(wú)法臨界，再重新插棒進(jìn)行稀釋浪費(fèi)時(shí)間，且430 pcm留有的余量足夠大，稍作稀釋不會(huì)稀釋達(dá)臨界。雖然繼續(xù)稀釋會(huì)使達(dá)臨界棒位變低，但基于以上原因考慮，保守決策，決定繼續(xù)稀釋。稀釋結(jié)束時(shí)CB=1196×10-6，開始提棒達(dá)臨界，超臨界時(shí)：D=148 step，穩(wěn)定的倍增周期=280 s，根據(jù)啟動(dòng)物理試驗(yàn)理論數(shù)據(jù)報(bào)告給出的倍增周期與反應(yīng)性的關(guān)系曲線和數(shù)據(jù)表，計(jì)算臨界棒位：倍增周期280 s對(duì)應(yīng)反應(yīng)性19.27 pcm，臨界棒位D=144 step；下插D棒至144 step，堆芯達(dá)臨界。最終臨界點(diǎn)臨界硼濃度=1196×10-6，臨界棒位D=144 step，與第二次臨界點(diǎn)非常接近。

表2 臨界狀態(tài)點(diǎn)情況分析表

2.堆外探測(cè)器的線性與重疊及零功率物理試驗(yàn)范圍確定

在第三次達(dá)臨界之后，進(jìn)行了源量程與中間量程、中間量程與功率量程的重疊與線性測(cè)量。通過(guò)引入不少于80 s的倍增周期，使中子通量呈指數(shù)上漲，此時(shí)配合教控機(jī)上模擬顯示的通量、溫度和反應(yīng)性曲線觀測(cè)多普勒點(diǎn)的出現(xiàn)。

當(dāng)核加熱現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)，中間量程電流值：7.558×10-8A；零功率物理試驗(yàn)的上限閾值為：Idoppler=7.558×10-8A，零功率物理試驗(yàn)期間，中子通量不允許超越該水平。因此，實(shí)際零功率物理試驗(yàn)上限控制在Idoppler/5=1.51×10-8A的水平上（推薦），以保留足夠裕量。需要說(shuō)明的是，模擬機(jī)無(wú)法給出RPN功率量程六節(jié)電離室的電流和信號(hào)，所以試驗(yàn)中選取的以上信號(hào)為中間量程電流信號(hào)。

三、演練過(guò)程和結(jié)果的評(píng)價(jià)

1.堆芯狀態(tài)差異

堆芯燃料組件的富集度、不同富集度組件的數(shù)量、組件位置、燃耗和方位等是影響首次臨界理論數(shù)據(jù)的關(guān)鍵因素。模擬機(jī)模擬的堆芯狀態(tài)不是依照秦山二期四號(hào)機(jī)組的初始狀態(tài)模擬的，其給出的初始狀態(tài)包含有150 MWD/tU燃耗且無(wú)法消除，以致堆芯和報(bào)告不匹配，所以第一次臨界完全參照二期的設(shè)計(jì)報(bào)告來(lái)實(shí)施是不合適的，后續(xù)再用臨界結(jié)果驗(yàn)證設(shè)計(jì)報(bào)告更無(wú)意義。

此外，第一次達(dá)臨界操作前，教員將模擬機(jī)從某一堆芯狀態(tài)調(diào)整至臨界硼濃度CB=1288×10-6，臨界棒位D=150 step。與實(shí)際臨界硼濃度CB=861×10-6，臨界棒位D=172 step偏差十分嚴(yán)重。分析認(rèn)為：教員只是單純地將模擬機(jī)數(shù)據(jù)調(diào)整至臨界硼濃度CB=1288×10-6，臨界棒位D=150 step，而機(jī)組實(shí)際臨界硼濃度和臨界棒位仍為模擬機(jī)前一個(gè)狀態(tài)下的臨界硼濃度和臨界棒位。為此，重新對(duì)模擬機(jī)狀態(tài)進(jìn)行了設(shè)置。在第二次、第三次臨界過(guò)程中，將秦山二期擴(kuò)建四號(hào)機(jī)組的設(shè)計(jì)報(bào)告僅作參考，重點(diǎn)關(guān)注1/M外推臨界硼濃度，同時(shí)參考模擬機(jī)自帶的反應(yīng)性儀示數(shù)，最終順利臨界。

2.數(shù)據(jù)信號(hào)處理差異

由于模擬機(jī)沒(méi)有提供端口連接反應(yīng)性儀、四筆記錄儀、八筆記錄儀等物理試驗(yàn)設(shè)備，試驗(yàn)過(guò)程觀察數(shù)據(jù)需要將所需數(shù)據(jù)由模擬機(jī)給出并組態(tài)并分屏顯示，組態(tài)數(shù)據(jù)包括：1號(hào)源量程計(jì)數(shù)率及其倍增周期、2號(hào)源量程計(jì)數(shù)率及其倍增周期、1號(hào)中間量程電流及其倍增周期、2號(hào)中間量程電流及其倍增周期、冷卻劑平均溫度、D棒棒位，同時(shí)還需要分屏顯示出控制棒位置圖、RPN源量程、中間量程圖及功率量程圖，還有REA系統(tǒng)圖用于顯示一回路、穩(wěn)壓器等系統(tǒng)的硼濃度等。以上數(shù)據(jù)還需要模擬機(jī)教員手動(dòng)儲(chǔ)存，否則試驗(yàn)后無(wú)法獲取數(shù)據(jù)用來(lái)處理。

在實(shí)際反應(yīng)堆試驗(yàn)中，也需用KIC系統(tǒng)組態(tài)以上所列部分?jǐn)?shù)據(jù)，但KIC系統(tǒng)可自動(dòng)存儲(chǔ)機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)。且四筆記錄儀和八筆記錄儀也會(huì)將接入的反應(yīng)性、通量、溫度、D棒組棒位等信號(hào)數(shù)據(jù)全部自動(dòng)記錄下來(lái)，便于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理使用。

3.硼濃度顯示差異

在模擬機(jī)上進(jìn)行稀釋操作時(shí)，觀察發(fā)現(xiàn)某時(shí)刻一回路硼濃度讀數(shù)是1197×10-6，穩(wěn)壓器硼濃度讀數(shù)1210×10-6；等待一回路攪渾均勻30 min后，一回路硼濃度讀數(shù)是1197×10-6，穩(wěn)壓器硼濃度讀數(shù)1206×10-6。在等待均勻的過(guò)程中，均勻前后一回路硼濃度讀數(shù)基本沒(méi)有變化，穩(wěn)壓器硼濃度降低并向一回路硼濃度靠近。咨詢后得知，模擬機(jī)實(shí)時(shí)反饋的一回路硼濃度為堆芯攪渾均勻后的硼濃度。而在實(shí)際堆芯中，硼表讀數(shù)與實(shí)際硼濃度存在偏差，一回路硼濃度多采用化學(xué)分析值?；瘜W(xué)分析有滯后性，在等待均勻過(guò)程中一回路硼濃度和穩(wěn)壓器硼濃度都有明顯可見(jiàn)的變化。

4.試驗(yàn)項(xiàng)目差異

首次臨界試驗(yàn)中，需要對(duì)物理反應(yīng)性儀進(jìn)行校核，確定其測(cè)量誤差應(yīng)＜4%。而模擬機(jī)上無(wú)法連接物理反應(yīng)性儀。后得知模擬機(jī)自帶反應(yīng)性儀能實(shí)時(shí)提供堆芯真實(shí)反應(yīng)性，可以利用這個(gè)特性來(lái)校核模擬機(jī)自帶的反應(yīng)性儀測(cè)量誤差。實(shí)施方法與校核物理反應(yīng)性儀相同，只是此種方法不能檢驗(yàn)物理人員使用物理反應(yīng)性儀的操作水平，受時(shí)間限值，在此次模擬機(jī)演練中沒(méi)有實(shí)施校核反應(yīng)性儀試驗(yàn)項(xiàng)目。

5.外推差異

在實(shí)際堆芯臨界時(shí)，1/M外推法可參考的數(shù)據(jù)有：根據(jù)一回路測(cè)量硼濃度外推、根據(jù)硼表外推、根據(jù)稀釋水量反推硼濃度外推。實(shí)際堆芯試驗(yàn)中，由于一回路測(cè)量硼濃度為分析硼濃度，分析耗時(shí)，不能用于實(shí)時(shí)外推。而硼表測(cè)量的硼濃度與實(shí)際硼濃度存在偏差，外推不準(zhǔn)確?？紤]到安全性和時(shí)效性，使用已知稀釋水量反推堆芯硼濃度，再用此硼濃度進(jìn)行外推是比較準(zhǔn)確和可行的方法。而在模擬機(jī)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，模擬機(jī)上根據(jù)稀釋水量反推臨界硼濃度總是比一回路實(shí)際硼濃度偏小30～40×10-6，這種情況與實(shí)際堆芯不符。造成這種情況，可能有以下原因：

（1）模擬機(jī)的稀釋算法和模型包括穩(wěn)壓器計(jì)算和模型，與實(shí)際工況不同。

（2）試驗(yàn)過(guò)程中為節(jié)省時(shí)間，采用“快時(shí)因子”選項(xiàng)，類似快進(jìn)功能一樣將試驗(yàn)過(guò)程提高了5倍，而在讀取數(shù)據(jù)時(shí)沒(méi)有取消“快時(shí)因子”。假設(shè)讀取所有數(shù)據(jù)需用時(shí)30 s，而在模擬機(jī)系統(tǒng)里數(shù)據(jù)已經(jīng)變化了150 s。

（3）利用的計(jì)算公式、理論模型和一回路水裝量與模擬機(jī)不同，以及管道殘存量沒(méi)有參與計(jì)算也可能造成誤差。

（4）觸發(fā)了系統(tǒng)動(dòng)作，沒(méi)有注意到改變一回路硼濃度的報(bào)警等。

由于模擬機(jī)上顯示的一回路硼濃度即為模擬攪渾均勻后的堆芯硼濃度，該值較為準(zhǔn)確，在模擬機(jī)上亦能實(shí)時(shí)顯示。基于以上情況，第二、三次臨界過(guò)程，1/M外推依照一回路硼濃度反推臨界硼濃度來(lái)實(shí)施，可滿足試驗(yàn)要求。

四、結(jié)論

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)觀測(cè)到的差異性情況進(jìn)行分析可知，雖然模擬機(jī)演練反應(yīng)堆首次臨界與真實(shí)堆芯的臨界存在較大差異，但均可通過(guò)相應(yīng)手段來(lái)減小或祛除這些差異造成的影響，通過(guò)這些手段，模擬機(jī)演練首次臨界試驗(yàn)完全可行。在今后的工作應(yīng)注意：一是考慮將其他物理試驗(yàn)用模擬機(jī)演練，并以此輔助物理人員進(jìn)行試驗(yàn)培訓(xùn)和授權(quán)工作；二是考慮對(duì)模擬機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，以使其模擬出更符合實(shí)際堆芯的狀態(tài)。這對(duì)公司和個(gè)人都具有非常大的意義。