高温气冷堆热态功能试验中一回路加热动态特性研究

高温气冷堆反应堆压力容器堆内构件由石墨和碳化硼烧结陶瓷材料组成,热态功能试验过程中需对一回路堆内构件进行加热除湿。针对高温气冷堆一回路热试系统特点,采用COMSOL Multiphysics 5.4计算软件构建了压力容器、蒸汽发生器和主氦风机三维数值模型,并通过示范工程加热试验值验证了模型的可靠性,并获得了一回路加热过程中温度场动态特性。为了解决高温气冷堆示范工程一回路首次加热效率低的问题,提出了将辅助蒸汽通入到蒸汽发生器,并动态调整辅助蒸汽运行参数来加热一回路氦气的方法,结果表明:相较于主氦风机单独加热方式,外加辅助蒸汽热源可节省加热时间约31.3 h,同时可将堆芯最终平衡温度由250℃提高至265℃;在满足运行准则的前提下,更有利于碳砖和石墨堆内构件的除湿。该研究结果为高温气冷堆一回路热试提供了有力支持。

核电厂安全壳贯穿件焊缝自动超声检测系统开发

通过分析国内某核电厂贯穿件焊缝现场检查条件,阐述国内外现有管道检测装置的不适应性,本文提出了一种管道贯穿件对接全焊透环焊缝自动超声检测的技术方案,解决了该焊缝手动检查不可达的问题,实现了贯穿件管道狭窄空间内检测装置的快速安装和定位,操作简单、高效。采用开发的检测系统应用于某核电厂贯穿件焊缝在役检查,结果表明检测系统满足现场检查要求,验证了技术开发的有效性。

无人机载LaBr_(3)(Ce)探测器对点源的最小可探测活度研究

随着核能与核技术应用的不断发展,对无人机载航空测量设备提出了新的要求。LaBr_(3)(Ce)探测器以其优良的能量分辨率(<3%@661.2 keV)以及较高的探测效率受到了特别的关注。本文通过开展对LaBr_(3)(Ce)探测器的性能测试及无人机载飞行实验,对2″×φ2″英寸LaBr_(3)(Ce)探测器在不同条件下对点源的探测能力进行了研究。测试内容主要包括对LaBr_(3)(Ce)探测器的本底测试、探测效率测试、角响应测试等。飞行实验包括在不同辐射本底下的不同高度、不同速度、不同偏航距的飞行测试。确定了2″×φ2″英寸LaBr_(3)(Ce)探测器在K为557.01 Bq/kg、U为17.64 Bq/kg、Th为29.41 Bq/kg的辐射背景场下,不同飞行条件时探测器对~(137)Cs点源的最小可探测活度。

基于FMEA分析和可靠性建模计算的核电厂楔形闸阀预防性解体维修策略优化研究

以核电厂某核岛系统楔形闸阀为例,结合其使用环境、结构特点和运维检修数据分析,基于FMEA分析、风险管控评估和可靠性建模计算,对其预防性解体维修周期进行了优化评估。研究结果表明:该楔形闸阀具备解体周期延长条件,阀门解体周期延长对缩减核电厂不必要的维修资源投入、降低维修辐射剂量,以及缩短大修关键路径有直接贡献。

核电厂安全壳过滤排放系统文丘里洗涤器气溶胶净化性能分析

本文通过CFD数值模拟与实验相结合的方法,探讨了气相流速、系统压力对安全壳过滤排放系统文丘里洗涤器气溶胶净化效率的影响,并对系统运行提出指导性建议。研究表明,在0~20 m/s入口气相流速于0.1~0.6 MPa系统压力范围内,气相流速与系统压力的增大均可提高文丘里洗涤器引射能力,引射量的增大对气溶胶净化效率的提高具有促进作用。研究表明流速在16 m/s(即排放量3 519 m^(3)/h)之后净化效率达到最大值,建议系统排放风量应保持在3 502 m^(3)/h以上。

不溶性腐蚀产物在棒束通道内沉积的数值模拟

在压水堆运行期间,高压过冷态的冷却剂对燃料棒、堆内构件等部件进行冲刷,以及受管道流体加速腐蚀等效应的影响,堆内会产生不溶性的腐蚀产物,其在堆芯通道内的迁移、沉积会对压水堆的安全性和经济性产生显著影响。本研究提出了压水堆堆芯燃料棒束通道内颗粒沉积的数值模拟方法,基于单相流体标准k-ε模型和颗粒离散相模型,构建了粒状腐蚀产物流动沉积数学物理模型,结合颗粒流动-沉积特性实验的实验结果,验证了该模型的可行性和有效性,开展了不溶性粒状腐蚀产物在5×5带格架棒束通道中流动沉积研究,获得了粒状腐蚀产物在棒束通道内的沉积特性:流体中颗粒浓度在经过格架后明显减少;进口截面处的颗粒浓度在固体壁面较高,出口截面处的颗粒浓度则分布得更均匀;入口处棒束表面及壁面的颗粒沉积呈现为大面积附着沉积,格架表面、其余棒束表面和壁面的颗粒沉积呈现为点状附着沉积。

脉冲涡流检测中核电运行机组电磁干扰研究

脉冲涡流主要应用于壁厚的腐蚀检测工作,因其可在带保温的情况下进行检测工作而受到无损检测行业的关注。由于脉冲涡流对于在役运行的核电机组的检测,更容易受到电磁环境的干扰,研究从脉冲涡流检测信号的频谱分析入手,论证了核电在役机组低频电磁场干扰对检测信号的强干扰作用。研究在役机组空间电磁干扰的频谱识别,并通过实验验证了其对脉冲涡流时域检测信号的影响。根据研究结果,提出用检测信号与空间参考信号作差,来消除空间电磁干扰的差分检测模式,可较好地抑制在役机组的电磁干扰问题。在核电机组运行状态下,通过现场实验验证了探头差分模式下脉冲涡流在役检测效果。

COSINE两流体八方程子通道程序湍流交混与空泡漂移模型有效性验证

COSINE是我国自主研发的核电厂堆芯与系统安全分析的一体化软件包,其中子通道程序cosSubc-2F采用两流体,三相场(连续液相、液滴相和气相)的建模方法,除了连续液相和液滴相共用一个能量守恒方程外,其余各相均包含质量、动量和能量三个守恒方程,共计八个独立的守恒方程。在子通道程序中,燃料组件被划分为一定数目的平行子通道,这些通道并不是封闭的,它们之间由于压力梯度等因素的影响发生着流体的质量、动量和能量交换。作为通道间相互作用的关键模型,湍流交混与空泡漂移模型对于子通道程序模拟结果的准确性十分重要。文章详细介绍了子通道程序cosSubc-2F中的湍流交混与空泡漂移模型机理,选取一系列实验进行测试,程序中湍流交混与空泡漂移模型有效性得到了充分验证,并通过结果的对比分析,为模型的开发优化提出建议。

冷却塔对气载放射性核素扩散影响的计算流体力学数值模拟

核电厂的冷却塔在正常运行时,会将部分带有一定温度的水蒸气排放到出口,并与周围的空气相混合,一部分水蒸气遇空气冷凝形成可见雾羽。本研究利用计算流体力学方法对某核电站厂址6台核电厂机组及其配套冷却塔进行模拟,研究不同风向条件下6台冷却塔及其排放的雾羽对核电厂排放放射性扩散的影响。结果表明:冷却塔排列方向与风向一致时,冷却塔对环境流场的影响距离较大,主要影响下风向1500 m范围内。当冷却塔位于机组下风向时,冷却塔排放增大1000 m范围内烟囱污染物扩散因子。随环境风速增大,冷却塔排放对烟囱污染物扩散影响减小。

核电厂精处理系统有机氯污染的特征及处理

精处理系统用于去除核电厂二回路水中的杂质,普遍采用前置氢型阳床+混床的流程,当前置阳床失效后,需要用工业盐酸进行再生。根据田湾核电厂二号机组发生的精处理系统强酸性阳树脂被工业盐酸中含氯有机物(简称有机氯)污染,导致核电厂蒸汽发生器水质偏离的情况,分析了有机氯污染的排查方法及有机氯污染时的水质特征,提出了有机氯定性检测方法和有机氯污染后的处理措施。

游泳池式轻水反应堆池壁池底及关键构件老化评估

核反应堆老化问题是决定反应堆安全运行的重要因素之一。中国原子能科学研究院游泳池式轻水反应堆(简称49-2堆)是一座典型的延寿运行的研究堆,也是中国目前运行时间最长的反应堆,开展老化研究对评估其继续延寿运行具有重要意义。本文主要以游泳池式轻水反应堆池底池壁(L03铝材)作为研究对象,对某些点缺陷的腐蚀情况进行分析,结果表明,49-2堆一次水水质条件引起铝合金的化学腐蚀较小,通过水下摄像机的检查,发现点缺陷无扩大和其他性质的变化,同时对池底地脚螺栓的检测,发现螺栓腐蚀程度轻微,X射线探伤表明内部无结构损伤情况,可侧面判定反应堆池壁池底的腐蚀情况较为良好,不会产生破口失水事故的发生。该结果对许可证延续申请具有重要参考价值。

基于VAE的核电运行状态监测方法

由于核反应堆发电的特殊性,核电厂对于生产安全的敏感度远胜于普通电厂。作为日常运维的重要环节,核电机组运行状态监测,对于核电厂的安全稳定运行具有重要意义。当前核电机组状态监测主要采用预设固定阈值报警结合人工监盘的方式,这种方式无法发现低于报警阈值的异常状态,同时存在一定程度的漏报风险。核电运行数据作为高维海量时序数据,具有正常样本和异常样本分布不均衡以及数据缺乏标签的问题,这限制了有监督深度学习方法的使用。提出了一种基于变分自编码器(variational autoencoders,VAE)构建的无监督深度学习模型对真实运行数据进行异常检测,通过正常运行数据学习正常模式下数据在隐空间的分布,并基于异常数据无法被良好重构的原理,通过重构误差的大小来判别当前状态是否异常。实验以核电机组化学和容积控制系统(removal-chemical and volume control system,RCV)中的上充泵为例,使用真实运行数据结合插入异常的方式对模型进行了验证,并与经典机器学习方法进行了对比。实验结果表明基于变分自编码器的模型能够有效检测到核电真实数据中的异常数据片段及离群点,检测精确率和召回率均高于90%,检测性能相对孤立森林和支持向量机等经典机器学习算法具有优势,具备一定的实用价值和研究意义。

基于改进多种群遗传算法的核电热力系统参数优化

核电机组二回路热力系统是将热能转化为机械能并进行发电的关键部分,在保证安全的基础上提高其效率具有重要意义。对此,首先根据热平衡法建立热力系统的数学模型。其次,在多种群遗传算法的基础上增加并行机制与协同策略,结合自适应策略提出一种改进多种群遗传算法,并利用测试函数测试其寻优性能。最后,以机组循环热效率为目标函数,回热再热抽汽流量为决策变量,在约束条件下采用改进算法对热力系统进行优化设计。结果表明:改进多种群遗传算法比标准遗传算法与多种群遗传算法更有效率且收敛精度高;采用该优化算法后,机组循环热效率提高了1.18%。

大型池式钠冷快堆热功率的计算和不确定度分析

反应堆的核功率无法直接测量,通过测量中子注量率的大小来表征核功率的大小,因此核电厂通常采用热功率刻度反应堆的核功率。池式钠冷快堆冷却剂系统采用钠-钠-水3个回路的布置形式,与压水堆存在较大差异,由于系统配置的不同,热功率的计算方法与压水堆也存在一定差异。该文分析了大型池式钠冷快堆热功率的计算和不确定度分析方法,用于反应堆核功率测量仪表的标定。计算结果表明,对于大型池式钠冷快堆,热功率计算的不确定度在事故分析初始功率的保守假设之内。堆芯热功率的计算结果主要取决于蒸汽发生器的功率计算,其余各项对最终计算结果的影响小于1%。

HTR-PM主氦风机运行特性研究

高温气冷堆一回路冷却剂为氦气,且冷却剂流量需根据反应堆功率进行调节。针对国内外有关主氦风机运行特性的相关研究仅限于实验室,实际商用运行及测试数据欠缺的问题,本文通过高温气冷堆主氦风机的理论运行特性分析,获得主氦风机的转速与流量、压力升、功率的公式,并基于高温气冷堆主氦风机实际运行测试数据,获取实际运行状态下的管网阻力曲线,对风机实际运行特性进行评估,总结分析各因素对主氦风机运行产生的影响,对后续主氦风机安全稳定运行提供指导,为主氦风机进一步优化设计及高温气冷堆的可靠运行提供依据。

基于强化学习的核电数字孪生模型自动化同步研究

核电运行数字孪生系统与机组的高效同步是电厂运行优化的基础,是核电安全的重要保障。以核电蒸汽系统数字孪生模型为研究对象,提出了一种基于孪生延迟深度确定性策略梯度的自适应智能优化算法(TD3PSO),通过构建动作网络与动作价值网络,利用神经网络动态生成基本粒子群优化算法运行过程中所需要的超参数,实现超参数的自我探索,降低人工对算法的干预,解决基本粒子群优化算法容易陷入局部最优的问题。实验表明,TD3PSO算法优于基本粒子群优化算法,相比于人工调试的结果,在优化精度上提高了93.39%,自动化同步效果显著。

润滑油剪切流动对发电机不稳定振动影响分析

为研究核电站发电机组上发生的不稳定振动现象,建立了考虑润滑油剪切流动热效应的转子动力学分析模型。采用一维能量平衡方程求解润滑油在轴承微小间隙内流动引发的轴颈温差,将温差产生的等效热弯矩作用于转轴上,得到了发电机组转子弯曲变形。采用有限元法建立了弯曲转子在不平衡力激励下的动力学模型。研究结果表明,轴承间隙内润滑油剪切流动会导致轴颈截面出现温差。在核电机组轴承参数合理范围内,温差会达到10℃,其对振动的影响相当于发电机转轴上G2.5级不平衡量的影响。剪切流动产生旋转性不平衡量,导致振动波动。其对振动的影响和润滑油黏度、轴承间隙、偏心率和不平衡力等因素有关。减小润滑油黏度、增大轴承间隙、减小偏心率和不平衡量可以减小不稳定振动。开展了调节润滑油温工程验证试验,试验结果表明提高润滑油温以减小润滑油黏度,有助于减小不稳定振动,计算分析结果与工程实践结果一致。本研究建立的模型能够用于核电站发电机组不稳定振动分析。

基于数据驱动的核电站主给水泵故障预测研究

目前,核电站设备传感器每天都会产生大量的监测数据,但这些数据的利用程度较低,对于利用监测数据进行核电站重要设备的故障预测研究还处于探索阶段。针对这种情况,本文以核电站主给水泵作为研究对象,将表征主给水泵运行状态的各类监测数据进行预处理和降维,进而通过多个选定的机器学习模型预测设备在未来是否会发生故障。通过对预测模型的效果评估发现,长短时记忆网络模型(LSTM模型)具有较好的预测精度。当模型预测结果超过阈值时发出预警信息,提醒核电站运维人员加强关注,及时采取故障诊断和维修措施,以有效防止因设备的突然故障停运造成较为严重的后果,保证核电站的安全和经济运行。

IEC 63096核电厂仪控系统网络安全管控标准与国内等级保护相关标准的协调分析

伴随着全球工业数字化、网络化和智能化的发展,传统基于物理隔离的保护方式已无法确保核电厂仪控系统的网络安全。核电厂仪控系统遭受网络攻击不仅可能导致生产过程中断,还可能引起核安全事件,因此核电厂仪控系统网络安全已引起世界各国及相关国际组织的高度关注。国际电工委员会于2020年发布了关于核电厂仪控系统网络安全防范管控的国际标准IEC 63096,为核电厂仪控系统各相关方提供了基于网络安全防范等级和生命周期阶段的具体指引,用于指导核电厂实施网络安全管控措施,以预防、检测和处置网络攻击。同时,等级保护制度作为我国网络安全的基础制度,是国内各核电厂必须开展的规定工作。为此,本文分别对IEC 63096以及等级保护系列标准进行了介绍,重点对二者在安全等级及管控措施方面的协调性进行了分析,从而帮助核电厂在进行网络安全管控措施的部署时有效降低时间成本和投资成本。

核电厂联氨应用的探讨

为了控制系统设备和结构材料的腐蚀,核电厂一回路和二回路冷却剂系统均维持弱碱还原性水化学环境。联氨为一回路和二回路主要的化学添加剂,因其还原性,主要用来除氧、钝化、冲洗、缓蚀、事故后除碘等。本文介绍了核电厂中联氨的主要用途,并分别就一回路除氧、AVT(R)除氧、二回路冲洗钝化、蒸汽发生器湿保养、事故后除碘等展开讨论,最后针对联氨应用中存在的问题给出建议。