核电厂反应堆小幅功率提升技术实践研究

王菲

摘   要：小幅功率提升凭借其改造周期短、投入成本低的优势，被逐渐应用于核电厂升级改造中，为核电厂发展和经济效益提升创造有利条件。基于此，本文先简单介绍了功率提升技术的发展，然后进一步研究了小幅功率提升技术的应用，以期核电厂能推广使用功率提升技术，提高热功率有效率，为核电厂节约能耗，显著提升发电厂效率。

关键词：核电厂  反应堆  小幅功率提升  技术实践

中图分类号：TM623                               文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2020）06（a）-0112-02

我国核电技术进一步发展，核电厂新建规模以及生产效益显著提高，新建核电厂初始投资金额过大，资本回收周期长，政府部门新建核电厂的同时，更加重视提高核电厂生产效率，使得功率提升技术受到了极大关注。利用小幅功率提升技术，提高核电厂生产效率，以较低成本提高经济收益。

1  小幅功率提升技术的发展

在国外，功率提升技术已经广泛应用于核电厂中。以美国为例，在20世纪70年代中幅功率提升已经应用于生产中。至2000年，大幅以及小幅功率提升技术也逐渐得到应用。近年来美国已有164座反应堆应用了功率提升技术，大幅功率提升技术主要是通过对设备的更换，或者使用关键技术改造重大设备，从而提高功率并延长设备寿命，将功率提高了7%～20%。中幅功率提升技术则通过挖掘机组，改造原本设计中冗余的保守裕度以提高功率，有效将功率提高了2%～7%。小幅功率提升技术则通过给水测量精度的提升，实现功率的提升，最高可提高功率2%。全面考量三种技术，小幅功率提升技术具有更高的实施效率，由于改造成本偏低，小幅功率提升技术具有更高的操作效率，不需资金大量投入，即可提高热功率[1]。根据美国的生产经验可见，使用小幅功率提升技术，有效节约了生产资金300万美元左右。在实际使用中，联合使用小幅功率、中幅或大幅功率提升技术，可达到最高效率，利用有限资源创造更高的收益，提高资源利用率，满足可持续发展战略要求。

2  小幅功率提升技术的实践应用

我国核电正处于蓬勃发展阶段，在核电设计上逐渐积累大量经验，保障了核电建设的安全。在我国核电机组中，在役数量共45台，在建数量共11台，按机组数量估算，发电机总容量能够高达54.8GW，通过小幅功率技术的使用，可将发电机容量提高至55.73GW。提升容量相当于新建一座核电厂，具有显著效益。在核电厂中使用功率提升技术，可有效提高核电厂效益，节约能源，全面提高资源使用率。

2.1 小幅功率提升技术原理

计算反应堆热功率，主要使用热平衡方法，公式如下：

Qcore=Wfw（Hs-Hfw）-Wbd（Hs-Hbd）+Qb

其中Qcore为堆芯热功率，Hs为出口蒸汽比焓，Hfw为入口给水比焓，Hbd为排污水比焓，Qb为热损失。

在公式中，对蒸汽发生器进口位置和出口位置的压力和温度进行测量，以获得蒸汽比焓以及给水比焓，提高测量结果的准确性。测量热功率的误差主要来源于测量给水流量的误差。根据计算分析给水流量测量误差，在功率测量误差中，大约占据83%。只有提高测量给水流量的精度，才能提高测量热功率的精度。在核电厂中，测量给水流量主要使用喷嘴、流量计以及孔板等，流量计的测量原理相对简单，具有较高精度。但实践中常发现测量元件出现结构等问题，造成最终测量功率值较高。在此情况下，核电厂需要在不满功率状态下生产，测量热功率的误差约为2%，为保证反应堆的正常运行，热功率极限值为102%。核电厂使用高精度的测量计进行给水流量的测量，能够显著降低误差值，如使用超声波流量计，能降低误差至0.3%。

2.2 技术要求

在核电厂生产中，想要推广使用小幅功率提升技术，核电厂需要积极使用高精度流量计进行给水流量的测量，同时要注意展开全面的技术分析。尤其关注测量误差以及安全分析，才能保证技术的科学使用。技术分析中要注意对设备完整性、设备使用、技术规格以及系统等多方面进行研究，务必保证设备和技术的适配性。对于测量精度的计算十分关键，计算结果将直接影响功率提高幅度，只有保证计算的精准性，才能将误差控制在合理范围内。另外尤其要关注超声波流量计的安全性，并针对流量计使用制定校准标准、维修规程以及故障处理方法等。

核电厂最终要提供安全分析报告，对安全事故展开梳理和分析，确定提高功率对重要技术设备不会产生过大影响，主要针对电气设备展開技术分析，包括断电设备、柴油发电机、电网。要着重分析的系统包括主蒸汽系统、冷却水系统、蒸汽排放系统、通风系统、燃料贮存池等系统，从而保障核电厂生产安全，规避安全事故。核电厂经过对系统和设备的全面评估后形成最终报告，提交给国家核安全局进行审核。经过国家核安全局审核后，才能将小幅功率提升技术投入生产使用。

2.3 制定标准文件

目前我国针对小幅功率提升技术的应用标准尚不存在指导文件，需要积极完善指导文件作为技术应用的顶层设计，为技术研发以及合理应用提供文件支持。在我国核电堆型较多，存在一定的技术差异，体现在二代技术和三代技术之间的差异、能动技术和非能动技术的差异上。制定标准文件需要充分了解主流堆型的运行特征，全面考虑不同核电厂之间的差距，才能制定统一的指导文件。在我国相关法律法规基础上，参考我国实际国情，制定指导性文件才能对小幅功率提升技术的应用提供支持作用。

2.4 安装高精度流量计

在国际上核电厂使用的流量计多为高精度流量计，利用超声波技术提高流量精度，可有效减少二回路热功率不精准测量的问题，达到小幅功率的提高目的。目前国内使用的超声波流量计，温度参数并不能满足国际要求，还需要进一步开发精度更高的超声波流量计。我国部分核电厂已经使用Ap1000给水流量测量系统，具备精度更高的超声波流量计，为小幅功率提升技术提供了应用条件，以此核电厂为试点展开应用实践，为其他核电厂提供参考。

开发推广精度更高的超声波流量计后，要注意对流量计的校准，影响测量精度主要包括压力、温度、管道尺寸、传感器等因素。将超声波流量计放在实验室中，调整不同工况参数，使用流量计测量，从而获得测量的影响因素，有助于加强环境设计，保证流量计的测量精度[2]。经过实验室对流量计的校准后，在流量计的实际应用中设定和实验室一致的参数，若参数存在差异，需要对差异参数进行集中调整，保证测量精度。在流量计使用期间，核电厂要定期对流量计进行校准和维护。

2.5 安全性分析

提高核电厂运行功率，对运行安全性的分析至关重要，要以满功率值为条件进行安全分析。安全分析由核电厂完成，并提交给国家核安全局安全分析报告。国家核安全局负责对安全报告進行评审，经过评审后可分发许可证，允许其应用。在安全分析中，需要考虑到提高功率对运行参数的影响，分析变化运行参数后造成的应力变化以及冲刷腐蚀。核电厂还要注意对运行技术规格的评估，对生产流程进行全面修改，并制作安全分析报告提交给国家核安全局，经过审查后才能得到生产应用。通过完善的安全分析，可最大程度上规避安全事故，提高核电厂生产的安全性，也保障了核电厂运行的必要条件。

3  结语

综上所述，核电厂生产项目也是我国能源战略发展的重要构成，提高核电厂功率，有助于优化核电机组设计。从我国当前核电现状出发，不断完善功率提升的标准文件，鼓励并支持精度更高的超声波流量计研发和推广使用，监督核电厂全面展开功率提高的安全性评估，利用技术升级提升发电机容量，进而提升发电厂效率。

参考文献

[1] 李尚科.核电厂反应堆功率运行工况下安全壳隔离阀泄漏对安全壳密封性影响的评价方法研究[J].科技创新与应用，2019（15）：125-127.

[2] 刘臻，高永恒.秦山第二核电厂反应堆功率系数应用分析[J].中国核电，2019，12（3）：305-308.

[3] 虞晓欢，杜娟，邵雪娇，等.主曲线方法在核电厂压力容器老化延寿中的应用[J].核动力工程，2020，41（2）：45-48.