堆芯測(cè)量裝置

堆芯測(cè)量裝置中子通量測(cè)量

中子通量用微型移動(dòng)式探測(cè)器測(cè)量。通過一個(gè)驅(qū)動(dòng)和選擇系統(tǒng)，將探測(cè)器從反應(yīng)堆壓力容器底部插入堆芯，驅(qū)動(dòng)和選擇系統(tǒng)同時(shí)將4個(gè)通量探測(cè)器送入38根指套管中的4根。

反應(yīng)堆正常運(yùn)行期間，指套管固定在它們的導(dǎo)向管里，導(dǎo)向管焊接在壓力容器底封頭貫穿件上，并貫穿二次澆灌混凝土生物屏蔽構(gòu)筑物，延伸到堆芯儀表間里的密封段。換料期間，指套管從給定的堆芯高度抽出到堆芯底部，以避免干擾燃料組件吊裝。

系統(tǒng)的電氣設(shè)備由機(jī)電控制系統(tǒng)、分配柜和讀出控制柜組成。

機(jī)電控制系統(tǒng)用于把中子通量探測(cè)器插入堆芯，它分為4個(gè)通道，每個(gè)通道連接1支探測(cè)器。每個(gè)通道由1個(gè)驅(qū)動(dòng)單元、1個(gè)組選擇器、1個(gè)帶路組選擇器的路選擇器、10個(gè)電動(dòng)隔離閥(第四通道為8個(gè))組成。

分配柜位于反應(yīng)堆廠房環(huán)廊。它構(gòu)成堆芯儀表間內(nèi)機(jī)電設(shè)備與電氣廠房?jī)?nèi)讀出控制柜之間的接口。分配柜的主要功能是：

①為機(jī)電設(shè)備供電，并提供機(jī)電設(shè)備與電氣廠房?jī)?nèi)讀出控制柜的接口；

②翻譯和處理讀出控制柜的信號(hào)；

③采集來自機(jī)電設(shè)備(如驅(qū)動(dòng)單元、自動(dòng)隔離閥、選擇器等)的開關(guān)信號(hào)，并送往讀出控制柜。

分配柜由4套相同的裝置組成，每套裝置專用于1個(gè)儀表通道，并由位于讀出控制柜內(nèi)的1個(gè)通道控制器進(jìn)行控制。

讀出控制柜的主要功能是：

①通過人機(jī)接口觸發(fā)對(duì)機(jī)電控制系統(tǒng)的動(dòng)作指令；

②完成對(duì)探測(cè)器電流信號(hào)的數(shù)據(jù)采集；

③從KIT系統(tǒng)接收溫度、壓力、流量、棒位和堆外核儀表探測(cè)器電流等數(shù)據(jù)，以便與通量圖數(shù)據(jù)相結(jié)合進(jìn)行離線數(shù)據(jù)處理，從而確定三維功率分布和堆外核儀表的校準(zhǔn)系數(shù)等信息；

④完成對(duì)各種信息的顯示。

堆芯測(cè)量裝置溫度測(cè)量

燃料組件出口水溫測(cè)量選用的是1E級(jí)鎧裝鎳鉻-鎳鋁熱電偶，熱電偶有不銹鋼包殼且用氧化鋁絕緣。為了冗余，溫度測(cè)量分為A和B兩個(gè)系列，每個(gè)系列包括15支熱電偶。

熱電偶經(jīng)壓力容器頂蓋管座貫穿到反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)，并延伸到堆內(nèi)構(gòu)件的上堆芯板。在壓力容器內(nèi)，熱電偶沿著導(dǎo)管按規(guī)定的路線走向，導(dǎo)管牢固地固定在上部堆內(nèi)構(gòu)件上。熱電偶的熱接點(diǎn)伸出導(dǎo)管約7~9mm。熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線由一對(duì)鎳鉻-鎳基導(dǎo)線組成。它們沿著電纜橋架上升到安裝在電纜橋上的連接板。從連接板開始，熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線沿著電纜橋架到達(dá)并通過電氣貫穿件，最后沿著安全殼外的電纜橋架到達(dá)堆芯冷卻監(jiān)測(cè)柜的輸入端子上。用于熱電偶冷端補(bǔ)償?shù)?支RTD溫度計(jì)安裝在堆芯冷卻監(jiān)測(cè)機(jī)柜內(nèi)，冷端溫度信號(hào)直接送給機(jī)柜。

堆芯冷卻監(jiān)測(cè)機(jī)柜將熱電偶的電壓值轉(zhuǎn)換為物理值(℃)，并且自動(dòng)完成冷端補(bǔ)償。機(jī)柜同時(shí)將30個(gè)溫度值(15/系列)傳送到集中數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)。堆芯冷卻監(jiān)測(cè)機(jī)柜接收壓力信號(hào)(穩(wěn)壓器和反應(yīng)堆冷卻劑壓力)，并利用它們進(jìn)行飽和溫度計(jì)算。在堆芯冷卻監(jiān)測(cè)機(jī)柜的顯示儀上可以得到所有輸入數(shù)據(jù)、輸出數(shù)據(jù)、整定值、中間計(jì)算結(jié)果和詳細(xì)的報(bào)警信息等。

此外，在安裝于控制室內(nèi)的遠(yuǎn)傳指示儀上連續(xù)地指示最低過冷裕度和最高堆芯溫度，每系列一個(gè)遠(yuǎn)傳指示儀。

堆芯測(cè)量裝置反應(yīng)堆壓力容器水位測(cè)量

反應(yīng)堆壓力容器水位采用差壓法測(cè)量，管線和變送器屬于RCP系統(tǒng)，測(cè)量管線上部與反應(yīng)堆壓力容器排氣管相連，下部與中子通量測(cè)量的密封段相連，每個(gè)系列的水位測(cè)量分為寬、窄兩個(gè)量程。

反應(yīng)堆壓力容器水位測(cè)量的數(shù)據(jù)處理由堆芯冷卻監(jiān)測(cè)機(jī)柜完成。堆芯冷卻監(jiān)測(cè)機(jī)柜接收差壓信號(hào)，并利用一次側(cè)壓力和一次側(cè)溫度計(jì)算出蒸汽密度和水的密度，進(jìn)而計(jì)算出水位。在堆芯冷卻監(jiān)測(cè)機(jī)柜的顯示儀上可以得到所有輸入數(shù)據(jù)、輸出數(shù)據(jù)、整定值、中間計(jì)算結(jié)果和詳細(xì)的報(bào)警信息等。

此外，在安裝于控制室內(nèi)的遠(yuǎn)傳指示儀上以數(shù)字指示窄量程水位、以指針指示寬量程水位，每系列一個(gè)遠(yuǎn)傳指示儀。

堆芯測(cè)量裝置在秦山核電二期工程一號(hào)機(jī)組的調(diào)試和成功投入運(yùn)行，表明其功能完全滿足設(shè)計(jì)要求，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)在反應(yīng)堆啟動(dòng)調(diào)試階段，進(jìn)行了不同功率狀態(tài)下的功率分布測(cè)量試驗(yàn)，以驗(yàn)證堆芯核設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，確保反應(yīng)堆的安全運(yùn)行。試驗(yàn)結(jié)果表明，堆芯中子通量測(cè)量系統(tǒng)的功率分布實(shí)測(cè)值與理論預(yù)計(jì)值符合得非常好，并向堆外核儀表提供了準(zhǔn)確可靠的校準(zhǔn)系數(shù)。

(2)在反應(yīng)堆啟動(dòng)調(diào)試階段，堆芯溫度測(cè)量的一致性很好，與 RCP平均溫度符合得非常好，滿足設(shè)計(jì)要求。

(3)在反應(yīng)堆啟動(dòng)調(diào)試階段，反應(yīng)堆壓力容器水位測(cè)量與理論計(jì)算值基本一致，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

(4)整個(gè)堆芯測(cè)量裝置與電廠其他系統(tǒng)之間的接口完全滿足設(shè)計(jì)要求，保證了各種數(shù)據(jù)安全、可靠地接收與發(fā)送。

堆芯測(cè)量裝置由中子通量測(cè)量、溫度測(cè)量和反應(yīng)堆壓力容器水位測(cè)量子系統(tǒng)組成。溫度測(cè)量系統(tǒng)和水位測(cè)量系統(tǒng)是冗余的，是PAMS系統(tǒng)的一部分，設(shè)備分為A系列和B系列，它們?cè)陔姎馍虾蛯?shí)體上均是隔離的。在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故下，安全殼內(nèi)的系統(tǒng)設(shè)備能完成測(cè)量功能。所有設(shè)備均抗震。

中子通量測(cè)量用于在預(yù)定孔道中沿活性區(qū)高度測(cè)量中子通量，并將通量數(shù)據(jù)與從集中數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(KIT)接收到的電站其它數(shù)據(jù)相結(jié)合，由數(shù)據(jù)處理軟件確定測(cè)得的三維功率分布。正常工況下，溫度測(cè)量系統(tǒng)通過集中數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(KIT)的處理、運(yùn)算，給出堆芯熱電偶溫度的物理值，探測(cè)或校驗(yàn)徑向功率偏移，或者探測(cè)與控制棒組脫離的控制棒束。事故工況下，溫度測(cè)量系統(tǒng)將進(jìn)行連續(xù)的溫度測(cè)量。反應(yīng)堆壓力容器水位測(cè)量的功能是當(dāng)所有反應(yīng)堆冷卻劑泵停止運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)給出反應(yīng)堆壓力容器的精確水位；當(dāng)至少有一臺(tái)反應(yīng)堆冷卻劑泵運(yùn)行時(shí)，指示水位趨勢(shì)。事故工況下，系統(tǒng)將進(jìn)行連續(xù)的水位測(cè)量，以便在事故期間和事故后，讓運(yùn)行人員了解反應(yīng)堆壓力容器水位的變化趨勢(shì)。

堆芯測(cè)量裝置通過串行數(shù)據(jù)線路從集中數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(KIT)下載溫度、壓力、流量、棒位和堆外核儀表探測(cè)器電流等數(shù)據(jù)，以便與通量圖數(shù)據(jù)相結(jié)合進(jìn)行離線數(shù)據(jù)處理，從而確定三維功率分布和堆外核儀表的校準(zhǔn)系數(shù)。系統(tǒng)還能向KIT和控制室報(bào)警系統(tǒng)(KSA)提供實(shí)時(shí)的設(shè)備監(jiān)測(cè)與故障信息。

堆芯測(cè)量裝置國(guó)產(chǎn)化的必要性

長(zhǎng)期以來，我國(guó)百萬千瓦核電站的堆芯測(cè)量裝置供貨被國(guó)外供應(yīng)商壟斷，其運(yùn)營(yíng)維護(hù)也高度依賴國(guó)外供應(yīng)商。大亞灣、嶺澳、紅沿河所使用的設(shè)備是法國(guó)ArevaNP公司的設(shè)備，該供應(yīng)商獨(dú)家壟斷CPR1000項(xiàng)目堆芯測(cè)量裝置的供應(yīng)市場(chǎng)，采購(gòu)過程中表現(xiàn)非常強(qiáng)勢(shì)。

若堆芯測(cè)量裝置不實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，長(zhǎng)期由國(guó)外廠家壟斷，將導(dǎo)致兩個(gè)比較嚴(yán)重的后果：一方面，由于競(jìng)爭(zhēng)不充分，長(zhǎng)期依賴進(jìn)口，導(dǎo)致采購(gòu)成本居高不下；另一方面，國(guó)外供應(yīng)商交貨周期較長(zhǎng)，溝通不便，合同配合遲滯，合同執(zhí)行困難，交貨進(jìn)度控制難度大，給整個(gè)工程建設(shè)進(jìn)度帶來了非常不利的影響。

實(shí)現(xiàn)堆芯測(cè)量裝置自主化已成為工程建設(shè)及成本節(jié)約的必須，不僅符合發(fā)改委關(guān)于重大技術(shù)裝備國(guó)產(chǎn)化的發(fā)展戰(zhàn)略，更有利于掌控核電關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)的資源，主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：

（1）降低采購(gòu)成本以寧德3&4號(hào)機(jī)組為例，在保證質(zhì)量和進(jìn)度的前提下，新增的國(guó)產(chǎn)化設(shè)備與最近采購(gòu)的紅沿河3&4號(hào)機(jī)組相應(yīng)合同價(jià)相比，寧德3&4號(hào)機(jī)組價(jià)格降低8.45%節(jié)約了采購(gòu)成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

（2）增強(qiáng)對(duì)供貨進(jìn)度和設(shè)備質(zhì)量的控制力通過國(guó)內(nèi)分包、國(guó)內(nèi)總包的方式，在國(guó)產(chǎn)化過程中發(fā)掘并培養(yǎng)了一批具備良好供貨能力的分包商。通過生產(chǎn)堆芯測(cè)量裝置的部件，可以逐步培養(yǎng)其制造能力及產(chǎn)品質(zhì)量保證體系，逐步成熟，成為國(guó)產(chǎn)化的中堅(jiān)力量，為系統(tǒng)的全國(guó)產(chǎn)化奠定基礎(chǔ)。

（3）強(qiáng)化服務(wù)質(zhì)量和響應(yīng)速度

設(shè)備國(guó)產(chǎn)化后，系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)將由國(guó)內(nèi)企業(yè)承擔(dān)，不僅服務(wù)響應(yīng)更加及時(shí)，而且服務(wù)費(fèi)用會(huì)得到極大降低，能更全面的滿足工程建設(shè)需要。

（4）建立備品備件庫(kù)

產(chǎn)品自主化生產(chǎn)，能更好保障機(jī)組40年運(yùn)行所需的備品備件。不僅涉及在建電廠的使用，同時(shí)還涉及在役核電廠系統(tǒng)維護(hù)、備品備件更換等業(yè)務(wù)，為國(guó)內(nèi)電站提供價(jià)格合理、優(yōu)質(zhì)的備品備件服務(wù)，免去了對(duì)國(guó)外供貨備品備件價(jià)格逐年上漲的顧慮。

堆芯測(cè)量裝置國(guó)產(chǎn)化的難點(diǎn)

1、供應(yīng)商管理

由于堆芯測(cè)量裝置包含的設(shè)備種類多，涵蓋學(xué)科多，所采購(gòu)和分包的產(chǎn)品種類繁多，大到有核安全級(jí)支架、管道、閥門，小到標(biāo)準(zhǔn)電器件、螺釘螺母，涉及的供應(yīng)商數(shù)量較大，但由于核電項(xiàng)目的特點(diǎn)，采購(gòu)量的限制，與供應(yīng)商的合作關(guān)系就不單純是一個(gè)挑選過程。如何選擇評(píng)價(jià)供應(yīng)商，與供應(yīng)商建立戰(zhàn)略伙伴合作關(guān)系，并對(duì)供應(yīng)商進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)督是國(guó)產(chǎn)化的難點(diǎn)之一。

2、集成測(cè)試

測(cè)試平臺(tái)的建立包括基礎(chǔ)建設(shè)、測(cè)試專用工具及設(shè)備的開發(fā)、功能實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法的研究，也是產(chǎn)化難點(diǎn)之一。通過建立一體化管理體系，對(duì)供應(yīng)商管理和集成測(cè)試過程進(jìn)行了全面梳理，分別建立供應(yīng)商管理控制程序、供應(yīng)商質(zhì)量管理體系要求、供應(yīng)質(zhì)量監(jiān)督控制程序、集成自試驗(yàn)控制程序等程序和細(xì)則，對(duì)后續(xù)工作的有序開展奠定了制度基礎(chǔ)。

堆芯是反應(yīng)堆的心臟，裝在壓力容器中間。它是燃料組件構(gòu)成的。正如鍋爐燒的煤塊一樣，燃料芯塊是核電站“原子鍋爐”燃燒的基本單元。這種芯塊是由二氧化鈾燒結(jié)而成的，含有2～4%的鈾－235，呈小圓柱形，直徑為9.3毫米。把這種芯塊裝在兩端密封的鋯合金包殼管中，成為一根長(zhǎng)約4米、直徑約10毫米的燃料元件棒。把200多根燃料棒按正方形排列，用定位格架固定，組成燃料組件。每個(gè)堆芯一般由121個(gè)到193個(gè)組件組成。這樣，一座壓水堆所需燃料棒幾萬根，二氧化鈾芯塊1千多萬塊堆芯。此外，這種反應(yīng)堆的堆芯還有控制棒和含硼的冷卻水（冷卻劑）。控制棒用銀銦鎘材料制成，外面套有不銹鋼包殼，可以吸收反應(yīng)堆中的中子，它的粗細(xì)與燃料棒差不多。