Определение тепловой мощности реактора и КПД энергоблока (метод теплового баланса)

Одним из важных условий безопасности эксплуатации энергоблока и надежности работы твэлов является достаточно точное знание тепловой мощности реактора в каждый момент времени. Это знание необходимо также для анализа технико-экономических показателей эксплуатации.

Оперативный персонал обычно судит о тепловой мощности на основании показаний ионизационных камер, контролирующих цепную реакцию. Однако, с одной стороны, коэффициент пропорциональности между этими показаниями и фактической мощностью реактора рассчитывается с точностью на практике неудовлетворительной, а, с другой стороны, в процессе работы реактора он может изменяться в достаточно широких пределах.

Причины изменения коэффициента пропорциональности разнообразны. Это и «выгорание» борного покрытия пластин ионизационных камер под действием нейтронного потока, приводящее к снижению со временем уровня сигнала, и изменение по длине кампании распределения энерговыделения по активной зоне, и изменение концентрации борной кислоты в теплоносителе в реакторе ВВЭР (особенно влияет концентрация в кольцевом зазоре между зоной и корпусом реактора), и изменение нейтронного потока в зоне по длине кампании

Тепловая мощность реактора N_p (в МВт) определяется выражением

где Ф – средняя плотность потока нейтронов, нейтр/м²·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, соответствующее мощности 1 МВт.

Поскольку по мере выгорания топлива число ядер делящегося изотопа n_я снижается (даже с учетом наработки вторичного ядерного горючего), то для поддержания постоянной величины мощности N_p плотность потока нейтронов в зоне Ф должна все время возрастать.

Метод теплового баланса ВВЭР в условиях стационарного режима основан на вычислении тепловой мощности реактора N_p по уравнению типа

где m – число работающих петель,

G_m – расход теплоносителя в m-ой петле, Δi_m – разность энтальпий теплоносителя на входе и выходе из реактора в той же петле, C – теплоемкость, t_вых и t_вх – температуры на выходе и входе, N_пот – потери тепла в окружающую среду/

Наиболее точным является, по-видимому, уравнение теплового баланса для 2 контура и парогенератора (ПГ):

где m – также число работающих петель, G_пар – паропроизводительность m–ого ПГ,

G_прод – расход воды на продувку m–ого ПГ, , и i_пв – энтальпии сухого насыщенного пара, воды на линии насыщения в ПГ и питательной воды соответственно, N_ГЦН – мощность главного циркуляционного насосa m–ой петли, затрачиваемая на нагрев воды в контуре и определяемая по напору ГЦН Δр_m и расходу в каждой петле G_m с учетом кпд η:

N_пп – тепло на подогрев подпиточной воды 1 контура, определяемое по расходу подпитки G_пп и разности энтальпий воды забираемой из контура i₁ и возвращаемой i_пп,

Q_пот – потери тепла из 1 контура в окружающую среду. Они определяются как сумма потерь по участкам контура

где k_i – коэффициент теплопередачи в окружающую среду на i-ом участке, F_i – площадь поверхности теплообмена этого участка, t_i – средняя температура теплоносителя в нем, Θ – температура окружающего воздуха.