控制棒组件超声及涡流检验标准关键技术浅析

控制棒组件(Rod Cluster Control Assembly)在反应堆堆芯承担着功率调整、安全停堆等重要功能。近年来,国内外核电厂RCCA落棒试验超差、卡棒和破损等事件时有发生,严重影响到反应堆的安全性和核电厂的可靠性。RCCA依据相关标准实施超声检验和涡流检验为反应堆安全运行提供了更多保障。文章对RCCA结构形式、常见缺陷及产生机理、标准关键技术及应用进行了分析介绍,有助于营运单位和检验单位参考实施。     

核反应堆控制棒倾斜落棒时程模拟

事故情况下控制棒组件会在自身重力作用下下落,下落时间是衡量核电站安全运行的重要参数之一。通过建立落棒物理模型,分析落棒的物理过程以及控制棒下落过程中的各阶段的受力情况,得到了落棒控制方程。采用VS2010软件对控制方程数值求解,完成了控制棒组件竖直及倾斜下落过程的时程的分析,对比了倾斜落棒角度对落棒时程的影响,得出最大倾斜落棒角度,为反应堆控制棒组件的设计提供依据。     

秦山第二核电厂控制棒检查、分析与优化管理

由于国内核电厂控制棒运行经验少,且没有控制棒更换的相关法规或标准,为掌握控制棒包壳管状态,秦山第二核电厂通过超声、涡流等无损检测方法对在役的控制棒包壳进行了检查,得到控制棒运行可靠的技术数据,为调整和更换控制棒组件提供依据。本文通过控制棒组件典型缺陷机理分析与评价,提出了核电厂控制棒优化管理的几项措施,可以为其他核电厂控制棒管理提供重要的参考与借鉴。     

反应堆控制棒导向管环形缝隙内漏流量的实验测定及其研究

从研究流量测试的特点着手,对流经电功率为30万千瓦的压水堆核电站反应堆控制棒导向管环形缝隙内的漏流量进行了实验测定。为验证该反应堆现有燃料组件在导向管上的开孔尺寸提供了可靠的实验数据。     

中国大亚湾核电站2号机组重新开机发电

中国大亚湾核电站2号机组在结束其首次换料停堆后,已于5月20日重新开机向广东省和香港供电。 在彻底检查期间,在原有53个控制棒组件的基础上,又增加了8个控制棒组件。这些控制棒组件可以调节反应堆功率水平。法国反应堆供应商法马通公司总裁DominiqueDegot先生说,这项工作进一步保证了反应堆可以随时停堆,并完全符合安全要求。 在该机组重新开机以前进行了严格的试     

秦山核电厂压水堆考验燃料组件辐照后检验

为验证秦山核电厂压水型反应堆燃料组件的设计、制造工艺和材料性能，采用３×３考验组件，在原子能院重水试验堆ＨＷＲＲ的高温高压回路中模拟秦山核电厂反应堆的稳态和短时超功率工况进行了综合考验，平均燃耗达２５７００ＭＷｄ／ｔＵ。对考验组件和燃料棒作了综合性的辐照后检验，检验项目包括：燃料棒的外观观察、尺寸测量、γ扫描、涡流探伤、Ｘ射线照相、裂变气体释放率测量，包壳管、控制棒导向管和格架弹簧片的力学性能试验，包壳和燃料芯块的微观组织分析和定量测量，水垢的Ｘ射线衍射分析等。检验结果表明：考验组件设计合理，制造工艺可靠，燃料芯块、包壳和其它材料的性能均能满足要求。所取得的检验结果可为秦山核电厂压水堆的燃料组件以及同类燃料组件的设计、制造和性能改进提供依据。     

新型铪控制棒的研制

铪材具有良好的综合性能,是反应堆控制棒的首选材料.为了克服铪板辐照后的变形和力学性能下降等问题,增加控制棒的使用寿命,开展了新型控制棒组件的研制工作.在研制过程中,对铪材的化学成分、机械性能、腐蚀性能、物理性能等进行了试验研究,并进行了成品验证试验,证明此新型控制棒的设计和制造完全满足技术要求,具有良好的机械性能,能有效提高铪控制棒的使用寿命.     

177燃料组件堆芯反应堆机械补偿控制策略研究

177燃料组件堆芯反应堆通常采用G模式运行，负荷跟踪期间需要调整堆芯硼浓度。受硼回收系统能力限制，仅在85%寿期内具备负荷跟踪能力。为改善177燃料组件堆芯反应堆负荷跟踪能力，扩大可进行负荷跟踪的寿期范围，基于177燃料组件堆芯进行了机械补偿控制策略的研究。设计了不同控制棒组布置方案，从控制棒组价值、对功率峰的影响、负荷跟踪过程中控制能力等方面进行了分析。基于优化的控制棒组布置方案和机械补偿控制策略，进行了全寿期基负荷运行、90%寿期末日负荷循环负荷跟踪以及启动过程模拟。结果表明，在适当的控制棒组布置方案下，177燃料组件堆芯可实施机械补偿控制策略，负荷跟踪能力达到了国际先进水平。      

控制棒下落时间计算模型

反应堆驱动线是反应堆控制的"生命线",执行重要的安全功能。控制棒下落时间不仅是驱动线设计考核的重要指标,也是核电站安全分析的关键参数。基于压水堆驱动线的结构特性,对控制棒组件在下落过程进行受力分析,提出落棒时间计算的数学模型,采用有限差分法求解运动方程,并且在此基础上编制计算程序。计算结果最终表明:程序计算值与岭澳核电站二期机组热态落棒试验值符合较好,基于此计算方法编制的落棒时间计算程序可以用于压水堆停堆时的安全评价。     

反应堆控制棒驱动机构模拟负载系统的研制

介绍了反应堆控制棒驱动机构(CRDM)模拟负载装置的设计原理和方法,研制出了一种新型的模拟负载系统,用来模拟反应堆棒控系统对控制棒的控制过程。对设计的模拟负载系统进行了功能性试验和性能参数测试,并与实际运行系统进行比较后,发现该系统达到了各项功能控制要求,且性能稳定可靠,模拟负载的电磁线圈散热性能与负载特性良好,各项性能指标达到了设计要求。     

控制棒检测中对显示信号判定技术的改进

针对控制棒涡流检测中出现的一个显示信号不能充分判定,制作了含有人造裂纹的试验样件,采用在涡流检测线圈中加入磁芯的磁饱和线圈,消除控制棒上可能存在的磁性影响。并将3点对中的涡流探头组件改进成6点对中,改善了检测条件,提高了检测的可靠性。试验研究和检测结果表明,在现有技术的前提下,穿过式线圈及点式涡流线圈均可检测出周向和轴向裂纹;穿过式线圈不能区分单个或多个裂纹,多个点式线圈存在实现这种区分的可能性;轴向裂纹的涡流信号明显,但结构信号可能会影响对周向裂纹的判伤。     

控制棒组件在流体环境中下落时所受阻力的计算

基于流体力学和边界理论,探讨了控制棒组件在下落过程中所受的流体阻力。对控制棒组件的3种部件－－控制棒束、驱动杆、星形爪在下落时所受的流体阻力分别按SU／PG迎风修正的有限元数值方法及基于边界层理论的近似解析法进行求解,完成了控制棒组件下落过程的时程分析,并得出该组件的下落参数（位置和速度）与瞬时流体阻力的关系。     

Prototype EMAT system for tube inspection with guided ultrasonic waves

A prototype system with full computer support for ultrasonic inspection of ferritic tubes using guided waves is described. The ultrasonic waves are launched and received with the aid of electromagnetic acoustic transducers which are layed out as linear phased arrays. The array structure provides a good axial directivity for the transducers so that the probe can be positioned anywhere along the tube length sequentially transmitting ultrasonic pulses in the foreward and backward directions. While the probe is fixed at one axial position during inspection the tube length is measured by the system and flaws are detected from returning ultrasonic echos. Results of the inspection of tubes with natural flaws are given and the wavelength-spectrum of the ultrasonic mode used for the inspection is discussed with respect to flaw depth sizing.     

EPR项目蒸汽发生器下封头与管板环焊缝超声检验技术改进

欧洲先进压水堆（EPR）项目蒸汽发生器下封头和管板环焊缝是一回路的重要边界，焊缝厚度大且焊缝的一侧为球面，制定超声检验工艺时要充分考虑探头声束衰减、探头角度变化等影响，以满足相关检验标准的要求。对RCC-M和EN 1713等标准深入研究后，通过对探头能量和角度变化的分析与模拟演算，可得出:该焊缝超声检验增加60°探头，不仅满足标准要求，而且从检验工艺上大大降低了危险性缺陷漏检的风险。      

Huitzoctli: A system to design Control Rod Pattern for BWR’s using a hybrid method

Huitzoctli system was developed to design Control Rod Patterns for Boiling Water Reactors (BWR). The main idea is to obtain a Control Rod Pattern under the following considerations: (a) the critical reactor core state is satisfied, (b) the axial power distribution must be adjusted to a target axial power distribution proposal, and (c) the maximum Fraction of Critical Power Ratio (MFLCPR), the maximum Fraction of Linear Power Density (FLPD) and the maximum Fraction of Average Planar Power Density (MPGR) must be fulfilled. Those parameters were obtained using the 3D CM-PRESTO code. In order to decrease the problem complexity, Control Cell Core load strategy was implemented; in the same way, intermediate axial positions and core eighth symmetry were took into account. In this work, the cycle length was divided in 12 burnup steps. The Fuel Loading Pattern is an input data and it remains without changes during the iterative process. The Huitzoctli system was developed to use the combinatorial heuristics techniques Scatter Search and Tabu Search. The first one was used as a global search method and the second one as a local search method. The Control Rod Patterns obtained with the Huitzoctli system were compared to other Control Rod Patterns designs obtained with other optimization techniques, under the same operating conditions. The results show a good performance of the system. In all cases the thermal limits were satisfied, and the axial power distribution was adjusted to the target axial power distribution almost completely. It is very important to point out that, even though the cycle length improvement was not the main idea of this work, the effective multiplication factor (k_eff) at the end of the cycle was improved in all cases tested. The Huitzoctli system was programmed using Fortran 77 language in an Alpha Workstation with UNIX operating system.     

基于PLC的秦山一期棒控棒位系统的数字化

本文介绍了秦山一期棒控棒位系统数字化设计,包括系统主要功能、系统结构、软件设计流程,以及触摸屏的设计等.详细论述了软件设计调试过程中碰到的一些问题,分析问题并给出相应的解决方法.     

控制棒组件置换策略优化研究

目前国内在运核电厂控制棒组件并未考虑置换策略，控制棒组件在堆内位置固定，由于控制棒组件功能不同导致承受辐照不均匀，控制棒吸收体材料在辐照下发生肿胀及蠕变，影响电厂安全运行。使用控制棒组件工程分析评价程序CRABE V3.3对CPR1000核电机组控制棒组件设计寿命进行评价，通过对比分析控制棒组件置换策略对寿命的影响发现，若采用置换策略，功率调节棒组件设计寿命可显著提高至目前寿命的2倍以上，温度调节棒组件设计寿命也有明显提高。因此，在充分考虑电厂大修的实际情况下，通过优化控制棒组件在机组内置换策略，增加控制棒组件使用年限，从而提高机组安全性及经济性。      

核电厂CRDM耐压壳焊缝超声检验工艺设计

控制棒驱动机构（CRDM）耐压壳属于核电厂主回路,其连接焊缝是整个放射性回路压力边界的薄弱环节,其安全性和可靠性直接影响反应堆的安全运行状态。针对CRDM耐压壳焊缝附近空间狭小、壁厚薄、可达性差等特点,本文采用仿真技术设计了一套专用的扁平型双晶聚焦超声探头和检验工艺,试验验证结果满足规程要求,解决了核电厂在役检查的监督难点,并获得了核电厂主回路Ⅰ级部件类似焊缝检验的工艺设计和验证方法。      

AP1000核电厂主泵法兰螺栓在役检查系统开发

AP1000核电厂反应堆主泵法兰螺栓是在役检查重要监督项目之一,目前国内尚无针对该部件的在役检查系统及应用案例。本文结合AP1000主泵法兰螺栓结构特点、现场高剂量环境及复杂检查条件分析,设计开发了一套从螺栓中心孔内壁实施超声检测、适用于在役检查要求的主泵法兰螺栓在役超声检查系统。主泵模拟体上的调试试验结果表明,该系统可实现周向运行、垂直方向避障、专用超声探头与螺栓孔精确对中调节等功能,进而实现对主泵法兰螺栓的超声扫查。工程应用结果证明本系统满足AP1000核电厂主泵法兰螺栓在役检查现场要求,具有较高的可靠性和良好的适用性。      

Inspection procedure assessment using modelling capabilities

Before carrying out inspections on technical components, criteria have to be met to qualify the inspection procedure. The inspection qualification can be performed by technical justification or performance demonstration. The qualification of non-destructive testing methods can be checked on full scale mock-ups where real or realistic defects are implemented. To minimize costs it will become mandatory to model the inspection procedure. In the case of ultrasonic testing, the modelling includes the ultrasonic probe, the pulse-defect interaction and the probe geometry. The applied modelling code is the elastodynamic finite integration technique (EFIT) which includes mode conversion effects. The results of the code are either wave fields, A-scans at different probe positions or complete r.f. data fields. Examples demonstrate the efficiency in modelling angle beam probes which transmit both pressure, shear and subsurface longitudinal waves. These waves are scattered by horizontal or surface breaking cracks. The modelled r.f. data fields are used within the synthetic aperture focusing approach to predict the ultrasonic image which would be obtained in performing the experiment. In addition it will be shown that the EFIT wave fronts for anisotropic homogeneous media are explicitly related to the group velocity in these media.