7. Необходимость и порядок определения тепловой мощности реактора и кпд энергоблока

Оперативный персонал может судить о тепловой мощности на основании показаний ионизационных камер, контролирующих цепную реакцию. Однако, с одной стороны, коэффициент пропорциональности между этим показаниями и фактической мощностью реактора рассчитывается с точностью, на практике неудовлетворяющей, а с другой стороны, в процессе работы реактора он может измениться в достаточно широких пределах. Причины изменения коэффициента пропорциональности разнообразны. Это и “выгорание” ионизационных камер под действием нейтронного потока, приводящее к снижению со временем уровня сигнала, и изменение распределения мощности по активной зоне, и концентрация борной кислоты в теплоносителе, и изменение потока нейтронов в зоне по длине кампании. Поясним последнее, мощность реактора N _T определяется выражением

Где N_T – тепловая мощность реактора, кВт,

φ - средняя плотность потока нейтронов, нейтр/[м·с],

n_я – число делящихся ядер в единице объема зоны, 1/м³,

σ_f – микроскопическое сечение деления, м²,

V – объем активной зоны, м³,

с – количество делений в секунду, соответствующее мощности 1 кВт, дел/кВт·с

Поскольку по мере выгорания топлива число ядер делящегося изотопа n_я снижается, то плотность потока φ для поддержания постоянной величины N_T должна возрастать. Не дает требуемой точности оценки тепловой мощности реактора также измерение электрической нагрузки. Причина в том, что в зависимости от состояния тепловой схемы блока и входящего в него оборудования может заметно меняться коэффициент пропорциональности между ними. Например, загрязнение теплообменной поверхности в конденсаторе приводит к ухудшению вакуума и, следовательно, к снижению термического КПД паросилового цикла. Поэтому истинная тепловая мощность реактора определяется методом тепловых балансов по теплоотводящим контурам, что, как правило, обеспечивает точность 1 – 2%.

Замер тепловой мощности может производиться как в нестационарном режиме по скорости разогрева контуров, так и в стационарном. Ниже мы рассмотрим только последний случай, как более простой. Уравнение теплового баланса для реакторов ВВЭР в условиях стационарного теплообмена имеет вид:

где N_p – тепловая мощность реактора,

m – число работающих петель,

G_пар – паропроизводительность m-го парогенератора,

G_прод – расход воды на продувку,

i^”, i’, i_пв – энтальпия сухого насыщенного пара, воды на линии насыщения ПГ и питательной воды соответственно,

N_нас – мощность насосов, затрачиваемая на нагрев воды в контуре и определяемая по напору Н и расходу G в каждой петле с учетом η

N_i – тепло на подогрев подпиточной воды 1-го контура, определяемое по расходу на подпитку G_i и разности энтальпий воды в контуре средней i_I и поступающей i_I

N_пк – мощность отводимая водой промконтура

_Δi_пк – изменение энтальпии при охлаждении воды в теплообменнике промконтура,

Q _пот – потери тепла через теплоизоляцию, определяемые как сумма потерь от каждого элемента контура

где в свою очередь

K_i – коэффициент теплоотдачи,

F_i – наружная поверхность,

t_i – средняя температура в данном элементе,

θ – температура окружающего воздуха.

Поскольку потери тепла в атмосферу и поступление тепла от работающих насосов относительно невелики и слабо меняются при изменении мощности, то выражение (1) может быть упрощено введением обобщающего постоянного слагаемого N_попр.

Для повышения точности измерений тепловой мощности реактора в процессе эксплуатации осуществляют периодическую проверку и градуировку датчиков и приборов, по которым составляются балансы и определяется мощность. В частности, это может делаться путем сравнения показаний штатных датчиков с образцовыми.

Обработку результатов проводят методами математической статистики с учетом точности измерений отдельных параметров. Итоговая точность определения N_p по данным НВАЭС получается не хуже 2%.

Для оперативной оценки мощности персоналу даются упрощенные зависимости по параметрам 1-го контура:

где средний перепад температур на парогенераторах _Δt_{пг 1} по 1 контуру определяется как

а расход через реактор

где G_р – значение массового расхода теплоносителя определенное при балансовых тепловых испытаниях.

p_раб и f_раб – плотность воды и частота сети в момент проведения оценки тепловой мощности.

Точность определения тепловой мощности реактора при этом зависит от точности определения расходов теплоносителя по петлям и температуры на входе и выходе из петель. Расход теплоносителя по петлям при эксплуатации не измеряется, а определяется из гидравлических характеристик ГЦН по перепадам давлений, а а замеряемых штатными приборами.