全厂断电事故下壳内热工水力与非能动安全壳热量导出系统耦合特性实验研究

为研究全厂断电始发的严重事故下安全壳内热工水力与非能动安全壳热量导出系统的耦合特性,本文利用PANGU安全壳综合试验装置研究了全厂断电事故工况下壳内温度分布特性、氦气分布特性以及壳内流场特性,并分析了非能动安全壳热量导出系统在安全壳与非能动安全壳热量导出系统耦合的复杂热工水力环境下的工作状态。结果表明:在全厂断电事故工况下,非能动安全壳热量导出系统具有足够的排热能力,能够保证安全壳的压力峰值小于设计值,且具有足够的安全裕量。随着事故进程的发展,壳内温度分布逐渐趋于均匀。氦气受到壳内内部环流的作用以及浓度扩散的影响,其分布不均匀性在氦气停止输入后逐渐降低。

CPR1000全厂断电事故瞬态特性分析

用RELAP5/MOD3.4程序对CPR1000压水堆一回路系统进行整体建模,分析全厂断电事故下一回路主要参数的瞬态热工水力特性,并将RELAP5模型计算结果与THEMIS程序的计算结果进行对比,二者符合得较好。计算结果表明:该模型可较准确地模拟CPR1000在事故下的热工水力特性。

先进堆非能动余热排出系统应对全厂断电事故的能力分析

采用RELAP5/MOD程序对先进堆全厂断电事故进行分析计算,论证非能动余热排出系统对事故的缓解能力。分析表明,先进堆在发生全厂断电事故后,完全能够依靠非能动余热排出系统导出堆芯余热,保证反应堆的安全;先进堆非能动余热排出系统的设计总体上是成功的。

池式研究堆高功率全厂断电事故分析

针对全厂断电事故的主要事件序列,采用RETRAN-02程序对某池式研究堆全厂断电事故的进程和关键热工参数进行分析,论证该反应堆对全厂断电事故的承受能力。分析表明,在发生全厂断电事故后,该反应堆能依靠主泵惰转、可靠电源供电的余热排除系统和自然对流方式导出堆芯的剩余发热,防止核安全事故的发生;由可靠电源供电的辅助冷却是缓解该事故的有效措施,其供电能力不小于1 h。

一体化先进堆全厂断电事故下非能动余热排出系统能力分析

中国核动力研究设计院(NPIC)设计的中国一体化先进堆(CIP)余热排出系统是非能动系统。采用RELAP5/MOD程序分析计算该堆全厂断电事故后堆芯核功率、堆芯平均温度、一回路和二回路压力,以及非能动余热排出系统功率随时间的变化,论证了非能动余热排出系统对事故的缓解能力。分析结果表明,CIP在发生全厂断电事故后,完全能够依靠非能动余热排出系统导出堆芯余热,保证反应堆的安全。

秦山核电厂全厂断电事故厂外后果分析

采用MELCOR和MACCS程序对秦山核电厂全厂断电事故的源项和厂外后果进行计算。该事故将引起厂外群体受到较大剂量的放射性照射,但辐照剂量不足以引发早期确定性健康效应。对可能采取的应急防护行动进行评估,确定最佳防护措施为：安全壳泄漏阶段实施隐蔽；若安全壳超压失效无法避免,应急计划区内应立即实施撤离。

CPR1000核电厂全厂断电事故缓解措施有效性分析

为防止发生高压熔堆,降低安全壳内氢气燃爆的风险,CPR1000型核电厂采取了一系列的严重事故缓解措施。应用新版的MELCOR 2.1程序,针对有无严重事故缓解措施条件下全厂断电(SBO)事故序列进行计算分析,模拟了事故进程中堆芯的状态,对事故过程中氢气的产生、分布及其行为进行了评估。分析结果表明,稳压器卸压功能延伸能够有效防止高压熔堆现象的发生,消氢系统通过在安全壳内的合理布置,可有效降低氢气爆炸的风险,防止了安全壳发生早期失效。

CPR1000核电厂全厂断电事故缓解措施有效性分析

为防止发生高压熔堆,降低安全壳内氢气燃爆的风险,CPR1000型核电厂采取了一系列的严重事故缓解措施。应用新版的MELCOR 2.1程序,针对有无严重事故缓解措施条件下全厂断电(SBO)事故序列进行计算分析,模拟了事故进程中堆芯的状态,对事故过程中氢气的产生、分布及其行为进行了评估。分析结果表明,稳压器卸压功能延伸能够有效防止高压熔堆现象的发生,消氢系统通过在安全壳内的合理布置,可有效降低氢气爆炸的风险,防止了安全壳发生早期失效。

全厂断电事故下封头熔池传热行为的研究

利用SCDAP/RELAP5系统程序对CPR1000核电厂进行了建模,并对全厂断电事故(SBO)的进程进行了模拟,分析了SBO中从堆芯开始裸露到完全裸露的熔化过程以及堆芯熔融物掉入下封头后下封头中熔池的传热行为。结果表明,熔融物在下封头形成一个混合层和重金属多孔介质层,且失效的位置在下封头侧部30°～40°位置(压力容器底部为0°)。

铅铋堆全厂断电事故下二次侧非能动余热排出系统特性研究

以俄罗斯SVBR-100铅铋堆二次侧非能动余热排出系统(PRHRS)为研究对象,采用RELAP5/MOD4.0程序建模开展全厂断电(SBO)事故下PRHRS的余热排出能力评价和参数敏感性分析。研究结果表明,在整个SBO事故中,关键参数燃料包壳峰值温度最高为816.35K,未超过安全限值,PRHRS能够及时导出堆芯余热;通过增大PRHRS水箱内置冷凝换热器换热面积可以增强PRHRS的余热排出能力。本研究建立的铅铋堆二次侧PRHRS安全分析模型和评价方法,可为我国铅铋堆PRHRS的设计和应用提供技术参考。

基于动态事件树的核电厂全厂断电事故分析

为解决传统事件树分析中缺少动态时间参数影响和较多依赖专家判断的不足,本研究使用动态事件树(DET)方法建立中国改进型三环路压水堆(CPR1000)核电厂全厂断电(SBO)事故响应模型。针对汽动辅助给水系统、交流电源恢复等分支节点建立时间相关分支,全面仿真事故分支结果,并计算分支概率与SBO事故下堆芯损伤的失效概率。计算结果表明,不同的汽动辅助给水系统运行时间与交流电源恢复时间对事故后果有明显影响,汽动辅助给水系统运行时间的增长可以延长电源恢复的时间窗口,但电源恢复时间存在上限,超过上限值则堆芯损伤不可避免。相比于传统事件树中计算得到的失效概率,动态事件树方法降低了失效概率值,挖掘出了潜在的安全裕度。

全厂断电事故下模块化小堆非能动余热排出系统实验研究

针对模块化小堆非能动安全系统(PRHRS)的设计特点,建立了非能动安全系统综合实验装置CREST。在CREST实验装置上,进行了全厂断电事故短期性能实验,研究了PRHRS的冷却能力及运行特性。研究结果表明:全厂断电事故发生后,PRHRS能正常启动,非能动余热排出冷却器和蒸汽发生器之间能形成0.4 t/h稳定的两相自然循环流量,并有效地将堆芯衰变热量和显热带入安全壳水池(CWT)。堆芯补水箱(CMT)中的冷水可以有效注入反应堆压力容器冷却堆芯。在事故过程中,一回路系统最高压力为16.3 MPa,低于安全阀开启压力16.9 MPa,堆芯冷却剂平均温度可以冷却至210℃以下,反应堆处于安全运行状态。

次临界能源堆全厂断电事故研究

针对次临界能源堆包层燃料结构,修改了MELCOR程序堆芯导热模型,建立次临界能源包层及其冷却回路的严重事故分析模型。在验证了建模方法合理性的基础上,用MELCOR程序开展全厂断电事故导致的严重事故响应特性研究。计算结果表明:包层燃料区功率密度越高,裸露时间越早,燃料熔化越快;内包层上部燃料区域首先出现熔化,外包层熔化时间稍晚,且熔化都发生在所在区域裸露2 h以后;锆水反应对事故进程影响明显,部分燃料区域锆水反应释热成为燃料温度持续升高甚至熔化的主要热源。

核电厂全厂断电工况下蒸汽发生器自然循环特性的比例分析

试验验证是支撑新型先进压水堆核电技术的设计和核安全审评的重要手段,考虑到建设1∶1尺度的试验装置会导致高昂的建造成本,通常会开展比例试验研究。为了保证比例试验装置的重要现象与原型核电厂的现象具有相似性,试验获得的数据可以支撑原型电厂的设计,需要开展充分的比例分析工作。基于比例分析的重要性,文章以非能动核电厂AP1000的全厂断电事故为研究背景,采用H2TS方法开展了比例分析,重点关注了主回路自然循环阶段蒸汽发生器(SG)内的热工水力学行为,获得了相应的相似准则,并进行了失真分析,得出以下结论:当SG的高度比和流通面积比与系统级的高度比和流通面积比一致时,SG装置的关键现象与原型SG的关键现象之间存在相似关系;采用等物性模拟全厂断电事故情况下,蒸汽发生器换热能力远大于堆芯衰变功率,能够满足堆芯冷却的功能需求,蒸汽发生器换热量不存在失真。

核电厂SBO事故小幅功率提升风险响应量化评估

传统的安全分析方法可用于量化显著的设计变更对核电厂运行的影响,但是对于小幅设计变更的风险变化并不能敏感合理量化。本文综合考虑认知不足不确定性及随机不确定性等多种不确定性的影响,运用风险指引的安全裕度特性分析(RISMC)方法论,整合现有的两种安全分析方法,以典型三回路压水堆的全厂断电事故中轴封失效为主因的序列为研究对象,着重分析电力恢复时间对事故后果的影响,计算额定功率工况和小幅功率提升(5%)工况下该事故序列的堆芯损伤频率。结果证明改进的方法能够计算得到更加真实的堆芯损伤频率,并且可以敏感量化小幅功率提升(5%)的风险响应。结合丧失热阱为主因的序列,全厂断电事故的风险重要序列的风险增长值为12.6%。

典型严重事故非能动安全壳冷却系统效果分析

先进压水堆采用非能动安全壳冷却系统(PCCS)在事故下维持安全壳完整性,包括重力喷洒形成安全壳外部水膜冷却和空气冷却流道中空气对流传热。针对严重事故下PCCS效果研究,建立了非能动压水堆安全壳及非能动安全壳冷却系统的传热分析模型(包括对流传热及蒸发/冷凝传热),并耦合反应堆主系统模型及专设安全设施模型。通过与西屋公司PCCS大尺度试验结果的比对验证了模型的可用性,进而针对非能动先进压水堆选取全厂断电、热段小破口失水始发事故作为典型严重事故序列,模拟了事故进程、主系统响应及安全壳的响应,分析了PCCS对安全壳的降温、降压作用。结果表明,安全壳压力72h内未超过安全限值,保持安全壳完整性。

核电厂严重事故下卸压对氢气产生的影响分析

研究了1 000MWe压水堆核电厂在典型的高压严重事故序列下卸压对氢气产生的影响。分析结果表明,开启1列、2列和3列卸压阀进行一回路卸压均会在堆芯熔化进程的3个阶段导致氢气产生率的明显增大:1)堆芯温度1 500～2 100K;2)堆芯温度2 500～2 800K;3)从形成由硬壳包容的熔融池(2 800K)到熔融物向压力容器下封头下落。开启卸压阀的列数越多,氢气产生率的增大越明显。

严重事故情况下环形燃料堆芯氢气产量分析

秦山Ⅱ期核电站反应堆堆芯采用环形燃料后,锆装量将增加约88%,在严重事故情况下,堆芯氢气产量的变化是一值得关注的问题。利用MELCOR程序模拟环形燃料堆芯,建立典型严重事故序列分析模型,分析结果表明:在堆芯熔化过程中,与传统棒状燃料堆芯相比,环形燃料堆芯氢气产量没有明显增加,使用环形燃料还能推迟事故进程,缓解事故后果。核电站采用环形燃料,不会增大氢气燃烧的风险。

CPR1000非能动余热排出系统流动不稳定性分析

利用RELAP5/MOD3.4程序对CPR1000非能动余热排出系统在全厂断电事故(SBO)下的流动特性进行分析,主要分析了非能动余热排出系统空气冷却器的布置方式和空气冷却塔的高度对蒸汽发生器(SG)二次侧流动不稳定性的影响。计算结果表明,水平布置的空气冷却器可以明显减小SG二次侧流动不稳定性;随着空气冷却塔高度增加,SG二次侧流动不稳定性减小;CPR1000在发生SBO后,非能动余热排出系统完全可以导出堆芯余热,保证反应堆处于安全状态。

中国实验快堆热钠池热分层现象研究

中国实验快堆(CEFR)在紧急停堆工况下,会在热钠池上部空间形成热分层现象。热分层出现后,由于上腔室底部存在大量的冷钠(相对而言),这将延缓一回路自然循环的建立。同时,冷钠的存在还会降低自然循环的流量,并对事故停堆后堆芯的冷却产生不利影响。因此,热分层现象应当引起广泛注意。从设备结构的完整性分析上看,快堆热分层现象的出现对堆容器和部分堆内构件是不利的,会使这些部件在结构内部形成明显的热应力,对堆的安全运行构成隐患。本文调研了国内外在该领域的研究状况,分析国外已有的实验研究和理论计算进展,并结合快堆现有的计算分析程序,对CEFR的热分层现象进行深入和较为全面的计算分析。通过计算分析可以看到,在全厂断电工况下,在热钠池的上部会初步形成稳定的热分层,分层界面位于中间热交换器入口的下方,但是热分层现象不会对堆的自然循环构成影响。