GB-12789.1-1991.pdf
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1、U DC 6 2 1 . 0 3 9 . 5 6 4 F 8 7 中 华 人民 共 和 国 国 家 标 准 G B 1 2 7 8 9 .1 一 91 核反应堆 第一部分: 仪表准则 则 一般原 Cr i t e r i a f o r nu c l e a r r e a c t o r i ns t r u me n t a t i o n P a r t 1 、 G e n e r a l . principles 1 9 9 1 一 0 4 一 1 1 发布1 9 9 1 一 1 2 一 0 1 实施 国家技术监督局 发 布 中华 人 民 共 和 国 国 家 标 准 核 反 应 堆 仪
2、 表 准 则 GB 1278 9. 1 一 9 1 第 一 部 分:一 般 原 则 C r it e r ia f o r n u c le a r r e a c t o r i n s t r u me n t a t io n P a rt 1 ; Ge n e r a l p r in c i p l e s 本标准等效采用国 际标准I E C 2 3 1 -0 9 6 7 ) 核反应堆 仪表一 般原则 。 1 主肠内 容与适用 范围 本标准规定了核反应堆安全运行所必 需的专用仪表及其应用的一般原 则。 本标准给出 一般反 应堆 仪表的设计指南和实施导则.对特定堆型的仪表在其他标准中另
3、有规定、 本标准适用于与反应堆整体安全和 有效控制有直接关系的仪表. 2 引用标准 G B 4 0 8 3 核反应堆保护系统 安全准则 3 总的要求 3 . 飞 运行管理指挥系统应对反应堆 安全运行负 责。 指挥系统的 主要目 标是实现 安全原则、 可用 性原则 和人因工程 原则。 但是 在整 个反应堆寿期内 设计应尽量简 化各 种可 信工 况下的安全操作. 3 . 2 仪表设计应能使操纵员对反应 堆装置的物理状态和动态特性作出充分 估计, 提供报 普来指示出异 常状态。 3 . 3 仪表所要求的保护级别由下述考虑确定: 3 . 3 . 1 在事 故情况下, 要求该安全系统正确 动作, 以避免
4、事故对公众产生 不可接受的 危害结果。 该 类仪 表的保护 级别是由 人道主义、 可实现 性、 经济 性和其他 考虑而确定的。 3 . 3 . 2 该安 全系统的安全失效不会 导致对公众产生不可接受的危害 作用。 此 情况下安全系统的功能是 为保护反 应堆免于破坏并减少事故过程中对 工作人员的 辐照。 3 . 4考 虑到 事 故的 多 种 性 质, 堆 芯 过 度 辐 照 导 致 堆 芯 性 能 的 复 杂 化 以 及 估 算 偶 然 事 件 影 响 所 采 用 的 数 学模型可能引 入未知误差, 采用单一参数测量一般是不能提供充分保护, 因此, 至少应测量二个独立参 数来 监测某种偶然事件,
5、 执行保护, 而其中一 个参数应直接测量。 I5 反应堆控制系统和反应堆安全系统应保持独立一 个系统的故障不会引起另一个系 统的误 动, 要 求安全动作优先于控制动作。 3 . 5 . 1 当反应堆控制系统产生任何故障( 故障组合) 或误动, 使运行参数超出整定值时, 反应堆安全系 统 应提供保护 3 . 5 . 2 安全系统的 任何故障( 故障 组合 ) 都不 应使控制系 统导致反应性增加。 3 . 6 反 应堆处于试运行或其他非正式 运行状态, 仍然要提供足够的安全装 置和控制装置。 国家技术监督局 1 9 9 1 一 0 4 一 1 1 批准 1 9 9 1 一 1 2 一 0 1 实施
6、 GB 12 789 . 1 一 91 4 中子注 f率测f 4 . 1 一般原则 4 . 1 . 1 反应堆必须设置中 子注量率测 量, 因为中子注量率仪表与其他类型仪表相比具有响应快、 灵敏 度高的优点。 4 . 1 . 2 为了反应堆安全运 行, 需测量很宽量程范围内的中 子注量率( 或裂变率) 。 特别当中 子注量率很 低时, 在某种故障状态下, 可能发生反应堆短周期, 这是危险的。 为避免此种危害 应规定反应堆有周期测 量( 在低注量率时) 或中 子注量率随时间变化的测量。 4 . 1 . 3 反应堆较长时间运 行后, 在停堆状态下, 测其裂变率时, 应考虑裂变产物蜕变对测量的影响。
7、 4 . 1 . 4 单个测量装置可能不 满足反 应堆 全部量程的中 子注量率测量。可提供一定数 量的、 具有不同类 型测量仪表的 测量 装置, 按 其适用测量范围 分别使用. 对不同的反应堆, 这些装置的测量范围 将有某种 变化。 4 . 2 中子探测器 4 . 2 . 1 中子探测器设计受 下述结构和使 用要求的 影响, 特别是用于高注量率侧量的电 离室. 4 . 2 . 1 . 1在 满 足 性 能 要 求 情 况 下 , 通 常 要 求 尺 寸 最 小 , 以 使 在 反 应 堆 特 定 尺 寸 范 围 内 能 容 纳 足 够 数 量 探测器, 并减少对被测中子注量率的扰动。 4 .
8、2 . 1 . 2 通常要求把探测 器布置在高 注量 率区, 以便获得最高测量精度和响应 速度, 即要求探测器能 承受高温, 因此结构材料要适应于这样的注量率水平和温度, 特别要注意保持绝缘子性能. 4 . 2 . 1 . 3 选择结构材料应 减少激发 放射性活度。因 其活度会干扰中子测量井增加 维修困 难。 4 . 2 . 1 . 4 应考虑长期辐照对 探测器内 所使用的中 子吸收活化材料的嫉 耗作用, 以 避免性能降低。 4 . 2 . 2 中 子 探 测 器 的 安 装 要 求 获 得与 反 应 堆 裂 变 率 成 正比 关 系 的 热 中 子 注 母 率 。 探 侧 器 安 装 应 达
9、到 在 整个反应堆功率运 行范围内, 反应堆 功率轴出 与所测中 子注量率之比 变化最小. 多个 探测器间的位置效 应应 考虑移动任何一 个探测器将使其他探测器的输出 变化不得超过一可接受的因 子。 探测器的数量选 择除考虑保护需要外还应考虑空间注量率晴变的影响. 通常 应考 虑有 备用探测器。 4 . 2 . 3 在中 子注 量率较 宽量程范围内 测量, 为获得仪表所要求的输出 信号, 可采用变更探测器位置的 方法 或变更中 子吸收体 位置) , 但探侧 器位 置的调整 应是有限的, 以避免产生不 希望有附加效应( 如收 集光中子) . 为延长低注 量率探测器( 如B F 。 计数管) 的使
10、 用寿命, 在高注量率时要将其提到低注量率区, 当反应 堆停堆时再将其 插人堆内。 可移式探测器的 位置应是可知的, 并 能复现其位置。探测 器移动量和移动速 度应可选择, 以避免可 能 的 损 伤。 例如 , 当 探测 器 用 来 与 反 应堆 自 动 控 制 设 备 相 连 接时 , 就 有 可 能出 现 这 种 情况 . 4 . 2 . 4 在低中子注量率水 平下进行测量, 测量装置 要采取措施减少Y 射线影响. 建议Y 注 量率在总信 号所占比 例不应超 过2 0 %. 4 . 3 中子源 当反应堆 停堆时, 中子注量 率可能降 低到无法监测的水 平, 此时只有采用中 子源。当反 应堆
11、达到临 界之前, 为获得有意义的信号, 应这样来确定源的位 置, 即反 应堆大约处于1 % 次临 界时, 至少9 5 % 被测 中子是由 裂变产生的。 4 . 4 中子注量率测量仪表 4 . 4 . 1 一般原则 4 . 4 . 1 . 1 中子注量率仪表通常具有三种 功能: 安全; 测量和指示 ; a.阮 GB 12 78 9.1 一 91 c . 自动控制。 4 . 4 . 1 . 2 中 子 注 量 率 测 量 仪 表 主 要 分 为 三 部 分: a . 线性电流测量装置; b . 对数电 流测量装置; c . 脉冲计数装置. 4 . 4 . 1 . 3 由 于中子注量率 需在很宽量程
12、范围内 测量, 通常 采用若干 个多量程装置, 亦可采用可调查程 装置或改变探测器位置来覆 盖中 子注 量率全部量程。 无论采用何种方案都必须 注意到量程转换或调节 不能造成反应堆 保护作用的 任何减弱。 当注量率达到浏 量装 置饱和值时, 或堆内中 子注量率已 不再与探 测器输出 成比 例时, 应采取 措施以确保反应堆具有充分保护。一个量程装置与另一个量程装置衔接之 处, 至 少应有一个量级的量程饭盖, 4 . 4 . 1 . 4 中子注量 率指示器, 无论是就地还是远 距离指示 器, 都要设计成易于识别指示器是在规定量 程之内正确工作。 4 . 4 . 2 线性电流测量装置 通常使用三种装
13、置: a . 超中 子注量率保护 装置, b , 线性功率测量装置; c . 功率偏差测量 装置。 其输人由 位于堆内 或堆附近的一个或多个中 子探测器取 得, 被测中 子注量率 水平应正比 于堆功率。 其比 例因子应 尽可能与样栅及类似的影响无关。 4 . 4 . 2 . 1 超中子注量 率保护装置给 安全逻辑装 置提供信息, 当 功率上升 到超过预先 定值水平 时就引 起 反应堆停堆。 当 反应堆 功率信号低于定 值水平时, 该装置有正常信号抬出( 相当于 “ 1 ” 状态 ) , 所有其 他状态, 包括 装置故障 或定 值信号失效均有保护动作信号输出 相当于“ 。 ” 状态) . 装置应
14、保证误停堆数不超过最大容许值。 4 . 4 - 2 . 2 线性功 率测 量装置是用来测量和线性显示反应堆功率。 至少应有 一个线性功率测量装置由可靠电 撅供电, 以 便在停电或其他紧急情况下能继续指示堆功 率。 该装置的 量程至少应 是满功率的1 2 0 %。 可设置附加量程转 换, 这种量程转换 应有明 显指示。 当满 刻度指示为额 定堆功率的1 0 %以 上时。 要求电流 侧盘精度优于满刻度指示的士I Y . . 4 . 4 . 2 . 3 功率 偏差测量装置或补偿式线性装置用于测量和显示/ 定值功率水平附 近的 功率变化。 4 . 4 . 3 对数电 流侧量装置 4 . 4 . 3 .
15、 1 在 反应性为一常数情况下, 堆功率 按指 数上升, 若将探测 器信 号送到 对数功率放大器中, 其抬 出 按线性增加, 其 斜率即为反应堆周期。 运用对数 功率放大器和周期计二个设备, 在至少大于6 个功率量级范围内无 需量程转 换即可提供 堆功率指示和周期指示。 量程上限指示应超 过堆满功率的1 1 0 , 最好 是 1 2 0 % .下限 指示应取这样的 功率水平, 即Y 电 流及其他虚假电流不大于中子电 流的2 0 %. 对低 于下限功率 水平的短周 期事 故, 周期 停堆是有效的。 对数电流 指示误差, 忽略瞬态影响, 在主 要量程范围内, 应在读数的士 2 0 %以内。 周期计
16、 的 满 刻 度 值 应 大 于 停 堆 定 值 范 围。 忽 峥瞬 态 影 响的 周 期 指 示 误 差 应 小 于 读 数 的 士 1 0 0 a , 4 . 4 - 3 . 2 周期停堆是在功 率停堆不能提供保护的情况下 提供保护. 周期停堆响 应要尽可 能快, 并与事 故速度与停堆装 置时间 响应相适应。 周期保护响应时间 必须满足安全要求. 在任 何功率水平下要求周 期计的均方根噪声电平尽可能低。 4 . 4 . 4 脉冲计数装置. 4 . 4 - 4 . 1 脉冲计数装置, 可以是线性的或对数的; 4 . 4 . 2条和 4 . 4 . 3 条中关于电流测量装置的一般建 GB 1
17、2 78 9.1 一 9 1 议, 除与探测器有关部分外, 都应适用于本装置。 它所用的中子探测器对丫 灵敏 度低, 当 用于 低中 子注量率测量时, 它比 平 均电 流电 离室具有明 显优 点 。 应保证装置增益或电源电压小变化时, 功率指示变化不明显。 4 . 4 - 4 . 2 停堆状态下要有计数。 通常 要求完全停堆时, 计数率至少达到每 秒2 个计数。 当有效增殖系 数( k e f f ) 大约为0 . 9 9 时, 计数率大于每 秒 1 0 个 计数, 当计数率低于每 秒2 个计 数时. 建议采用“ 趋临 界” 实验技术 。 低功率水平时, 测量系 统精度很 差, 因而要 求脉冲
18、计数 装置要有较长的 计数时间, 若在此情况下设 置报警或停堆定值则要避免 虚假报警或虚假 停堆及不可接受的延迟。 4 . 4 . 4 . 3 当反应堆功率提到高于脉冲 计数量程时, 对B F , 中子 探测器需缩回到 足够低的中 子注量率区 或加以屏蔽以免辐照损坏。 硼沉积脉冲计数探测器, 应在切除高压电源情况下置于高中子注量率区而不 损坏。 4 . 5 中 子注量率水平与周期的报警、 停堆 4 . 5 . 1 当 测出 的中子注量 率超过停 堆定值时, 即发出停堆信号。在 停堆之前有 两个报警, 其一称为 “ 低 余量, 报 警, 即测出的中 子注量率接近停堆定值 前某一小余量。 其二称为
19、“ 超余量” 报替, 即测出的中 子注 量率远低于停堆定值范围。 例如: 按程序降低功率和冷却剂流量之后, 若操纵员忽视调整停堆中 子注量率水平, 有可能出 现超 余量报警。 运行人员根据运行状态必须调整报警定值及停堆定值。 4 . 5 . 2 为了防止电源电 压变化超出 可接受范围, 所有装置都应设置电 源报苦或保护动作, 要监测整个 测量装置的各部分 , 由电源到输出. 车5 . 3 若用对数功率放 大器提供中 子注量 率水 平的 停堆定值, 则停堆定值应在 全量程内 可调并预先进 行刻度。亦可用此放大器提供报警。 4 . 5 . 4 脉冲计数装置应 设有高、 低 计数停堆定值。 低计数停
20、堆 定值表明装 置没有处于工作范围。 对于 计数率相当高. 以致大量计数丢失情况下, 不得设置高计数停堆定值. 4 . 5 . 5 周 期安全堆定值 应设置在满刻度( 最小周 期) 的1 / 1 。 至 满刻度之间的任 意正周期值上。 有时亦 可要求负周期安全停堆。 亦可提供报警以避免周期停堆. 脉冲计数装置周期计亦可提供周期停堆, 但应 注意到计数量程的上下附近性能不可靠。 4 . 5 . 6 若采用可移探测器, 则要注 意其产生虚假 周期信号而导致误停堆或 达不安全状态。 4 . 6 中 子注量率测量装置的刻度和试 验 4 . 6 . 1 若用中子注量率测量仪表来指 示热功率, 则应根据热
21、平衡测出的满 功率来 刻度这些装置。 由于 反应堆功率和探测器位置处的中子注量率之比值可随堆芯注量率分布的变化而变化, 因此刻度应在佩 中毒达平衡状态时完成。 为使低功率量程按照高功率量程来刻度, 仪表量程应 具有足够的 覆盖. 4 . 6 . 2 测量装 置的部件和基本功能 单元应允许用备用部件来 替换而不影响原 装置刻度性能。 在给定电 源电压情况下, 要特别注意中子探测器间的灵敏度差异。 4 . 6 . 3 为简 化现场测试, 建议设计一个 性能试 验装置, 把 所有使用 部件连 接进去, 测试整套测量装 置. 4 . 7 中 子注 意率分布测量 除了反应堆压力容器外测量热中子注量 率外
22、, 有时需 要知道整个堆芯轴向 和径向中 子注量率分布。 但要采用适当测量方法以保持原来的注量率分布。 沮度测t 51 一般原则 4 G s 1 278 9.1 一 91 5 . 1 . 1 为了反应堆性能最佳化、 控制和安全目 的, 均采用常 规方法进行反应堆温度测量。 然而针对反应 堆的 特殊问题, 要对其常规标准补充 一些推荐标准, 尤其 要考虑测量装置的结构 材料由 辐照引起的物 理、 化学性能变化。 5 . 1 . 2 应有足够数量的 温度测点, 即使在探测器寿期内预见 到一 定数量 的温度探测器损坏, 仍能维持 对反应堆的有效控制。 在测量装置不可更换之处, 应装入足够数量的 备件
23、。 52 辐照对温度测量精度的 影响 材料在堆内辐照产生各种效应, 效应大小取决于辐照类型、 辐照强度和被辐照材料的性质。特别应 注意下述可能: . 引人了不应有的 探测器材料的核加热; b 导体和绝缘体电阻 值的 变化; 产生物理结构的不均匀柱; d . 化学元素和合 金的 变质。 5 . 3 燃料元件温度 测量 如果燃料元件温度 是个重要安全参数, 则在正常和异常运行状态 下都要测定这 个参 数, 在正常运行 状态下 使其不超过预定 值, 在异常运 行状态下温度可能超出安全范围, 测量 装置需有足够响 应速度来触 发保护系统。在确定异常 运行状态下仪表装置的 要求时, 必须 考虑扩大了的温
24、度 量程。 要考虑到燃料元件中温 度梯度、 堆芯温 度统计差异及燃料 元件 温度测点数。 有时无法直接测出 重要的 燃料元件温度, 则需由 邻近的温 度传感器测 值中推断出。 此时 要考虑 受运 行状态影响的热功率梯度及热传递。 54 慢化剂温度测量 对某些反应堆要求测量慢化剂温度, 以 观察其物理特 性或核特性变化。 5 5 冷却剂温 度测量 5 5 1 测量要求 对某些反应堆, 要求在反应堆入口和出口处测量冷却剂温度, 也要求测量燃料通道 或工艺管道) 出 口 处冷却剂温度, 以 便获 得满 意的反应堆控制和保护。 温度指示与实 际温度之间 因时延而引起的 瞬态误 差, 要在允许范围之内。
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