核電站用堆芯儀表套管組件的製作方法

2023-11-02 04:12:22

本發明涉及一種堆芯核測儀表，尤其涉及一種集成熱電偶及自給能中子探測器的核測儀表，適用於核電站反應堆堆芯出口溫度測量及堆芯中子注量率測量。

背景技術：

核電站正常運行過程中，反應堆堆芯內部高溫、高壓、高腐蝕及強輻射。當反應堆運行功率在額定功率的25％以上時，需要利用堆芯內部的監測系統連續監測當前的反應堆安全裕量，並相應地控制反應性。對於事故後監測堆芯出口溫度的欠冷度，需要測量堆芯出口的液體溫度。堆芯儀表套管組件壽命要求長達20年。為減少反應堆內部核測儀表的接口，降低複雜性進而提高可靠性，堆芯儀表套管組件內集成了熱電偶及自給能中子探測器。

主要用於測量反應堆堆芯中子的軸向和徑向分布，監測堆芯功率畸變，積累燃耗數據，是核電站安全可靠的啟動、運行的重要測量手段。

用於核電站的SPND的主要功能是：

①連續測量和監測堆芯活性區中子注量的分布和變化，展平中子注量，為實現功率密度的最佳分布提供依據。

②積累燃料組件的燃耗深度數據，指導合理換料。

③參與反應堆保護，即參與PP2(2類預保護，禁止提棒)，PP1(1類預保護，快速降功率)和EP(事故停堆)。

④可作為計算燃料元件線功率和泡核沸騰比DNBR的依據之一。

自給能探測器是一種在射線作用下通過自身吸收中子後的核衰變產生輸出電流的固體探測器。它具有結構簡單、體積小、重量輕、耐腐蝕、耐高溫高壓、測量範圍寬、不需附加電源、抗幹擾能力強、運行成本低等優點

堆芯溫度測量系統用於監測在正常工況和事故工況下堆芯燃料組件出口溫度，以確定堆芯冷卻的充分程度，該系統是保證核電站安全運行的重要監測手段之一，也是事故後監測系統(PAMS)的一部分，因此採用了冗餘設計

我國核電大力發展，規模不斷擴大，對於堆芯儀表套管組件的需求與日俱增，並要求提高核測儀表國產化率。堆芯儀表套管組件技術難度高，較為新穎。

核電站反應堆堆芯換料周期在12個月到18個月之間，在此期間反應堆連續不間斷運行，如堆芯儀表套管破損，造成冷卻劑喪失事故，核輻射物質洩漏汙染會嚴重影響核電站運行安全和內部及周圍人員安全。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是：提供一種集成熱電偶與自給能中子探測器的堆芯核測儀表，以解決現有的堆芯核測儀表接口分散、壽命較短的問題。

為解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案是：一種核電站用堆芯儀表套管組件，包括鎧裝熱電偶、集管、中子探測器，至少一支鎧裝熱電偶和多支中子探測器通過集管釺焊固定在一起，所述中子探測器為自給能中子探測器，由發射體、收集體、絕緣體及電纜組成，多支中子探測器中最長一支中子探測器長度對應整個反應堆堆芯高度，其餘中子探測器長度以最長中子探測器長度按等間距遞減或者中子探測器長度相同，沿軸向等距分布。

所述集管一端通過集管上連接管與柔性金屬導管焊接連接，集管另一端通過接頭與外殼焊接連接，柔性金屬導管通過連接管與後殼焊接連接，後殼與電氣連接器焊接連接，後殼上擰有防塵罩，鎧裝熱電偶和中子探測器引線與電氣連接器端子焊接連接，外殼前端與子彈頭端塞焊接連接，子彈頭端塞在外殼充氦氣後焊接封頭。

所述核電站用堆芯儀表套管組件具有多支鎧裝熱電偶和至少一支液位監測熱電偶，所述液位監測熱電偶與鎧裝熱電偶釺焊固定在一起，多支熱電偶用於監測燃料組件入口冷卻劑溫度測點、燃料組件燃料元件出口局部區域溫度測點、燃料組件TBC出口溫度測點，以及反應堆頂蓋下溫度測點；所述液位監測熱電偶由帶電加熱器TPIU和不帶電加熱器的熱電偶TP組合而成，用於監測壓力容器內冷卻劑液位的變化，提供冷卻劑的各種變化趨勢的信息以及事故工況下的冷卻劑液位數據。

所述中子探測器設置一條本底信號線和一條相對應的信號線，用於抵消信號線自身的噪聲信號，提高探測器的靈敏度。

本發明具有以下有益效果：

1、由於中子探測器為自給能探測器，不需要外加偏壓電源，僅需皮安計即可讀出探測器電流。

2、自給能中子探測器採用低燃耗材料，大幅提高使用壽命，自給能探測器的發射體採用熱中子反應截面大的金屬材料，可採用釩、銠、鈷等敏感材料。

3、套管與子彈頭端塞外徑較小能耐受堆芯內部的高溫、高壓、高腐蝕及強輻射，集管與套管之間的焊縫、集管與熱電偶及中子探測器的釺焊焊縫、熱電偶及中子探測器確保在外殼破損後仍能耐受堆芯內部的高溫、高壓、高腐蝕，起到二次保護作用。

4、熱電偶及中子探測器與電氣連接器電連接，降低環境輻射對探測器電氣迴路的電磁幹擾，提高溫度測量及中子注量率測量的準確性和可靠性。

5、熱電偶緊貼套管內壁，加快熱響應時間。

6、堆芯儀表接管貫穿件路徑不是平直結構，是空間曲線，因此套管端部採用子彈頭結構，起到導引作用，使套管易於穿過堆芯儀表接管貫穿件。

7、自給能中子探測器信號線採用無機鎧裝電纜，能耐受堆芯內部高溫和高輻照，以免自給能中子探測器因信號線損壞而失效。

8、絕緣採用高純度氧化鋁，不易吸潮，不易老化，高溫絕緣電阻高，對中子穿透影響少，能有效提高自給能中子探測器的測量精度，其本身壽命遠遠超出自給能中子探測器的壽命，所以對探測器的壽命沒有負面影響。

9、堆芯儀表組件內先抽除空氣成真空，再充入至少1個大氣壓的氦氣，以避免成分複雜的空氣參與核反應進而對測量產生幹擾，並提高套管組件的穩定性，氦氣導熱率高傳熱快，亦是一種低密度且安全穩定的惰性氣體。

10、液位監測熱電偶由帶加熱器的熱電偶及不帶加熱器的熱電偶組成，採用溫度開關監測壓力容器內冷卻劑液位的變化，可提供冷卻劑的各種變化趨勢的信息，尤其可提供事故工況下的冷卻劑液位數據。

11、與信號線相對應，中子探測器可以同時設置一條本底信號線，以抵消信號線自身的噪聲信號，提高探測器的靈敏度。

12、結構簡單、堅固、體積小，能較好地適應堆內複雜環境。本發明可適用於核電站反應堆堆芯燃料組件冷卻劑入、出口溫度及壓力容器頂蓋下的溫度測量、液位監控和堆芯中子注量率的測量，使用壽命長。

附圖說明

圖1為本發明的實施例1的整體結構示意圖；

圖2為圖1中下部局部放大圖；

圖3為圖1中沿B-B剖視圖；

圖4為本發明的實施例2的整體結構示意圖；

圖5為圖4中沿A-A剖視圖；

圖6為液位監測熱電偶與鎧裝熱電偶釺焊示意圖；

圖7為本發明的實施例2中的鎧裝熱電偶示意圖；

圖8為中子探測器示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖及具體實施方式對本發明作進一步說明。

實施例1：

如圖1至圖3所示，一種核電站用堆芯儀表套管組件，包括防塵罩1、電氣連接器2、後殼3、連接管4、柔性金屬導管5、集管上連接管6、集管7、接頭8、外殼9、鎧裝熱電偶10、中子探測器11、延伸段12、延伸段接頭13、子彈頭端塞14。

鎧裝熱電偶10和多支中子探測器11與集管7通過釺焊固定，鎧裝熱電偶10及中子探測器11與延伸段12及延伸段接頭13焊在一起。中子探測器11為自給能中子探測器，由發射體、收集體、絕緣體及電纜組成，多支中子探測器11中最長一支中子探測器11長度對應整個反應堆堆芯高度，其餘中子探測器11長度以最長中子探測器11長度按等間距遞減或者中子探測器11長度相同，沿軸向等距分布。

集管7通過集管上連接管6與柔性金屬導管5焊接，集管7另一端通過接頭8與外殼9焊接連接，柔性金屬導管5通過連接管4與後殼3焊接，鎧裝熱電偶10及中子探測器11引線與電氣連接器2端子焊接，後殼3與電氣連接器2焊接，防塵罩1擰到後殼3上，集管7通過接頭8與外殼9焊接，外殼9與子彈頭端塞14焊接，在外殼9充氦氣後子彈頭端塞14焊接封頭。

實施例2：

如圖2至圖8所示，實施例2與實施例1區別在於設置一支或多支鎧裝熱電偶10，另外設置一支或多支液位監測熱電偶15。液位監測熱電偶15與鎧裝熱電偶10釺焊16固定在一起(圖6)

多支鎧裝熱電偶10用於監測燃料組件入口冷卻劑溫度測點，燃料組件燃料元件出口局部區域溫度測點，燃料組件TBC出口溫度測點，以及反應堆頂蓋下等溫度測點。

液位監測熱電偶15由帶電加熱器TPIU和不帶電加熱器的熱電偶TP組合而成，在正常工況下，帶電加熱器TPIU和不帶電加熱器的熱電偶TP均處於冷卻劑中，由於液體導熱性能好，因此帶電加熱器TPIU與不帶電加熱器的熱電偶TP間溫差較小，不會產生報警信號。當壓力容器內的冷卻劑液位由於某種原因降低時，某個帶電加熱器TPIU處於氣相介質中時，由於空氣導熱性能比液體差，因此該帶電加熱器TPIU的溫度會急劇上升，從而與仍處於冷卻劑中的熱電偶溫差也急劇變大，當差值大於報警閾時，就給出報警。由於帶電加熱器TPIU和不帶電加熱器的熱電偶TP安裝位置是固定的，因此可通過溫差報警信號準確判斷帶電加熱器TPIU處於氣相熱介質中時相應的冷卻劑液位。在事故工況下，如主管道破裂，使冷卻劑液位急劇下降，以至於處於最低位置的不帶電加熱器的熱電偶TP也暴露在空氣中，這時就給出事故工況下極限液位報警。

如圖8所示，中子探測器11設置一條本底信號線17和一條相對應的信號線18，用於抵消信號線自身的噪聲信號，提高探測器的靈敏度。