CN118116637A - 自然循环核蒸汽供应***及其控制方法、装置和核电站 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种自然循环核蒸汽供应***及其控制方法、装置和核电站。该方法包括：在基于第一目标堆芯功率进行核反应的情况下，实时检测蒸汽发生器的温度和主循环泵的入口和出口之间的压力；在检测到温度大于第一阈值，且检测到蒸汽发生器产生蒸汽的情况下，控制打开蒸汽发生器的主蒸汽阀；在检测温度大于第二阈值，且压力大于目标压力值的情况下，控制关闭主循环泵，并将堆芯功率调整到第二目标堆芯功率，以使自然循环核蒸汽供应***进行单相流自然循环。不仅解决了因主循环泵运行造成的高能耗的问题，提高了自然循环核蒸汽供应***的运行效能，而且主循环泵发生故障，也不会影响自然循环的过程，提高了堆芯及反应堆运行的安全性。
Description
技术领域
本申请属于核能技术领域，尤其涉及一种自然循环核蒸汽供应***及其控制方法、装置和核电站。
背景技术
核蒸汽供应***是核电站和核动力装置的主体，该***的核反应堆堆芯存在因核裂变产生的巨大能量，若堆芯内的能量不能顺利导出，则会导致堆芯超温超压，进而诱发核安全事故。
在现有的核蒸汽供应***中，一般采用强迫循环方式实现堆芯热量传输，即在反应堆一回路设置主循环泵，通过主循环泵驱动，使冷却剂循环流入堆芯，将热量通过蒸汽发生器传递至二回路***。
但是，核蒸汽供应***在调峰工况下，因主循环泵的运行造成了高能耗的问题，降低了核蒸汽供应***的运行效能，并且当主循环泵发生机械故障不能使用时，反应堆一回路冷却剂驱动力丧失，由主循环泵带动的强迫循环被迫中断，堆芯热量导出受到影响，堆芯及反应堆运行的安全性较低。
发明内容
本申请实施例提供一种自然循环核蒸汽供应***及其控制方法、装置和核电站，在温度和压力到达一定条件的情况下关闭主循环泵，不仅解决了因主循环泵运行造成的高能耗的问题，提高了自然循环核蒸汽供应***的运行效能，而且使得自然循环核蒸汽供应***以自然循环的方式进行稳定的运行，在第二目标堆芯功率稳定的倒出堆芯热量，确保反应堆的热量稳定输出，即使主循环泵发生故障，也不影响自然循环的过程，提高了堆芯及反应堆运行的安全性。
第一方面，本申请实施例提供一种自然循环核蒸汽供应***的控制方法，应用于自然循环核蒸汽供应***，自然循环核蒸汽供应***包括自然循环载热子***，自然循环载热子***包括蒸汽发生器、反应堆压力容器、主循环泵、连接反应堆压力容器、蒸汽发生器的第一主管道、连接蒸汽发生器和主循环泵的第二主管道和连接主循环泵和反应堆压力容器的第三主管道；蒸汽发生器包括第四主管道，第四主管道连接第一主管道和第二主管道，第四主管道上设置了至少一个倒流监测设备；主循环泵的入口和出口之间设置了测压设备；蒸汽发生器包括主蒸汽阀，主蒸汽阀设置在蒸汽发生器上方的蒸汽管道上；该方法包括：
在反应堆压力容器内的反应堆基于第一目标堆芯功率进行核反应的情况下，利用倒流监测设备实时检测蒸汽发生器的温度，利用测压设备实时检测主循环泵的入口和出口之间的压力；
在检测到蒸汽发生器的温度大于第一阈值，且检测到蒸汽发生器产生蒸汽的情况下，控制打开蒸汽发生器的主蒸汽阀；
在检测到蒸汽发生器的温度大于第二阈值，且主循环泵的入口和出口的压力大于目标压力值的情况下，控制关闭主循环泵，并将堆芯功率调整到第二目标堆芯功率，以使自然循环核蒸汽供应***在第二目标堆芯功率进行单相流自然循环。
在一个可能实现的实施例中，自然循环载热子***还包括流量测量设备，流量测量设备设置在第二主管道上，所述反应堆包括堆芯，该方法还包括：
利用流量测量设备实时监测第二主管道上单相流自然循环的流量；
在流量的偏移量小于第三阈值的情况下，控制缓慢增加反应堆的堆芯功率；
调节反应堆压力容器出口的流体为两相流体，以建立自然循环核蒸汽供应***的两相流自然循环，其中，堆芯出口的热平衡含汽率小于第四阈值。
在一个可能实现的实施例中，自然循环载热子***还包括稳压器，稳压通过波动管连接到第一主管道上；反应堆压力容器还包括测温设备，测温设备设置在反应堆的上方，在调节反应堆压力容器出口的流体为两相流体之前，该方法还包括：
利用测温设备实时监测堆芯出口冷却剂的温度；
在反应堆出口冷却剂的温度到达饱和温度的情况下，控制稳压器的液位降低至第五阈值。
在一个可能实现的实施例中，在调节反应堆压力容器出口的流体为两相流体之前，该方法还包括：
在流量的偏移量不小于第三阈值，或者流量的振幅出现周期性振荡的情况下，控制降低堆芯功率；
在降低反应堆的堆芯功率之后，若检测到流量的振幅变化在预设范围内，且流量的偏移量小于第三阈值，则控制停止降低堆芯功率；其中，振幅的周期性振荡包括振幅大于第六阈值的周期性振荡。
在一个可能实现的实施例中，该方法还包括：
在自然循环核蒸汽供应***进行单相流自然循环或者自然循环核蒸汽供应***进行两相流自然循环，且控制增加堆芯功率的情况下，控制主蒸汽阀的开度线性增加，以使通过主蒸汽阀的蒸汽产量按照第一预定速率线性增加。
在一个可能实现的实施例中，还包括：
在自然循环核蒸汽供应***进行单相流自然循环或者自然循环核蒸汽供应***进行两相流自然循环，且控制减小堆芯功率的情况下，控制主蒸汽阀的开度线性减小，以使通过主蒸汽阀的蒸汽产量按照第二预定速率线性减小。
在一个可能实现的实施例中，还包括：
在堆芯功率减小到第三目标堆芯功率的情况下，控制主蒸汽阀的开度不变，以使自然循环核蒸汽供应***进行稳定的单相流自然循环或两相流自然循环。
在一个可能实现的实施例中，自然循环核蒸汽供应***还包括自然循环排热子***和自然循环热阱子***，自然循环排热子***包括余热排出换热器、电磁阀、连接余热排出换热器一次侧入口和第一主管道的第一余排一次侧管道和连接余热排出换热器一次侧出口和第三主管道的第二余排一次侧管道，余热排出换热器一次侧入口和余热排出换热器一次侧出口设置了电磁阀；自然循环热阱子***包括热阱、电磁阀、连接余热排出换热器二次侧出口和热阱入口的第二余排管道和连接余热排出换热器二次侧入口和热阱出口的第二余排管道，余热排出换热器二次侧入口和余热排出换热器二次侧出口设置了电磁阀；方法还包括：
在自然循环核蒸汽供应***断电的情况下，控制打开余热排出换热器一次侧入口和余热排出换热器一次侧出口的电磁阀，以及余热排出换热器二次侧入口和余热排出换热器二次侧出口的电磁阀，以使热阱导出自然循环载热子***中的热量。
在一个可能实现的实施例中，还包括：
在单相流自然循环情况下，驱动力和阻力满足以下条件：
其中，βgρΔTlh为驱动力，为阻力；ρ为堆芯入口流体密度；ΔT为反应堆堆芯与蒸汽发生器几何中心的温度差；β为流体热膨胀系数；f为单相流体摩擦系数；d为水力直径；K为局部阻力系数；li为分别为第一主管道、第二主管道、第三主管道的长度；lh为反应堆堆芯与蒸汽发生器几何中心的高度差；a0为堆芯流通面积；ai为自然循环核蒸汽供应***各部分流通面积；g为重力加速度；ur为自然循环流速。
在一个可能实现的实施例中，还包括：
在两相流自然循环情况下，驱动力和阻力满足以下条件：
其中，[βgρΔTlh，s+Δρgαlh，t]为驱动力，
为阻力；ρ为流体密度；ρg为汽相密度；Δρ为汽液相间密度差；μ为动力粘度；μg为汽相动力粘度；Δμ为汽液相间动力粘度差；ΔT为反应堆堆芯与蒸汽发生器几何中心的单相段温度差；β为流体热膨胀系数；f为单相流体摩擦系数；d为水力直径；K为局部阻力系数；li分别为第一主管道、第二主管道、第三主管道的长度；lh，s为反应堆堆芯与蒸汽发生器几何中心高度差；lh，t为反应堆堆芯与蒸汽发生器几何中心两相段高度差；a0为堆芯流通面积；ai为自然循环核蒸汽供应***各部分流通面积；g为重力加速度；为自然循环平均流速，α为空泡份额；SP为单相段；TP为两相段。
第二方面，本申请实施例提供了一种自然循环核蒸汽供应***，包括：
自然循环载热子***，自然循环载热子***包括蒸汽发生器、反应堆压力容器、主循环泵、连接反应堆压力容器、蒸汽发生器的第一主管道、连接蒸汽发生器和主循环泵的第二主管道和连接主循环泵和反应堆压力容器的第三主管道；
反应堆压力容器包括反应堆，用于进行核反应；
蒸汽发生器包括第四主管道，第四主管道连接第一主管道和第二主管道，第四主管道上设置了至少一个倒流监测设备，用于实时检测蒸汽发生器的温度；
主循环泵的入口和出口之间设置了测压设备，用于利用测压设备实时检测主循环泵的入口和出口之间的压力；
蒸汽发生器包括主蒸汽阀，主蒸汽阀设置在蒸汽发生器上方的蒸汽管道上，在检测到温度大于第一阈值，且检测到蒸汽发生器产生蒸汽的情况下，打开蒸汽发生器的主蒸汽阀；
在倒流监测设备检测到蒸汽发生器的温度大于第二阈值，且测压设备检测到主循环泵的入口和出口的压力大于目标压力值的情况下，关闭主循环泵，并将堆芯功率调整到第二目标堆芯功率，以使自然循环核蒸汽供应***在第二目标堆芯功率进行单相流自然循环。
在一个可能实现的实施例中，还包括：
自然循环排热子***，自然循环排热子***包括余热排出换热器、电磁阀、连接余热排出换热器一次侧入口和第一主管道的第一余排一次侧管道和连接余热排出换热器一次侧出口和第三主管道的第二余排一次侧管道；余热排出换热器一次侧入口和余热排出换热器一次侧出口设置了电磁阀；
自然循环热阱子***，自然循环热阱子***包括热阱、电磁阀、连接余热排出换热器二次侧出口和热阱入口的第一余排管道和连接余热排出换热器二次侧入口和热阱出口的第二余排管道；热阱用于吸收自然循环载热子***中的热量。
在一个可能实现的实施例中，自然循环载热子***还包括稳压器，稳压器通过波动管连接到第一主管道上，用于稳定自然循环载热子***的压力；反应堆压力容器还包括测温设备，用于测量堆芯的温度；第二主管道上设置了流量测量设备，用于测量流量。
在一个可能实现的实施例中，所述蒸汽发生器的第四主管道采用倒U型传热管束。
在一个可能实现的实施例中，还包括：
所述反应堆压力容器内反应堆的上方设置了一体式蜂窝结构测温设备，用于测量所述反应堆的堆芯出口的温度。
在一个可能实现的实施例中，所述稳压器采用蒸汽稳压方式进行稳压；所述稳压器为圆筒型压力容器。
在一个可能实现的实施例中，所述圆筒型压力容器的底部设置了电加热器，用于通过电加热产生蒸汽，在所述圆筒型压力容器上方形成蒸汽空间以实现稳压。
在一个可能实现的实施例中，所述稳压器的顶部设置了喷淋装置，在所述自然循环核蒸汽供应***超压的情况下，通过所述喷淋装置降低压力。
在一个可能实现的实施例中，在所述稳压器内上方的蒸汽空间设置了压力传感器，用于测量所述稳压器的压力。
第三方面，本申请实施例提供了一种自然循环核蒸汽供应***的控制装置，自然循环核蒸汽供应***包括自然循环载热子***，自然循环载热子***包括蒸汽发生器、反应堆压力容器、主循环泵、连接反应堆压力容器、蒸汽发生器的第一主管道、连接蒸汽发生器和主循环泵的第二主管道和连接主循环泵和反应堆压力容器的第三主管道，反应堆压力容器包括堆芯；蒸汽发生器包括第四主管道，第四主管道连接第一主管道和书第二主管道，第一主管道上设置了至少一个倒流监测设备；主循环泵的入口和出口设置了测压设备；蒸汽发生器包括主蒸汽阀，主蒸汽阀设置在蒸汽发生器上方的蒸汽管道上；该装置包括：
检测模块，用于在基于第一目标堆芯功率进行核反应的情况下，利用倒流监测设备实时检测蒸汽发生器的温度，利用测压设备实时检测主循环泵的入口和出口的压力；
控制模块，用于在检测到蒸汽发生器的温度大于第一阈值，且检测到蒸汽发生器产生蒸汽的情况下，打开蒸汽发生器的主蒸汽阀；
控制模块，还用于在检测到蒸汽发生器的温度大于第二阈值，且主循环泵的入口和出口的压力大于目标压力值的情况下，关闭主循环泵，并将堆芯功率调整到第二目标堆芯功率，以使自然循环核蒸汽供应***在第二目标堆芯功率进行单相流自然循环。
在一个可能实现的实施例中，所述自然循环载热子***还包括流量测量设备，所述流量测量设备设置在所述第二主管道上，所述反应堆包括堆芯，所述装置还包括：
监测模块，用于利用所述流量测量设备实时监测所述第二主管道上单相流自然循环的流量；
所述控制模块，还用于在所述流量的偏移量小于第三阈值的情况下，控制缓慢增加所述反应堆的堆芯功率；
调节模块，用于调节反应堆压力容器出口的流体为两相流体，以建立所述自然循环核蒸汽供应***的两相流自然循环，其中，堆芯出口的热平衡含汽率小于第四阈值。
在一个可能实现的实施例中，所述自然循环载热子***还包括稳压器，所述稳压器通过波动管连接到所述第一主管道上；所述反应堆压力容器还包括测温设备，所述测温设备设置在所述反应堆的上方，在调节反应堆压力容器出口的流体为两相流体之前，所述装置还包括：
所述监测模块，还用于利用所述测温设备实时监测所述堆芯出口冷却剂的温度；
所述控制模块，还用于在反应堆出口冷却剂的温度到达饱和温度的情况下，控制稳压器的液位降低至第五阈值。
在一个可能实现的实施例中，在调节反应堆压力容器出口的流体为两相流体之前，所述装置还包括：
所述控制模块，还用于在所述流量的偏移量不小于第三阈值，或者所述流量的振幅出现周期性振荡的情况下，控制降低所述堆芯功率；
所述控制模块，还用于在降低所述反应堆的堆芯功率之后，若检测到流量的振幅变化在预设范围内，且所述流量的偏移量小于第三阈值，则控制停止降低所述堆芯功率；其中，振幅的周期性振荡包括振幅大于第六阈值的周期性振荡。
在一个可能实现的实施例中，所述装置还包括：
所述控制模块，还用于在所述自然循环核蒸汽供应***进行单相流自然循环或者所述自然循环核蒸汽供应***进行两相流自然循环，且控制增加堆芯功率的情况下，控制所述主蒸汽阀的开度线性增加，以使通过所述主蒸汽阀的蒸汽产量按照第一预定速率线性增加。
在一个可能实现的实施例中，还包括：
所述控制模块，还用于在所述自然循环核蒸汽供应***进行单相流自然循环或者所述自然循环核蒸汽供应***进行两相流自然循环，且控制减小堆芯功率的情况下，控制所述主蒸汽阀的开度线性减小，以使通过所述主蒸汽阀的蒸汽产量按照第二预定速率线性减小。
在一个可能实现的实施例中，还包括：
所述控制模块，还用于在所述堆芯功率减小到第三目标堆芯功率的情况下，控制所述主蒸汽阀的开度不变，以使所述自然循环核蒸汽供应***进行稳定的单相流自然循环或两相流自然循环。
在一个可能实现的实施例中，所述自然循环核蒸汽供应***还包括自然循环排热子***和自然循环热阱子***，所述自然循环排热子***包括余热排出换热器、电磁阀、连接余热排出换热器一次侧入口和第一主管道的第一余排一次侧管道和连接余热排出换热器一次侧出口和第三主管道的第二余排一次侧管道，所述余热排出换热器一次侧入口和余热排出换热器一次侧出口设置了所述电磁阀；所述自然循环热阱子***包括热阱、电磁阀、连接余热排出换热器二次侧出口和所述热阱入口的第二余排管道和连接余热排出换热器二次侧入口和所述热阱出口的第二余排管道，所述余热排出换热器二次侧入口和余热排出换热器二次侧出口设置了电磁阀；所述装置还包括：
所述控制模块，还用于在所述自然循环核蒸汽供应***断电的情况下，控制打开余热排出换热器一次侧入口和余热排出换热器一次侧出口的电磁阀，以及余热排出换热器二次侧入口和余热排出换热器二次侧出口的电磁阀，以使所述热阱导出所述自然循环载热子***中的热量。
在一个可能实现的实施例中，还包括：
在单相流自然循环情况下，驱动力和阻力满足以下条件：
其中，βgρΔTlh为驱动力，为阻力；ρ为堆芯入口流体密度；ΔT为反应堆堆芯与蒸汽发生器几何中心的温度差；β为流体热膨胀系数；f为单相流体摩擦系数；d为水力直径；K为局部阻力系数；li为分别为第一主管道、第二主管道、第三主管道的长度；lh为反应堆堆芯与蒸汽发生器几何中心的高度差；a0为堆芯流通面积；ai为自然循环核蒸汽供应***各部分流通面积；g为重力加速度；ur为自然循环流速。
在一个可能实现的实施例中，还包括：
在两相流自然循环情况下，驱动力和阻力满足以下条件：
其中，[βgρΔTlh，s+Δρgαlh，t]为驱动力，
为阻力；ρ为流体密度；ρg为汽相密度；Δρ为汽液相间密度差；μ为动力粘度；μg为汽相动力粘度；Δμ为汽液相间动力粘度差；ΔT为反应堆堆芯与蒸汽发生器几何中心的单相段温度差；β为流体热膨胀系数；f为单相流体摩擦系数；d为水力直径；K为局部阻力系数；li分别为第一主管道、第二主管道、第三主管道的长度；lh，s为反应堆堆芯与蒸汽发生器几何中心高度差；lh，t为反应堆堆芯与蒸汽发生器几何中心两相段高度差；a0为堆芯流通面积；ai为自然循环核蒸汽供应***各部分流通面积；g为重力加速度；为自然循环平均流速，α为空泡份额；SP为单相段；TP为两相段。
第四方面，本申请实施例提供了一种电子设备，设备包括：
处理器以及存储有计算机程序指令的存储器；
处理器执行计算机程序指令时实现上述任意一项的在自然循环核蒸汽供应***的控制方法。
第五方面，本申请实施例提供了一种计算机存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，计算机程序指令被处理器执行时实现上述任意一项的自然循环核蒸汽供应***的控制方法。
第六方面，本申请实施例提供了一种计算机程序产品，其特征在于，计算机程序产品中的指令由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行上述任意一项的自然循环核蒸汽供应***的控制方法。
第七方面，本申请实施例提供了一种核电站，包括如上述任意一项的自然循环核蒸汽供应***，或者如上述任意一项的自然循环核蒸汽供应***的控制装置，或者如上述的电子设备，或者如上述的计算机可读存储介质。
本申请实施例的自然循环核蒸汽供应***及其控制方法、装置和核电站，该方法包括：在基于第一目标堆芯功率进行核反应的情况下，利用倒流监测设备实时检测蒸汽发生器的温度，利用测压设备实时检测主循环泵的入口和出口的压力；在检测到蒸汽发生器的温度大于第一阈值，且检测到蒸汽发生器产生蒸汽的情况下，打开蒸汽发生器的主蒸汽阀；在检测到蒸汽发生器的温度大于第二阈值，且主循环泵的入口和出口的压力大于目标压力值的情况下，关闭主循环泵，并将堆芯功率调整到第二目标堆芯功率，以使自然循环核蒸汽供应***在第二目标堆芯功率进行单相流自然循环。如此，在温度和压力到达一定条件的情况下关闭主循环泵，不仅解决了因主循环泵运行造成的高能耗的问题，提高了自然循环核蒸汽供应***的运行效能，而且使得自然循环核蒸汽供应***以自然循环的方式进行稳定的运行，在第二目标堆芯功率稳定的倒出堆芯热量，确保反应堆的热量稳定输出，即使主循环泵发生故障，也不影响自然循环的过程，提高了堆芯及反应堆运行的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一个实施例提供的自然循环核蒸汽供应***的控制方法的流程示意图；
图2是本申请另一个实施例提供的自然循环核蒸汽供应***的结构示意图；
图3是本申请又一个实施例提供的自然循环核蒸汽供应***的结构示意图；
图4是本申请再一个实施例提供的自然循环核蒸汽供应***的控制装置的结构示意图；
图5是本申请再一个实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本申请的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本申请进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅意在解释本申请，而不是限定本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请更好的理解。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
核蒸汽供应***是核电站和核动力装置的主体，该***的核反应堆堆芯存在因核裂变产生的巨大能量，若堆芯内的能量不能顺利导出，则会导致堆芯超温超压，进而诱发核安全事故。
在现有的核蒸汽供应***中，一般采用强迫循环方式实现堆芯热量传输，即在反应堆一回路设置主循环泵，通过主循环泵驱动，使冷却剂循环流入堆芯，将热量通过蒸汽发生器传递至二回路***。
但是，核蒸汽供应***在调峰工况下，因主循环泵的运行造成了高能耗的问题，降低了核蒸汽供应***的运行效能，并且当主循环泵发生机械故障不能使用时，反应堆一回路冷却剂驱动力丧失，由主循环泵带动的强迫循环被迫中断，堆芯热量导出受到影响，堆芯及反应堆运行的安全性较低。为了解决现有技术问题，本申请实施例提供了一种自然循环核蒸汽供应***及其控制方法、装置和核电站。下面首先对本申请实施例所提供的自然循环核蒸汽供应***的控制方法进行介绍。
图1示出了本申请一个实施例提供的自然循环核蒸汽供应***的控制方法的流程示意图。
如图1所示，该方法应用于自然循环核蒸汽供应***，自然循环核蒸汽供应***包括自然循环载热子***，自然循环载热子***包括蒸汽发生器、反应堆压力容器、主循环泵、连接反应堆压力容器、蒸汽发生器的第一主管道、连接蒸汽发生器和主循环泵的第二主管道和连接主循环泵和反应堆压力容器的第三主管道；蒸汽发生器包括第四主管道，第四主管道连接第一主管道和第二主管道，第四主管道上设置了至少一个倒流监测设备；主循环泵的入口和出口之间设置了测压设备；蒸汽发生器包括主蒸汽阀，主蒸汽阀设置在蒸汽发生器上方的蒸汽管道上；本申请实施例提供的自然循环核蒸汽供应***的控制方法包括S110至S130。
S110、在反应堆压力容器内的反应堆基于第一目标堆芯功率进行核反应的情况下，利用倒流监测设备实时检测蒸汽发生器的温度，利用测压设备实时检测主循环泵的入口和出口之间的压力。
这里，反应堆包括堆芯，第一目标堆芯功率为一个提前设定好的堆芯功率，例如，第一目标堆芯功率为2％额定功率的堆芯功率。
在一些实施例中，基于第一目标堆芯功率进行核反应，对自然循环核蒸汽供应***进行升温升压。
在一些实施例中，蒸汽发生器包括一次侧和二次侧，其中，第四主管道为一次侧，第四主管道处于二次侧内，二次侧中包括饱和水，饱和水由二次侧入口进入，从二次侧出口以蒸汽的形式排出，用于吸收第四主管道中流体的热量。流体可以是冷却剂，流体在第一主管道、第二主管道、第三主管道、第四主管道、主循环泵和反应堆压力容器中循环流动。流体可以导出反应堆压力容器内反应堆进行核反应后的热量。
在一些实施例中，反应堆压力容器的出口与第一主管道的入口连接，第一主管道的出口与第四主管道的入口连接，第四主管道的出口与第二主管道的入口连接，第二主管道的出口与主循环泵的入口连接，主循环泵的出口与第三主管道的入口连接，第三主管道的出口与反应堆压力容器的入口连接。构成一个循环回路。
在本申请实施例中，第一主管道作为自然循环核蒸汽供应***的热段，第二主管道作为自然循环核蒸汽供应***的过渡段，第三主管道作为自然循环核蒸汽供应***的冷段。第四主管道作为蒸汽发生器的一次侧。
在一些实施例中，第四主管道上设置了至少一个倒流监测设备，作为一个示例，倒流监测设备可以设置在第四主管道的入口或出口，还可以设置在第四主管道的弯曲处。倒流监测设备包括温度传感器，可以测量第一主管道内的流体的温度分布。利用倒流监测设备实时检测蒸汽发生器内第四主管道的温度。这里，温度可以是至少一个倒流监测设备测得的温度的平均值，还可以是至少一个倒流监测设备测得的温度中的任意一个，也可以是最高值，在此不做限定。
在一些实施例中，在主循环泵的入口和出口之间设置了测压设备利用测压设备实时检测主循环泵的入口和出口之间的压力。
S120、在检测到蒸汽发生器的温度大于第一阈值，且检测到蒸汽发生器产生蒸汽的情况下，控制打开蒸汽发生器的主蒸汽阀。
这里，第一阈值是一个提前设定好的值，例如，第一阈值为120℃。
在一些实施例中，在检测到蒸汽发生器中第四主管道的温度大于第一阈值、且检测到蒸汽发生器产生蒸汽的情况下，控制打开蒸汽发生器的主蒸汽阀。
S130、在检测到蒸汽发生器的温度大于第二阈值，且主循环泵的入口和出口的压力大于目标压力值的情况下，控制关闭主循环泵，并将堆芯功率调整到第二目标堆芯功率，以使自然循环核蒸汽供应***在第二目标堆芯功率进行单相流自然循环。
这里，第二阈值是一个提前设定好的值，目标压力值是一个提前设定好的值。例如，第二阈值为180℃。
在一些实施例中，在检测到蒸汽发生器的温度大于第二阈值，且主循环泵的入口和出口的压力大于目标压力值的情况下，关闭主循环泵，以使自然循环核蒸汽供应***得运行方式由强迫循环转换到自然循环。这里，强迫循环指利用主循环泵达到的循环运行方式，自然循环指在不需要能动设备主循环泵的情况下达到循环运行方式。
在一些实施例中，关闭主循环泵的同时将堆芯功率调整到第二目标堆芯功率，以使自然循环核蒸汽供应***在第二目标堆芯功率维持单相流自然循环。利用堆芯内高温单相流体与蒸汽发生器一次侧内低温单相流体之间的密度差，驱动冷却剂实现单相自然循环运行。这里，第二目标堆芯功率是一个提前设定好的值，在第二目标堆芯功率下进行核反应，可以维持单相流自然循环。需要说明的是，单相流自然循环表征只有一种流体进行自然循环，流体为单相，可以是液相。
在一些实施例中，在单相流自然循环情况下，驱动力和阻力满足关系式(1)，实现单相流自然循环运行和热量传输，关系式(1)如下：
其中，βgρΔTlh为驱动力，为阻力；ρ为堆芯入口流体密度；ΔT为冷热芯(堆芯与蒸汽发生器几何中心)的温度差；β为流体热膨胀系数(kg/m^3·℃)；f为单相流体摩擦系数；d为水力直径；K为局部阻力系数；li为分别为第一主管道、第二主管道、第三主管道的长度；lh为冷热芯(堆芯与蒸汽发生器几何中心)的高度差；a0为堆芯流通面积；ai为自然循环核蒸汽供应***各部分流通面积；g为重力加速度；ur为自然循环流速。
这样，在温度和压力到达一定条件的情况下关闭主循环泵，不仅解决了因主循环泵运行造成的高能耗的问题，提高了自然循环核蒸汽供应***的运行效能，而且使得自然循环核蒸汽供应***以自然循环的方式进行稳定的运行，在第二目标堆芯功率稳定的倒出堆芯热量，确保反应堆的热量稳定输出，即使主循环泵发生故障，也不影响自然循环的过程，提高了堆芯及反应堆运行的安全性。
基于此，在一些实施例中，自然循环载热子***还包括流量测量设备，流量测量设备设置在第二主管道上，在上述S130之后，该方法还可以包括：
利用流量测量设备实时监测第二主管道上单相流自然循环的流量；
在流量的偏移量小于第三阈值的情况下，控制缓慢增加反应堆的堆芯功率；
调节反应堆压力容器出口的流体为两相流体，以建立自然循环核蒸汽供应***的两相流自然循环，其中，堆芯出口的热平衡含汽率小于第四阈值。
这里，第三阈值和第四阈值是提前设定好的值，例如第三阈值为10％，第四阈值为10％。
在一些实施例中，当主循环泵等能动设备发生机械故障或调峰运行工况下，根据蒸汽供给负荷的高低，自然循环核蒸汽供应***选择单相或两相流自然循环方式运行和热量传输。
在一些实施例中，在调峰运行工况下，分为低功率稳定运行和高功率稳定运行两种基本工况，低功率稳定运行工况下，所述自然循环核蒸汽供应***采用单相流自然循环方式运行和热量传输；高功率稳定运行工况下，自然循环核蒸汽供应***采用两相流自然循环方式运行和热量传输。
作为一个示例，在堆芯功率为低于10％(<10％)的额定功率下的稳定运行工况下或主泵故障工况下，自然循环核蒸汽供应***采用单相流自然循环方式运行和热量传输。
在另一个示例中，在堆芯功率为不低于10％(≥10％)的额定功率下的稳定运行工况下，自然循环核蒸汽供应***采用两相流自然循环方式完成运行和热量传输。
在一些实施例中，在自然循环核蒸汽供应***处于调峰运行工况或主循环泵故障工况的情况下，若流量的偏移量小于第三阈值且堆芯功率低于10％，则自然循环核蒸汽供应***进行单相流自然循环；在自然循环核蒸汽供应***处于调峰运行工况的情况下，若流量的偏移量小于第三阈值，且堆芯功率不低于10％的情况下，则自然循环核蒸汽供应***进行两相流自然循环。需要说明的是，若流量的偏移量小于第三阈值，则自然循环核蒸汽供应***进行稳定的运行。
在一些实施例中，在两相流自然循环情况下，驱动力和阻力满足关系式(2)，实现两相流自然循环运行和热量传输，关系式(2)如下：
其中，[βgρΔTlh，s+Δρgαlh，t]为驱动力，为阻力；ρ为流体密度；ρg为汽相密度；Δρ为汽液相间密度差；μ为动力粘度；μg为汽相动力粘度；Δμ为汽液相间动力粘度差；ΔT为冷热芯(堆芯与蒸汽发生器)的单相段温度差；β为流体热膨胀系数；f为单相流体摩擦系数；d为水力直径；K为局部阻力系数；li分别为第一主管道、第二主管道、第三主管道的长度；lh，s为堆芯与蒸汽发生器之间的冷热芯单相段高度差；lh，t为堆芯与蒸汽发生器之间的冷热芯两相段高度差；a0为堆芯流通面积；ai为自然循环核蒸汽供应***各部分流通面积；g为重力加速度；/>为自然循环平均流速，α为空泡份额；SP为单相段；TP为两相段。
需要说明的是，两相流自然循环表征有两种流体进行自然循环，两相(两种流体)可以包括汽相和液相，其中，液相可以是冷却剂，汽相可以是冷却剂的蒸汽。
在一些实施例中，在缓慢增加反应堆的堆芯功率加热的过程中，控制稳压器，通过排水降低稳压器液位，以提升稳压器的稳压效果。
这样，通过增加堆芯功率由单相流自然循环变为两相流自然循环，增加热量的产出，利用蒸汽发生器一次侧单相高密度流体与堆芯两相低密度流体之间的密度差，驱动冷却剂实现两相流自然循环运行，实现了自然循环核蒸汽供应***在调峰工况、故障工况下的连续稳定运行，避免了调峰工况下因能动设备运行产生能耗，同时避免了当主循环泵等能动设备发生机械故障因仓促停堆而造成的安全风险和经济损失，显著提高了反应堆运行效能。
基于此，在一些实施例中，自然循环载热子***还包括稳压器，稳压器通过波动管连接到第一主管道上；反应堆压力容器还包括测温设备，测温设备设置在反应堆的上方，在调节反应堆压力容器出口的流体为两相流体之前，该方法还可以包括：
利用测温设备实时监测堆芯出口冷却剂的温度；
在反应堆出口冷却剂的温度到达饱和温度的情况下，控制稳压器的液位降低至第五阈值。
这里，第五阈值是提前设定好的值，例如，第五阈值为30％。
在一些实施例中，测温设备分布在反应堆的堆芯正上方，与堆芯的尺寸是相同的。利用测温设备实时监测堆芯出口冷却剂的温度，在反应堆出口冷却剂的温度到达饱和温度的情况下，即堆芯出口冷却剂接近饱和，控制稳压器的液位降低至第五阈值。
这样，通过控制稳压器的液位，提升稳压器的稳压效果。
基于此，在一些实施例中，在调节反应堆压力容器出口的流体为两相流体之前，该方法还可以包括：
在流量的偏移量不小于第三阈值，或者流量的振幅出现周期性振荡的情况下，控制降低堆芯功率；
在降低反应堆的堆芯功率之后，若检测到流量的振幅变化在预设范围内，且流量的偏移量小于第三阈值，则控制停止降低堆芯功率；其中，振幅的周期性振荡包括振幅大于第六阈值的周期性振荡。
这里，第六阈值可以是提前设定好的一个值，例如，第六阈值为5％。
在一些实施例中，实时监控过渡段(第二主管道)的流量，若出现振幅为5％的周期性振荡或10％以上的流量偏移，则控制降低堆芯功率，以消除流量振荡或偏移。
需要说明的是，在增加堆芯功率的过程中，需要确保单相流自然循环维持稳定状态，且堆芯出口的热平衡含汽率小于第四阈值，直至堆芯功率到达产生需求热量的需求功率。
这样，通过监测流量，确保单相流自然循环维持稳定状态，在稳定状态下进一步增加堆芯功率至需求功率，建立两相流自然循环。
基于此，在一些实施例中，该方法还可以包括：
在自然循环核蒸汽供应***进行单相流自然循环或者自然循环核蒸汽供应***进行两相流自然循环，且控制增加堆芯功率的情况下，控制主蒸汽阀的开度线性增加，以使通过主蒸汽阀的蒸汽产量按照第一预定速率线性增加。
在一些实施例中，在自然循环工况下的变功率运行，低功率向高功率转变时，控制线性增加主蒸汽阀开度，使通过主蒸汽阀的蒸汽产量按照一定的速率线性增加，同时调节堆芯功率跟踪负荷变化。
这样，在***热量增加的同时，控制主蒸汽阀的开度线性增加，可以使得通过主蒸汽阀的蒸汽产量按照第一预定速率线性增加。
基于此，在一些实施例中，该方法还可以包括：
在自然循环核蒸汽供应***进行单相流自然循环或者自然循环核蒸汽供应***进行两相流自然循环，且控制减小堆芯功率的情况下，控制主蒸汽阀的开度线性减小，以使通过主蒸汽阀的蒸汽产量按照第二预定速率线性减小。
在一些实施例中，在自然循环工况下的变功率运行，由高功率向低功率转变时，控制线性减小主蒸汽阀开度，使通过主蒸汽阀的蒸汽产量按一定速度线性减小，同时调节堆芯功率跟踪负荷变化。
这样，在***热量减小的同时，控制主蒸汽阀的开度线性减小，以使通过主蒸汽阀的蒸汽产量按照第二预定速率线性减小。
基于此，在一些实施例中，该方法还可以包括：
在堆芯功率减小到第三目标堆芯功率的情况下，控制主蒸汽阀的开度不变，以使自然循环核蒸汽供应***进行稳定的单相流自然循环或两相流自然循环。
这里，第三目标堆芯功率是提前设定好的一个值，作为预定低功率Pmin。
在一些实施例中，当堆芯功率减小至预定低功率Pmin时，保持主蒸汽阀开度不变，等待自然循环达到稳定。
这样，在堆芯功率较小的情况下，控制主蒸汽阀的开度不变，以使自然循环核蒸汽供应***进行稳定的单相流自然循环或两相流自然循环。
基于此，在一些实施例中，自然循环核蒸汽供应***还包括自然循环排热子***和自然循环热阱子***，自然循环排热子***包括余热排出换热器、电磁阀、连接余热排出换热器一次侧入口和第一主管道的第一余排一次侧管道和连接余热排出换热器一次侧出口和第三主管道的第二余排一次侧管道，余热排出换热器一次侧入口和余热排出换热器一次侧出口设置了电磁阀；自然循环热阱子***包括热阱、电磁阀、连接余热排出换热器二次侧出口和热阱入口的第一余排管道和连接余热排出换热器二次侧入口和热阱出口的第二余排管道，余热排出换热器二次侧入口和余热排出换热器二次侧出口设置了电磁阀；该方法还可以包括：
在自然循环核蒸汽供应***断电的情况下，控制打开余热排出换热器一次侧入口和余热排出换热器一次侧出口的电磁阀，以及余热排出换热器二次侧入口和余热排出换热器二次侧出口的电磁阀，以使热阱导出自然循环载热子***中的热量。
这里，第一余排一次侧管道作为余排一次侧管道的热段，第二余排一次侧管道作为余排一次侧管道的冷段，余排一次侧管道包括连接余热排出换热器一次侧入口和第一主管道的管道和连接余热排出换热器一次侧出口和第三主管道的管道。第一余排管道作为余排二次侧管道的热段，第二余排管道作为余排二次侧管道的冷段，余排二次侧管道包括连接余热排出换热器二次侧出口和热阱入口的管道和连接余热排出换热器二次侧入口和热阱出口的管道。
在一些实施例中，自然循环核蒸汽供应***在发生全场断电事故时，自然循环载热子***、自然循环排热子***和自然循环热阱子***相互耦合及协同运行，将堆芯热量逐级非能动地传导至热阱。
在一些实施例中，全场断电事故工况下，自然循环载热子***与自然循环排热子***耦合，采用单相自然循环方式，将热量由堆芯传输至余热排出换热器一次侧。
在一些实施例中，全场断电事故工况下，自然循环排热子***与自然循环热阱子***耦合，采用两相自然循环方式，将热量由余热排出换热器二次侧传输至自然循环热阱子***。
作为一个示例，在发生全场断电事故时，控制打开余热排出换热器一次侧入口和余热排出换热器一次侧出口的电磁阀，以及余热排出换热器二次侧入口和余热排出换热器二次侧出口的电磁阀，自然循环核蒸汽供应***实施非能动余热导出的过程包括：
步骤一：全场断电事故工况后，主循环泵会立即断电关闭，自然循环载热子***中，堆芯与蒸汽发生器存在温差，建立单相流自然循环；
步骤二：余热排出换热器一次侧入口和余热排出换热器一次侧出口的电磁阀被开启，热流体从余排一次侧管道进入余热排出换热器，自然循环排热子***中，堆芯与余热排出换热器存在温差，建立单相流自然循环；
步骤三：余热排出换热器二次侧入口和余热排出换热器二次侧出口的电磁阀被开启，自然循环热阱子***中，余热排出换热器与热阱存在温差，建立两相流自然循环；
步骤四：三个自然循环耦合协同运行，将热量从反应堆的堆芯导出至热阱，实现非能动余热导出。
在一些实施例中，在发生全场断电事故时，自然循环排热子***通过余排一次侧管道与自然循环载热子***相连，余排一次侧管道入口与反应堆压力容器的出口相连，通过自然循环的方式从堆芯中流出的热流体进入余热排出换热器，经冷却后再通过余排一次侧管道出口流入自然循环载热子***的冷段(第三主管道)，实现自然循环载热子***与自然循环排热子***的热量传递。自然循环热阱子***通过余排二次侧管道与自然循环排热子***相连，热阱的入口与余排换热器二次侧出口相连，热阱的出口与余排换热器二次侧入口相连，通过自然循环的运行方式实现自然循环排热子***与自然循环热阱子***的热量传递。
这样，利用堆芯与蒸汽发生器的温度差建立单相流自然循环、利用堆芯与余热排出换热器的温度差建立单相流自然循环、利用余热排出换热器与热阱的温差建立两相流自然循环，在自然循环核蒸汽供应***发生全场断电事故时，自然循环载热子***、自然循环排热子***和自然循环热阱子***三个自然循环耦合协同运行，将堆芯热量逐级非能动地传导至热阱，实现了非能动余热稳定导出，有效缩短热量传输路径，规避蒸汽发生器相关事故风险，显著提高核反应堆的固有安全性。在发生全场断电事故时，实现了无外力驱动条件下核反应堆的堆芯余热的安全导出，确保多自然循环***耦合热量导出过程的稳定可靠，有效克服了二次侧非能动余热导出中热量传输路径长、设备风险高等问题，提高了反应堆的固有安全性。
在本申请提供的实施例中，构建了单相和两相流自然循环驱动力和阻力之间关系式，实现了单相和两项流自然循环运行和热量传输，利用自然循环载热子***自然循环运行，实现了自然循环核蒸汽供应***在调峰工况、故障工况下的连续稳定运行，解决当主循环泵等能动设备发生机械故障或调峰运行工况下自然循环控制问题，确保反应堆热量的稳定输出，解决主循环泵突发故障下的被迫停堆问题，有效降低因能动设备运行造成的高使用能耗，提高反应堆运行效能。
在本申请提供的实施例中，利用多子***(自然循环载热子***、自然循环排热子***和自然循环热阱子***)自然循环耦合协同运行，实现了自然循环核蒸汽供应***在调峰工况、故障工况下的连续稳定运行，以及在全场断电事故条件下核反应堆堆芯余热非能动导出，实现自然循环核蒸汽供应***的固有安全，显著提高自然循环核蒸汽供应***的使用效能，满足电、热、淡水和高温蒸汽等多种类型的能源需求。
基于上述实施例提供的自然循环核蒸汽供应***的控制方法，相应地，本申请还提供了自然循环核蒸汽供应***的控制***的具体实现方式。请参见以下实施例。
参见图2，本申请实施例提供的自然循环核蒸汽供应***包括：
自然循环载热子***210，自然循环载热子***210包括蒸汽发生器2101、反应堆压力容器2102、主循环泵2103、连接反应堆压力容器2102、蒸汽发生器2101的第一主管道2104、连接蒸汽发生器2101和主循环泵2103的第二主管道2105和连接主循环泵2103和反应堆压力容器2102的第三主管道2106；
反应堆压力容器2102包括反应堆，用于进行核反应；
蒸汽发生器2101包括第四主管道，第四主管道连接第一主管道2104和第二主管道2105，第四主管道上设置了至少一个倒流监测设备，用于实时检测蒸汽发生器的温度；
主循环泵的入口和出口之间设置了测压设备，用于利用测压设备实时检测主循环泵的入口和出口之间的压力；
蒸汽发生器2101包括主蒸汽阀，主蒸汽阀设置在蒸汽发生器2101上方的蒸汽管道上，在检测到温度大于第一阈值，且检测到蒸汽发生器2101产生蒸汽的情况下，打开蒸汽发生器2101的主蒸汽阀；
在倒流监测设备检测到蒸汽发生器2101的温度大于第二阈值，且测压设备检测到主循环泵2103的入口和出口的压力大于目标压力值的情况下，关闭主循环泵2103，并将堆芯功率调整到第二目标堆芯功率，以使自然循环核蒸汽供应***在第二目标堆芯功率进行单相流自然循环。
在一些实施例中，第一主管道2104作为自然循环核蒸汽供应***的热段，第二主管道2105作为自然循环核蒸汽供应***的过渡段，第三主管道2106作为自然循环核蒸汽供应***的冷段。第四主管道作为蒸汽发生器2101的一次侧。在热段(第一主管道2105)上设置电加热调控器，通过电加热使反应堆压力容器2102出口的流体变为两相流体。
在本申请提供的实施例中，在热段(第一主管道2105)上设置电加热调控器，采用非接触的电磁加热方式，避免增加管道的流动阻力，通过电加热使反应堆出口流体变为两相流体，以增加冷热流体密度差，提高自然循环驱动力。
在一些实施例中，蒸汽发生器2101可以采用立式自然循环倒U型管式蒸汽发生器，蒸汽发生器2101包括一次侧和二次侧结构，一次侧入口与第一主管道2104(热段)相连，一次侧出口与第二主管道2105(过渡段)相连，一次侧流体在倒U型传热管束(第四主管道)中流动，将热量传递给二次侧饱和水。
作为一个示例，反应堆压力容器2102包括反应堆，用于进行核反应，反应堆的堆芯包括核燃料组件，核燃料组件布置成17行和17列，每个核燃料组件为正方形燃料组件，包括排列成17行和l7列的264根核燃料棒、24根控制棒导向管和1根测量仪表管。
在一些实施例中，在蒸汽发生器2101的第四主管道上布置了至少一个倒流监测装置，自然循环运行条件下，蒸汽发生器2101的第四主管道会发生倒流，监测的第四主管道内的倒流情况，以获取的第四主管道的倒流分布情况。
作为一个示例，倒流监测设备包括测温套管、温度传感器、管座、密封件和螺母。测温套管可以采用柔性不锈钢管，温度传感器可以采用铠装热电偶，密封件采用鼓形镍垫，在第四主管道的入口、出口和弯曲处，分别布置温度测点，热电耦***至第四主管道中与第四主管道中工质接触，测温套管一端在传热管内壁，另一端由管座引出，穿过密封件并通过螺母压紧密封。由此获得第四主管道内流体的温度分布，判断第四主管道是否发生倒流。
如此，通过自然循环核蒸汽供应***的自然循环载热子***，解决在主循环泵等能动设备发生机械故障或调峰运行工况下，自然循环运行和热量输出过程中存在的安全隐患问题，可以实现针对自然循环低流量弱驱动力特征的运行过程的全面监测，以确保自然循环热量传输过程安全可靠。并且，解决了在主循环泵等能动设备发生机械故障或调峰运行工况下、反应堆出口冷却剂形成稳定两相流问题，以实现自然循环核蒸汽供应***自然循环运行和热量输出。
基于此，在一些实施例中，如图3所示，自然循环核蒸汽供应***还可以包括：
自然循环排热子***220，自然循环排热子***220包括余热排出换热器2201、电磁阀2202、连接余热排出换热器2201一次侧入口和第一主管道2104的第一余排一次侧管道2203和连接余热排出换热器2201一次侧出口和第三主管道2106的第二余排一次侧管道2204；余热排出换热器2201一次侧入口和余热排出换热器2201一次侧出口设置了电磁阀2202；
自然循环热阱子***230，自然循环热阱子***包括热阱2301、电磁阀2302、连接余热排出换热器2201二次侧出口和热阱2301入口的第一余排管道2303和连接余热排出换热器2201二次侧入口和热阱2301出口的第二余排管道2304；热阱2301用于吸收自然循环载热子***中的热量。
作为一个示例，余热排出换热器2201可以采用弧形突管结构，包括管程侧(一次侧)和壳程侧(二次侧)，所述管程侧包括入口管、入口腔室、传热管束、出口腔室和出口管，热流体从入口管进入入口腔室，依次通过传热管束、出口腔室和出口管；所述壳程侧包括入口通道、内壳、外壳和出口通道，冷流体依次通过入口通道、内壳和外壳限定的空间和出口通道换热器的换热管束为弧形结构。管程侧的入口管可以作为连接余热排出换热器2201一次侧入口的管道，管程侧的出口管可以作为连接余热排出换热器2201一次侧出口的管道；壳程侧的入口通道可以作为连接余热排出换热器2201二次侧入口的管道，壳程侧的出口通道可以作为连接余热排出换热器2201二次侧出口的通道。
在一些实施例中，自然循环热阱子***还包括两相流型调控器，在第二余排管道(余排二次侧热段管道)内设置两相流型调控器。两相流型调控器可在不依赖外部动力或电源的情况下，分割管道内因余热产生的大量蒸汽泡，将两相流体分离成液相和气相，将液相分割成小液团避免气泡聚集和破裂产生的剧烈冲击，实现管道内两相流型调控，确保自然循环热阱子***冷却剂流动的稳定性。
在一些实施例中，两相流型调控器，包括导流管、分离芯体，导流管中设置分离芯体，所述分离芯体包括若干同心套管和肋片，若干肋片均匀设置于同心套管外壁上并连接相邻的同心套管，若干肋片将同心套管之间分隔成若干截面积较小的扇形流道。两相流型调控器的导流管采用渐扩喷管或拉瓦尔喷管结构，并采用竖直向上或倾斜向上的安装方式；两相流型调控器的分离芯体采用渐扩筒体或球冠状结构形式。
在本申请提供的实施例中，两相流型调控器由导流管、分离梭和均流筛构成，导流管的渐扩喷管或拉瓦尔喷管采用竖直向上或倾斜向上的安装方式，以利于两相流体中气相的顺畅排出，解决非能动余热导出中因两相剧烈相变引起的水锤噪声问题；均流筛采用渐扩筒体或球冠状结构形式，有利于两相流体实现二次相分离。
两相流型调控器导流管中还可以设置分离芯体，对管道中的大气泡进行预先分割，有利于将两相流体分离成液相和气相，将液相分割成小液团，将气相分割成小气泡的效果；套筒式分离芯体由若干数量的同心管排列组合而成，利用同心管和肋片将截面积较大的环形通过进一步分隔成截面积较小的扇形流道，满足汽液分离效果。
如此，在发生全场断电事故时，实现了无外力驱动条件下核反应堆堆芯余热安全安静导出，确保多自然循环子***(自然循环载热子***、自然循环排热子***和自然循环热阱子***)耦合热量导出过程的稳定可靠，有效克服了二次侧非能动余热导出中热量传输路径长、设备风险高等问题，提高了反应堆的固有安全性。并且，解决了全场断电事故工况下传统二次侧非能动余热导出中热量传输路径长、设备风险高等问题，解决自然循环驱动力不足问题、以及在不依赖外部动力或电源的情况下两相流自然循环流动的不稳定性问题，实现反应堆的固有安全。
基于此，在一些实施例中，该***还可以包括：
自然循环载热子***还包括稳压器，稳压器通过波动管连接到第一主管道上，用于稳定自然循环载热子***的压力；反应堆压力容器还包括测温设备，用于测量堆芯的温度；第二主管道上设置了流量测量设备，用于测量流量。
在一些实施例中，稳压器采用蒸汽稳压方式，稳压器本体为圆筒型压力容器，容器底部设置电加热器，通过电加热产生蒸汽，在容器上部形成蒸汽空间以实现***稳压；稳压器顶部设置喷淋装置，在***超压时通过喷淋降低***压力。在稳压器上部蒸汽空间设置压力传感器，测量稳压器压力。
在一些实施例中，反应堆压力容器的堆芯正上方设置了一体式蜂窝结构测温设备。作为一个示例，测温设备包括测温组件、温度传感器，测温组件整体外形尺寸与堆芯组件尺寸一致，通过环形吊耳置于堆芯上方，在需要进行测温的核燃料组件位置设置“X”结构，通过“X”型结构和热电偶导向管对铠装热电偶进行固定，采用多个测温组件形成测温阵列，可以测量堆芯出口温度分布。
在一些实施例中，第二主管道上设置了流量测量设备，流量测量设备的出口通过第二主管道与主循环泵连接，用于测量不同堆芯功率下的自然循环流量。
作为一个示例，流量测量设备可以采用宽量程文丘里流量计，采用渐缩和渐扩结构，以降低涡流损耗和不可逆压损，其局部阻力系数小于1.0，可测量的最低流速达到0.1m/s。
在本申请提供的实施例中，在自然循环运行条件下，监测堆芯流量、堆芯温度、蒸汽发生器的第四主管道的温度、倒流情况和稳压器压力，实现了针对自然循环低流量弱驱动力特征的运行过程的全面监测，确保了在调峰工况、故障工况下以及全场断电事故时，自然循环核蒸汽供应***自然循环热量传输过程安全可靠。
在本申请提供的实施例中，提供了一种采用上述自然循环核蒸汽供应***的核电站，核电站还可以包括能量供应***，能量供应***包括汽轮机、发电机、冷凝器、大温差换热器、主蒸汽管道和支线蒸汽管道，汽轮机与主蒸汽管道相连，通过蒸汽做功带动发电机发电，实现电力输出；冷凝器和大温差换热器与支线蒸汽管道相连，通过多次换热为用户提供热水供给。是一种基于自然循环耦合协同运行的核电站，解决在主循环泵等能动设备发生机械故障或调峰运行工况下、全场断电事故下多个自然循环***耦合协同运行时的***控制问题，实现反应堆的固有安全，提高反应堆运行效能。通过多次换热为用户提供热水供给，可满足供电和供热等不同能源需求，显著提高自然循环核蒸汽供应***的使用效能。
基于上述实施例提供的自然循环核蒸汽供应***的控制方法，相应地，本申请还提供了自然循环核蒸汽供应***的控制装置的具体实现方式。请参见以下实施例。
参见图4，本申请实施例提供的自然循环核蒸汽供应***的控制装置400，自然循环核蒸汽供应***包括自然循环载热子***，自然循环载热子***包括蒸汽发生器、反应堆压力容器、主循环泵、连接反应堆压力容器、蒸汽发生器的第一主管道、连接蒸汽发生器和主循环泵的第二主管道和连接主循环泵和反应堆压力容器的第三主管道，反应堆压力容器包括堆芯；蒸汽发生器包括第四主管道，第四主管道连接第一主管道和书第二主管道，第一主管道上设置了至少一个倒流监测设备；主循环泵的入口和出口设置了测压设备；蒸汽发生器包括主蒸汽阀，主蒸汽阀设置在蒸汽发生器上方的蒸汽管道上；该装置包括：
检测模块410，用于在基于第一目标堆芯功率进行核反应的情况下，利用倒流监测设备实时检测蒸汽发生器的温度，利用测压设备实时检测主循环泵的入口和出口的压力；
控制模块420，用于在检测到蒸汽发生器的温度大于第一阈值，且检测到蒸汽发生器产生蒸汽的情况下，打开蒸汽发生器的主蒸汽阀；
控制模块420，还用于在检测到蒸汽发生器的温度大于第二阈值，且主循环泵的入口和出口的压力大于目标压力值的情况下，关闭主循环泵，并将堆芯功率调整到第二目标堆芯功率，以使自然循环核蒸汽供应***在第二目标堆芯功率进行单相流自然循环。
基于此，在一些实施例中，自然循环载热子***还包括流量测量设备，流量测量设备设置在第二主管道上，该装置400还可以包括：
监测模块，用于利用流量测量设备实时监测第二主管道上单相流自然循环的流量；
控制模块420，还用于在流量的偏移量小于第三阈值的情况下，控制缓慢增加反应堆的堆芯功率；
调节模块，用于调节反应堆压力容器出口的流体为两相流体，以建立自然循环核蒸汽供应***的两相流自然循环，其中，堆芯出口的热平衡含汽率小于第四阈值。
基于此，在一些实施例中，，自然循环载热子***还包括稳压器，稳压通过波动管连接到第一主管道上；反应堆压力容器还包括测温设备，测温设备设置在反应堆的上方，在调节反应堆压力容器出口的流体为两相流体之前，装置400还可以包括：
监测模块，还用于利用测温设备实时监测堆芯出口冷却剂的温度；
控制模块420，还用于在反应堆出口冷却剂的温度到达饱和温度的情况下，控制稳压器的液位降低至第五阈值。
基于此，在一些实施例中，在调节反应堆压力容器出口的流体为两相流体之前，装置400还可以包括：
控制模块420，还用于在流量的偏移量不小于第三阈值，或者流量的振幅出现周期性振荡的情况下，控制降低堆芯功率；
控制模块420，还用于在降低反应堆的堆芯功率之后，若检测到流量的振幅变化在预设范围内，且流量的偏移量小于第三阈值，则控制停止降低堆芯功率；其中，振幅的周期性振荡包括振幅大于第六阈值的周期性振荡。
基于此，在一些实施例中，装置400还可以包括：
控制模块420，还用于在自然循环核蒸汽供应***进行单相流自然循环或者自然循环核蒸汽供应***进行两相流自然循环，且控制增加堆芯功率的情况下，控制主蒸汽阀的开度线性增加，以使通过主蒸汽阀的蒸汽产量按照第一预定速率线性增加。
基于此，在一些实施例中，装置400还可以包括：
控制模块420，还用于在自然循环核蒸汽供应***进行单相流自然循环或者自然循环核蒸汽供应***进行两相流自然循环，且控制减小堆芯功率的情况下，控制主蒸汽阀的开度线性减小，以使通过主蒸汽阀的蒸汽产量按照第二预定速率线性减小。
基于此，在一些实施例中，装置400还可以包括：
控制模块420，还用于在堆芯功率减小到第三目标堆芯功率的情况下，控制主蒸汽阀的开度不变，以使自然循环核蒸汽供应***进行稳定的单相流自然循环或两相流自然循环。
基于此，在一些实施例中，自然循环核蒸汽供应***还包括自然循环排热子***和自然循环热阱子***，自然循环排热子***包括余热排出换热器、电磁阀、连接余热排出换热器一次侧入口和第一主管道的第一余排一次侧管道和连接余热排出换热器一次侧出口和第三主管道的第二余排一次侧管道，余热排出换热器一次侧入口和余热排出换热器一次侧出口设置了电磁阀；自然循环热阱子***包括热阱、电磁阀、连接余热排出换热器二次侧出口和热阱入口的第二余排管道和连接余热排出换热器二次侧入口和热阱出口的第二余排管道，余热排出换热器二次侧入口和余热排出换热器二次侧出口设置了电磁阀；装置400还可以包括：
控制模块420，还用于在自然循环核蒸汽供应***断电的情况下，控制打开余热排出换热器一次侧入口和余热排出换热器一次侧出口的电磁阀，以及余热排出换热器二次侧入口和余热排出换热器二次侧出口的电磁阀，以使热阱导出自然循环载热子***中的热量。
基于此，在一些实施例中，还包括：
在单相流自然循环情况下，驱动力和阻力满足以下条件：
其中，βgρΔTlh为驱动力，为阻力；ρ为堆芯入口流体密度；ΔT为反应堆堆芯与蒸汽发生器几何中心的温度差；β为流体热膨胀系数；f为单相流体摩擦系数；d为水力直径；K为局部阻力系数；li为分别为第一主管道、第二主管道、第三主管道的长度；lh为反应堆堆芯与蒸汽发生器几何中心的高度差；a0为堆芯流通面积；ai为自然循环核蒸汽供应***各部分流通面积；g为重力加速度；ur为自然循环流速。
基于此，在一些实施例中，还包括：
在两相流自然循环情况下，驱动力和阻力满足以下条件：
其中，[βgρΔTlh，s+Δρgαlh，t]为驱动力，
为阻力；ρ为流体密度；ρg为汽相密度；Δρ为汽液相间密度差；μ为动力粘度；μg为汽相动力粘度；Δμ为汽液相间动力粘度差；ΔT为反应堆堆芯与蒸汽发生器几何中心的单相段温度差；β为流体热膨胀系数；f为单相流体摩擦系数；d为水力直径；K为局部阻力系数；li分别为第一主管道、第二主管道、第三主管道的长度；lh，s为反应堆堆芯与蒸汽发生器几何中心高度差；lh，t为反应堆堆芯与蒸汽发生器几何中心两相段高度差；a0为堆芯流通面积；ai为自然循环核蒸汽供应***各部分流通面积；g为重力加速度；为自然循环平均流速，α为空泡份额；SP为单相段；TP为两相段。
本申请实施例提供的自然循环核蒸汽供应***的控制装置的各个模块，可以实现上述自然循环核蒸汽供应***的控制方法的各个步骤的功能，并能达到其相应的技术效果，为简洁描述，在此不再赘述。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种电子设备。
图5示出了本申请实施例提供的电子设备的硬件结构示意图。
在电子设备可以包括处理器501以及存储有计算机程序指令的存储器502。
具体地，上述处理器501可以包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，或者特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)，或者可以被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路。
存储器502可以包括用于数据或指令的大容量存储器。举例来说而非限制，存储器502可包括硬盘驱动器(Hard Disk Drive，HDD)、软盘驱动器、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)驱动器或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，存储器502可包括可移除或不可移除(或固定)的介质。在合适的情况下，存储器502可在综合网关容灾设备的内部或外部。在特定实施例中，存储器502是非易失性固态存储器。
存储器可包括只读存储器(Read Only Memory，ROM)，随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)，磁盘存储介质设备，光存储介质设备，闪存设备，电气、光学或其他物理/有形的存储器存储设备。因此，通常，存储器包括一个或多个编码有包括计算机可执行指令的软件的有形(非暂态)计算机可读存储介质(例如，存储器设备)，并且当该软件被执行(例如，由一个或多个处理器)时，其可操作来执行参考根据本公开的一方面的方法所描述的操作。
处理器501通过读取并执行存储器502中存储的计算机程序指令，以实现上述实施例中的任意一种自然循环核蒸汽供应***的控制方法。
在一个示例中，电子设备还可包括通信接口503和总线504。其中，如图5所示，处理器501、存储器502、通信接口503通过总线504连接并完成相互间的通信。
通信接口503，主要用于实现本申请实施例中各模块、装置、单元和/或设备之间的通信。
总线504包括硬件、软件或两者，将电子设备的部件彼此耦接在一起。举例来说而非限制，总线可包括加速图形端口(Accelerated Graphics Port，AGP)或其他图形总线、增强工业标准架构(Extended Industry Standard Architecture，EISA)总线、前端总线(Front Side Bus，FSB)、超传输(Hyper Transport，HT)互连、工业标准架构(IndustryStandard Architecture，ISA)总线、无限带宽互连、低引脚数(Linear PredictiveCoding，LPC)总线、存储器总线、微信道架构(MicroChannel Architecture，MCA)总线、***组件互连(Peripheral Component Interconnect，PCI)总线、PCI-Express(PeripheralComponent Interconnect-X，PCI-X)总线、串行高级技术附件(Serial AdvancedTechnology Attachment，SATA)总线、视频电子标准协会局部(VESA Local Bus，VLB)总线或其他合适的总线或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，总线504可包括一个或多个总线。尽管本申请实施例描述和示出了特定的总线，但本申请考虑任何合适的总线或互连。该电子设备可以执行本发明实施例中的自然循环核蒸汽供应***的控制方法，从而实现上述自然循环核蒸汽供应***的控制方法。
另外，结合上述实施例中的自然循环核蒸汽供应***的控制方法，本申请实施例可提供一种计算机存储介质来实现。该计算机存储介质上存储有计算机程序指令；该计算机程序指令被处理器执行时实现上述实施例中的任意一种自然循环核蒸汽供应***的控制方法。
本申请还提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品中的指令由电子设备的处理器执行时，使得所述电子设备执行实现上述任意一种自然循环核蒸汽供应***的控制方法实施例的各个过程。
本申请实施例中还提供了一种核电站，包括如上述任意一项的自然循环核蒸汽供应***，或者如上述任意一项的自然循环核蒸汽供应***的控制装置，或者如上述的电子设备，或者如上述的计算机可读存储介质。具体所涉及到的自然循环核蒸汽供应***、自然循环核蒸汽供应***的控制装置、电子设备和计算机存储介质与上述内容描述一致，此处不再赘述。
需要明确的是，本申请并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本申请的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本申请的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。
以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本申请的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、闪存、可擦除只读存储器(Erasable ReadOnly Memory，EROM)、软盘、只读光盘(Compact Disc Read-Only Memory，CD-ROM)、光盘、硬盘、光纤介质、射频(Radio Frequency，RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。
还需要说明的是，本申请中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或***。但是，本申请不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。
上面参考根据本公开的实施例的方法、装置(***)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本公开的各方面。应当理解，流程图和/或框图中的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合可以由计算机程序指令实现。这些计算机程序指令可被提供给通用计算机、专用计算机、或其它可编程数据处理装置的处理器，以产生一种机器，使得经由计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行的这些指令使能对流程图和/或框图的一个或多个方框中指定的功能/动作的实现。这种处理器可以是但不限于是通用处理器、专用处理器、特殊应用处理器或者现场可编程逻辑电路。还可理解，框图和/或流程图中的每个方框以及框图和/或流程图中的方框的组合，也可以由执行指定的功能或动作的专用硬件来实现，或可由专用硬件和计算机指令的组合来实现。
以上，仅为本申请的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的***、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。
Claims (32)
1.一种自然循环核蒸汽供应***的控制方法，其特征在于，应用于自然循环核蒸汽供应***，所述自然循环核蒸汽供应***包括自然循环载热子***，所述自然循环载热子***包括蒸汽发生器、反应堆压力容器、主循环泵、连接所述反应堆压力容器、蒸汽发生器的第一主管道、连接蒸汽发生器和所述主循环泵的第二主管道和连接所述主循环泵和所述反应堆压力容器的第三主管道；所述蒸汽发生器包括第四主管道，所述第四主管道连接所述第一主管道和所述第二主管道，所述第四主管道上设置了至少一个倒流监测设备；所述主循环泵的入口和出口之间设置了测压设备；所述蒸汽发生器包括主蒸汽阀，所述主蒸汽阀设置在所述蒸汽发生器上方的蒸汽管道上；所述方法包括：
在所述反应堆压力容器内的反应堆基于第一目标堆芯功率进行核反应的情况下，利用所述倒流监测设备实时检测所述蒸汽发生器的温度，利用所述测压设备实时检测所述主循环泵的入口和出口之间的压力；
在检测到所述蒸汽发生器的温度大于第一阈值，且检测到所述蒸汽发生器产生蒸汽的情况下，控制打开所述蒸汽发生器的主蒸汽阀；
在检测到所述蒸汽发生器的温度大于第二阈值，且所述主循环泵的入口和出口的压力大于目标压力值的情况下，控制关闭主循环泵，并将所述堆芯功率调整到第二目标堆芯功率，以使所述自然循环核蒸汽供应***在第二目标堆芯功率进行单相流自然循环。
2.根据权利要求1所述的自然循环核蒸汽供应***的控制方法，其特征在于，所述自然循环载热子***还包括流量测量设备，所述流量测量设备设置在所述第二主管道上，所述反应堆包括堆芯，所述方法还包括：
利用所述流量测量设备实时监测所述第二主管道上单相流自然循环的流量；
在所述流量的偏移量小于第三阈值的情况下，控制缓慢增加所述反应堆的堆芯功率；
调节反应堆压力容器出口的流体为两相流体，以建立所述自然循环核蒸汽供应***的两相流自然循环，其中，堆芯出口的热平衡含汽率小于第四阈值。
3.根据权利要求2所述的自然循环核蒸汽供应***的控制方法，其特征在于，所述自然循环载热子***还包括稳压器，所述稳压器通过波动管连接到所述第一主管道上；所述反应堆压力容器还包括测温设备，所述测温设备设置在所述反应堆的上方，在调节反应堆压力容器出口的流体为两相流体之前，所述方法还包括：
利用所述测温设备实时监测所述堆芯出口冷却剂的温度；
在反应堆出口冷却剂的温度到达饱和温度的情况下，控制稳压器的液位降低至第五阈值。
4.根据权利要求2或3所述的自然循环核蒸汽供应***的控制方法，其特征在于，在调节反应堆压力容器出口的流体为两相流体之前，所述方法还包括：
在所述流量的偏移量不小于第三阈值，或者所述流量的振幅出现周期性振荡的情况下，控制降低所述堆芯功率；
在降低所述反应堆的堆芯功率之后，若检测到流量的振幅变化在预设范围内，且所述流量的偏移量小于第三阈值，则控制停止降低所述堆芯功率；其中，振幅的周期性振荡包括振幅大于第六阈值的周期性振荡。
5.根据权利要求2所述的自然循环核蒸汽供应***的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述自然循环核蒸汽供应***进行单相流自然循环或者所述自然循环核蒸汽供应***进行两相流自然循环，且控制增加堆芯功率的情况下，控制所述主蒸汽阀的开度线性增加，以使通过所述主蒸汽阀的蒸汽产量按照第一预定速率线性增加。
6.根据权利要求5所述的自然循环核蒸汽供应***的控制方法，其特征在于，还包括：
在所述自然循环核蒸汽供应***进行单相流自然循环或者所述自然循环核蒸汽供应***进行两相流自然循环，且控制减小堆芯功率的情况下，控制所述主蒸汽阀的开度线性减小，以使通过所述主蒸汽阀的蒸汽产量按照第二预定速率线性减小。
7.根据权利要求6所述的自然循环核蒸汽供应***的控制方法，其特征在于，还包括：
在所述堆芯功率减小到第三目标堆芯功率的情况下，控制所述主蒸汽阀的开度不变，以使所述自然循环核蒸汽供应***进行稳定的单相流自然循环或两相流自然循环。
8.根据权利要求1所述的自然循环核蒸汽供应***的控制方法，其特征在于，所述自然循环核蒸汽供应***还包括自然循环排热子***和自然循环热阱子***，所述自然循环排热子***包括余热排出换热器、电磁阀、连接余热排出换热器一次侧入口和第一主管道的第一余排一次侧管道和连接余热排出换热器一次侧出口和第三主管道的第二余排一次侧管道，所述余热排出换热器一次侧入口和余热排出换热器一次侧出口设置了所述电磁阀；所述自然循环热阱子***包括热阱、电磁阀、连接余热排出换热器二次侧出口和所述热阱入口的第二余排管道和连接余热排出换热器二次侧入口和所述热阱出口的第二余排管道，所述余热排出换热器二次侧入口和余热排出换热器二次侧出口设置了电磁阀；所述方法还包括：
在所述自然循环核蒸汽供应***断电的情况下，控制打开余热排出换热器一次侧入口和余热排出换热器一次侧出口的电磁阀，以及余热排出换热器二次侧入口和余热排出换热器二次侧出口的电磁阀，以使所述热阱导出所述自然循环载热子***中的热量。
9.根据权利要求2所述的自然循环核蒸汽供应***的控制方法，其特征在于，还包括：
在单相流自然循环情况下，驱动力和阻力满足以下条件：
其中，βgρΔTlh为驱动力，为阻力；ρ为堆芯入口流体密度；ΔT为反应堆堆芯与蒸汽发生器几何中心的温度差；β为流体热膨胀系数；f为单相流体摩擦系数；d为水力直径；K为局部阻力系数；li为分别为第一主管道、第二主管道、第三主管道的长度；lh为反应堆堆芯与蒸汽发生器几何中心的高度差；a0为堆芯流通面积；ai为自然循环核蒸汽供应***各部分流通面积；g为重力加速度；ur为自然循环流速。
10.根据权利要求9所述的自然循环核蒸汽供应***的控制方法，其特征在于，还包括：
在两相流自然循环情况下，驱动力和阻力满足以下条件：
其中，[βgρΔTlh，s+Δρgαlh，t]为驱动力，
为阻力；ρ为流体密度；ρg为汽相密度；Δρ为汽液相间密度差；μ为动力粘度；μg为汽相动力粘度；Δμ为汽液相间动力粘度差；ΔT为反应堆堆芯与蒸汽发生器几何中心的单相段温度差；β为流体热膨胀系数；f为单相流体摩擦系数；d为水力直径；K为局部阻力系数；li分别为第一主管道、第二主管道、第三主管道的长度；lh，s为反应堆堆芯与蒸汽发生器几何中心高度差；lh，t为反应堆堆芯与蒸汽发生器几何中心两相段高度差；a0为堆芯流通面积；ai为自然循环核蒸汽供应***各部分流通面积；g为重力加速度；为自然循环平均流速，α为空泡份额；SP为单相段；TP为两相段。
11.一种自然循环核蒸汽供应***，其特征在于，包括：
自然循环载热子***，所述自然循环载热子***包括蒸汽发生器、反应堆压力容器、主循环泵、连接所述反应堆压力容器、蒸汽发生器的第一主管道、连接蒸汽发生器和所述主循环泵的第二主管道和连接所述主循环泵和所述反应堆压力容器的第三主管道；
所述反应堆压力容器包括反应堆，用于进行核反应；
所述蒸汽发生器包括第四主管道，所述第四主管道连接所述第一主管道和所述第二主管道，所述第四主管道上设置了至少一个倒流监测设备，用于实时检测所述蒸汽发生器的温度；
所述主循环泵的入口和出口之间设置了测压设备，用于利用所述测压设备实时检测所述主循环泵的入口和出口之间的压力；
所述蒸汽发生器包括主蒸汽阀，所述主蒸汽阀设置在所述蒸汽发生器上方的蒸汽管道上，在检测到所述温度大于第一阈值，且检测到所述蒸汽发生器产生蒸汽的情况下，打开所述蒸汽发生器的主蒸汽阀；
在所述倒流监测设备检测到所述蒸汽发生器的温度大于第二阈值，且所述测压设备检测到所述主循环泵的入口和出口的压力大于目标压力值的情况下，关闭主循环泵，并将堆芯功率调整到第二目标堆芯功率，以使所述自然循环核蒸汽供应***在第二目标堆芯功率进行单相流自然循环。
12.根据权利要求11所述的自然循环核蒸汽供应***，其特征在于，还包括：
自然循环排热子***，所述自然循环子排热***包括余热排出换热器、电磁阀、连接余热排出换热器一次侧入口和第一主管道的第一余排一次侧管道和连接余热排出换热器一次侧出口和第三主管道的第二余排一次侧管道；所述余热排出换热器一次侧入口和余热排出换热器一次侧出口设置了所述电磁阀；
自然循环热阱子***，所述自然循环热阱子***包括热阱、电磁阀、连接余热排出换热器二次侧出口和所述热阱入口的第一余排管道和连接余热排出换热器二次侧入口和所述热阱出口的第二余排管道；所述热阱用于吸收自然循环载热子***中的热量。
13.根据权利要求11或12所述的自然循环核蒸汽供应***，其特征在于，所述自然循环载热子***还包括稳压器，所述稳压器通过波动管连接到所述第一主管道上，用于稳定所述自然循环载热子***的压力；所述反应堆压力容器还包括测温设备，用于测量所述堆芯的温度；所述第二主管道上设置了流量测量设备，用于测量流量。
14.根据权利要求11所述的自然循环核蒸汽供应***，其特征在于，所述蒸汽发生器的第四主管道采用倒U型传热管束。
15.根据权利要求11所述的自然循环核蒸汽供应***，其特征在于，还包括：
所述反应堆压力容器内反应堆的上方设置了一体式蜂窝结构测温设备，用于测量所述反应堆的堆芯出口的温度。
16.根据权利要求13所述的自然循环核蒸汽供应***，其特征在于，所述稳压器采用蒸汽稳压方式进行稳压；所述稳压器为圆筒型压力容器。
17.根据权利要求16所述的自然循环核蒸汽供应***，其特征在于，所述圆筒型压力容器的底部设置了电加热器，用于通过电加热产生蒸汽，在所述圆筒型压力容器上方形成蒸汽空间以实现稳压。
18.根据权利要求17所述的自然循环核蒸汽供应***，其特征在于，所述稳压器的顶部设置了喷淋装置，在所述自然循环核蒸汽供应***超压的情况下，通过所述喷淋装置降低压力。
19.根据权利要求18所述的自然循环核蒸汽供应***，其特征在于，在所述稳压器内上方的蒸汽空间设置了压力传感器，用于测量所述稳压器的压力。
20.一种自然循环核蒸汽供应***的控制装置，其特征在于，所述自然循环核蒸汽供应***包括自然循环载热子***，所述自然循环载热子***包括蒸汽发生器、反应堆压力容器、主循环泵、连接所述反应堆压力容器、蒸汽发生器的第一主管道、连接蒸汽发生器和所述主循环泵的第二主管道和连接所述主循环泵和所述反应堆压力容器的第三主管道，所述反应堆压力容器包括堆芯；所述蒸汽发生器包括第四主管道，所述第四主管道连接所述第一主管道和书第二主管道，所述第一主管道上设置了至少一个倒流监测设备；所述主循环泵的入口和出口设置了测压设备；所述蒸汽发生器包括主蒸汽阀，所述主蒸汽阀设置在所述蒸汽发生器上方的蒸汽管道上；所述装置包括：
检测模块，用于在基于第一目标堆芯功率进行核反应的情况下，利用所述倒流监测设备实时检测所述蒸汽发生器的温度，利用所述测压设备实时检测所述主循环泵的入口和出口的压力；
控制模块，用于在检测到所述蒸汽发生器的温度大于第一阈值，且检测到所述蒸汽发生器产生蒸汽的情况下，打开所述蒸汽发生器的主蒸汽阀；
所述控制模块，还用于在检测到所述蒸汽发生器的温度大于第二阈值，且所述主循环泵的入口和出口的压力大于目标压力值的情况下，关闭主循环泵，并将所述堆芯功率调整到第二目标堆芯功率，以使所述自然循环核蒸汽供应***在第二目标堆芯功率进行单相流自然循环。
21.根据权利要求20所述的自然循环核蒸汽供应***的控制装置，其特征在于，所述自然循环载热子***还包括流量测量设备，所述流量测量设备设置在所述第二主管道上，所述反应堆包括堆芯，所述装置还包括：
监测模块，用于利用所述流量测量设备实时监测所述第二主管道上单相流自然循环的流量；
所述控制模块，还用于在所述流量的偏移量小于第三阈值的情况下，控制缓慢增加所述反应堆的堆芯功率；
调节模块，用于调节反应堆压力容器出口的流体为两相流体，以建立所述自然循环核蒸汽供应***的两相流自然循环，其中，堆芯出口的热平衡含汽率小于第四阈值。
22.根据权利要求21所述的自然循环核蒸汽供应***的控制装置，其特征在于，所述自然循环载热子***还包括稳压器，所述稳压器通过波动管连接到所述第一主管道上；所述反应堆压力容器还包括测温设备，所述测温设备设置在所述反应堆的上方，在调节反应堆压力容器出口的流体为两相流体之前，所述装置还包括：
所述监测模块，还用于利用所述测温设备实时监测所述堆芯出口冷却剂的温度；
所述控制模块，还用于在反应堆出口冷却剂的温度到达饱和温度的情况下，控制稳压器的液位降低至第五阈值。
23.根据权利要求21或22所述的自然循环核蒸汽供应***的控制装置，其特征在于，在调节反应堆压力容器出口的流体为两相流体之前，所述装置还包括：
所述控制模块，还用于在所述流量的偏移量不小于第三阈值，或者所述流量的振幅出现周期性振荡的情况下，控制降低所述堆芯功率；
所述控制模块，还用于在降低所述反应堆的堆芯功率之后，若检测到流量的振幅变化在预设范围内，且所述流量的偏移量小于第三阈值，则控制停止降低所述堆芯功率；其中，振幅的周期性振荡包括振幅大于第六阈值的周期性振荡。
24.根据权利要求21所述的自然循环核蒸汽供应***的控制装置，其特征在于，所述装置还包括：
所述控制模块，还用于在所述自然循环核蒸汽供应***进行单相流自然循环或者所述自然循环核蒸汽供应***进行两相流自然循环，且控制增加堆芯功率的情况下，控制所述主蒸汽阀的开度线性增加，以使通过所述主蒸汽阀的蒸汽产量按照第一预定速率线性增加。
25.根据权利要求24所述的自然循环核蒸汽供应***的控制装置，其特征在于，还包括：
所述控制模块，还用于在所述自然循环核蒸汽供应***进行单相流自然循环或者所述自然循环核蒸汽供应***进行两相流自然循环，且控制减小堆芯功率的情况下，控制所述主蒸汽阀的开度线性减小，以使通过所述主蒸汽阀的蒸汽产量按照第二预定速率线性减小。
26.根据权利要求25所述的自然循环核蒸汽供应***的控制装置，其特征在于，还包括：
所述控制模块，还用于在所述堆芯功率减小到第三目标堆芯功率的情况下，控制所述主蒸汽阀的开度不变，以使所述自然循环核蒸汽供应***进行稳定的单相流自然循环或两相流自然循环。
27.根据权利要求20所述的自然循环核蒸汽供应***的控制装置，其特征在于，所述自然循环核蒸汽供应***还包括自然循环排热子***和自然循环热阱子***，所述自然循环排热子***包括余热排出换热器、电磁阀、连接余热排出换热器一次侧入口和第一主管道的第一余排一次侧管道和连接余热排出换热器一次侧出口和第三主管道的第二余排一次侧管道，所述余热排出换热器一次侧入口和余热排出换热器一次侧出口设置了所述电磁阀；所述自然循环热阱子***包括热阱、电磁阀、连接余热排出换热器二次侧出口和所述热阱入口的第二余排管道和连接余热排出换热器二次侧入口和所述热阱出口的第二余排管道，所述余热排出换热器二次侧入口和余热排出换热器二次侧出口设置了电磁阀；所述装置还包括：
所述控制模块，还用于在所述自然循环核蒸汽供应***断电的情况下，控制打开余热排出换热器一次侧入口和余热排出换热器一次侧出口的电磁阀，以及余热排出换热器二次侧入口和余热排出换热器二次侧出口的电磁阀，以使所述热阱导出所述自然循环载热子***中的热量。
28.根据权利要求21所述的自然循环核蒸汽供应***的控制装置，其特征在于，还包括：
在单相流自然循环情况下，驱动力和阻力满足以下条件：
其中，βgρΔTlh为驱动力，为阻力；ρ为堆芯入口流体密度；ΔT为反应堆堆芯与蒸汽发生器几何中心的温度差；β为流体热膨胀系数；f为单相流体摩擦系数；d为水力直径；K为局部阻力系数；li为分别为第一主管道、第二主管道、第三主管道的长度；lh为反应堆堆芯与蒸汽发生器几何中心的高度差；a0为堆芯流通面积；ai为自然循环核蒸汽供应***各部分流通面积；g为重力加速度；ur为自然循环流速。
29.根据权利要求28所述的自然循环核蒸汽供应***的控制装置，其特征在于，还包括：
在两相流自然循环情况下，驱动力和阻力满足以下条件：
其中，[βgρΔTlh，s+Δρgαlh，t]为驱动力，
为阻力；ρ为流体密度；ρg为汽相密度；Δρ为汽液相间密度差；μ为动力粘度；μg为汽相动力粘度；Δμ为汽液相间动力粘度差；ΔT为反应堆堆芯与蒸汽发生器几何中心的单相段温度差；β为流体热膨胀系数；f为单相流体摩擦系数；d为水力直径；K为局部阻力系数；li分别为第一主管道、第二主管道、第三主管道的长度；lh，s为反应堆堆芯与蒸汽发生器几何中心高度差；lh，t为反应堆堆芯与蒸汽发生器几何中心两相段高度差；a0为堆芯流通面积；ai为自然循环核蒸汽供应***各部分流通面积；g为重力加速度；为自然循环平均流速，α为空泡份额；SP为单相段；TP为两相段。
30.一种电子设备，其特征在于，所述设备包括：处理器以及存储有计算机程序指令的存储器；
所述处理器执行所述计算机程序指令时实现如权利要求1-10任意一项所述的自然循环核蒸汽供应***的控制方法。
31.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时实现如权利要求1-10任意一项所述的自然循环核蒸汽供应***的控制方法。
32.一种核电站，其特征在于，包括：
如权利要求11至权利要求19任意一项所述的自然循环核蒸汽供应***，或者如权利要求20至权利要求29任意一项所述的自然循环核蒸汽供应***的控制装置，或者如权利要求30所述的电子设备，或者如权利要求31所述的计算机可读存储介质。
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| CN202410228711.8A CN118116637A (zh) | 2024-02-29 | 2024-02-29 | 自然循环核蒸汽供应***及其控制方法、装置和核电站 |
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