热管堆单根热管失效事故瞬态数值分析研究

热管冷却反应堆(热管堆)如果发生单根热管失效事故,可能会超过热管最大允许温度和功率并出现级联失效。本文以热管堆堆芯为研究对象,通过建立单根热管失效事故瞬态计算模型,利用ANSYS Mechanical APDL程序对不同工况单根热管失效事故进行了瞬态数值分析研究。结果表明:最恶劣工况是处于靠近外围热管失效的工况,基体最高温度为1314.16 K,芯块中心最高温度达到1352.49 K,热管最高工作温度为1149.84 K,均未超出容许工作温度限值,约123 s达到新的稳态;在最恶劣工况下,靠近中心的热管最高功率为83709.87 W,未超出热管传热极限范围,并能顺利达成新的稳态进行工作,不会有整体级联失效的风险。本文结果可为该堆型的设计提供热管失效事故的参考,并为堆芯结构设计奠定基础。

常压炉空气预热器热管失效原因及对策

中国石化洛阳分公司常减压蒸馏装置常压炉空气预热器热管存在严重的积灰和腐蚀问题。通过对翅片热管积灰成固和腐蚀原因分析,提出提高热管壁温、采用ND钢、热管外敷非金属材料、燃油中加添加剂以及增加除灰设施来减缓腐蚀。对减压炉空气预热器烟气出口端的10排热管进行了涂敷搪瓷处理,将常压炉空气预热器烟气侧中后部及出口13排热管更换为无机热传导热管,其中后10排热管材质升级为ND钢,并在常压炉预热器烟气侧增设燃气脉冲吹灰设施。运行表明,达到了防腐蚀并延长使用寿命的目的。

新型兆瓦级热管堆热管失效事故分析

热管堆具有良好的固有安全性,在堆芯概念设计初期,热管失效事故通常是需要被考虑的设计基准事故之一。本文基于FLUENT软件研究了一种新型兆瓦级热管堆堆芯的核热性能,建立了点堆中子动力学模型、堆芯及热管传热模型和堆芯内腔辐射换热模型,完成了三维堆芯额定工况和热管失效事故工况下的核热计算。通过将堆芯各组件的峰值温度与对应的材料熔点进行比较,对堆芯安全性能进行评估。结果表明:额定工况和单根热管失效事故下该堆具有良好的安全性;较严重的高功率区三根热管串级失效事故下内腔辐射换热不可忽略;同时,该堆不能承受高功率区的四根热管串级失效;通过将多根热管失效后的峰值温度与单根热管失效后的峰值温度比较,反映了该堆的良好固有安全性。

加热炉空气预热器热管失效原因分析

作者简单介绍了常减压装置加热炉空气预热器的结构、工作原理和优点。热管作为新型高效的传热无件,其导热系数是多属良导体(如银、铜、铝等)的103-104。作者重点就常减压装置加热炉的热管式空气预热器在使用过程中存在失效问题的原因进行了分析和解决。主要从烟气露点腐蚀、热管表面积灰、及操作不当等方面考虑,通过对加热炉空气预热器热管外壁积灰情况观察、积灰采样分析、日常操作情况等进行剖析,查找出导致热管式空气预热器热管失效的原因。分析了热管腐蚀的机理,提出了对燃料中硫含量、烟气氧含量及空气预热器热管安装面积等方面的要求。对热管积灰原因、灰垢成分及种类进行了阐述,提出了减少热管表面积灰的措施。根据上述分析提出了加强加热炉平稳操作,定期对空气预热器进行吹灰、热管与平面成90℃角度安装等方面来防止热管失效的措施。

10 kW低浓铀月表反应堆电源系统概念设计与分析

针对未来月球科研站所面临的能源需求问题,提出一种采用低浓化U-Mo合金燃料和热管冷却的月球表面反应堆电源系统的新型概念设计。低浓化U-Mo合金燃料技术成熟,在RERTR项目中被作为主要燃料而得到广泛使用。采用低浓化U-Mo合金燃料,能够有效降低核扩散的风险和简化相关部门的监管流程。反应堆的额定热功率为180 kW,输出电功率≥10 kW,设计寿命为10年。反应堆为Na热管冷却的快中子反应堆,采用控制鼓对堆芯反应性进行控制,堆芯热量通过Na热管传递到半Heusler型温差发电模块,废热由Hg热管辐射器翅片辐射到太空。基于蒙特卡洛程序RMC和CFD软件对反应堆堆芯物理及热工进行了初步计算和分析,针对温差发电器件的热电转换性能进行了优化设计,对热管失效等假想事故进行了分析评价。结果表明,该反应堆设计能够满足中子物理设计和临界安全的要求,在稳态工况下温差发电器件的热电转换效率能够达到7.60%,系统能够有效输出≥10 kW电功率,热管级联失效时能够满足热工安全要求。

覆层铝合金高频焊管热交换器的失效分析

热交换器用管的失效是热交换器失效的主要原因。通过采用爆破试验、金相试验以及电镜扫描等多种方式对某公司一批覆层铝合金高频焊管热交换器的散热管进行分析,找出了主要的失效原因,并提出了改进措施。

兆瓦级热管反应堆堆芯核热特性研究

基于美国MegaPower兆瓦级热管反应堆设计方案,本文利用蒙特卡罗软件OpenMC与有限元分析软件COMSOL开展堆芯核热特性研究。研究表明:堆芯轴向功率分布呈先升高后降低趋势,且下半段功率水平比上半段高。径向功率随径向距离的增大而降低,在靠近径向反射层处出现反弹升高,且这些区域的功率分布明显受转鼓组件的影响。“大小转鼓”的设计方案不利于兆瓦级热管反应堆的反应性控制。边界区域位置热管失效会造成更高程度的基体/燃料温度上升。3根热管失效工况下的燃料棒温升是2根热管失效的3.2倍。即使3根热管失效的极端事故工况下,堆芯基体及燃料棒峰值温度仍在安全限值内,表明兆瓦级热管反应堆这种固态导热堆芯的优越安全性。

电站煤粉锅炉受热面超温失效浅析

随着我国电力工业建设的迅猛发展,各种类型的大容量火力发电机组不断涌现,目前300MW、600MW的亚临界机组已成为我国各大电网的主力机组,1000MW超超临界机组也不断涌现。机组效率不断提高,锅炉煤耗逐渐降低,这就要求锅炉初参数也不断提高,锅炉结构及运行更加趋于复杂,受热面热管失效问题也凸显出来,受热面热管失效中尤以热管超温失效所占的比例较高。笔者从事电站锅炉检修、管理多年,从锅炉的设计因素、安装检修因素、运行因素几个方面对其超温失效原因进行简单的分析。

煤粉锅炉爆管故障诊断案例分析

电站锅炉是火力发电厂的三大设备之一,其安全状况决定了整个机组的安全性,锅炉事故中以四管故障为主。针对超超临界锅炉和高压锅炉两种等级的煤粉锅炉爆管故障进行诊断分析,通过对投产初期超超临界锅炉爆管事故统计分析,为锅炉的防爆防磨检查提供了依据;通过对高压锅炉正常运行期间过热器和再热器爆管的技术检验分析,诊断出爆管原因,并提出了防范措施。其研究结果可为电站锅炉的检修和检验提供借鉴和参考。

HP-STMCs空间堆堆芯稳态热工特性分析

以计算流体力学为基础,利用等效堆芯热管为传热边界条件,建立了热管冷却空间堆堆芯稳态热工分析的计算模型,并分析了HP-STMCs空间堆堆芯稳态热工特性。计算了HP-STMCs堆芯在均匀布置与非均匀布置、反应性控制鼓转向朝外180°和朝内0°详细功率分布及功率均匀分布时堆芯稳态温度场分布;研究了堆芯在1根热管失效下的安全传热特性。计算结果表明:当功率均匀分布时,堆芯温度分布较均匀,而在堆芯均匀布置时,堆芯温度局部过高;堆芯分三区装料非均匀布置时,堆芯温度分布展平,且在1根热管失效时,仅失效热管周围的燃料温度分布受影响,温升较大,最大温升为200 K。堆芯最热区出现在堆芯中心和周围区域,应当采用分三区装料非均匀堆芯布置,并当堆芯1根热管失效时,满足安全设计要求。

Probability of Failure Assessment in District Heating Network

The aim of this paper is to present works performed in HTC （Heat-Tech Center）, Research ＆ Development Centre of Veolia Group located in Warsaw regarding assessment of probability of failure in DHN （district heating network）. This work is a part of a project dedicated to develop a software which objective is to increase reliability of DHN. The research methods consisted of three approaches. First, using database of failures which happened in Warsaw DHN and repairing protocols from past 10 years, a statistics approach was applied to perform first analysis. The result was that pipelines with nominal diameter DN （nominal diameter） ≤ 150 had higher failure rate per km, than pipelines with DN 〉 150. The next step of research was to study influence of internal （corrosion caused by heat carrier, quality of materials） and external （stray currents） factor in order to assess its individual influence on failure rate of pipe and explain reasons of differences in failure rate. To end a FMEA （failure mode and＇effects analysis） will aim to identify the main failures modes appearing on DHN, to estimate the main causes of these failures and to propose the best solutions regarding the causes, the costs and the means available.

HP-STMCs空间堆堆芯典型瞬态热工分析

以计算流体力学(CFD)为基础,编写HP-STMCs空间堆堆芯功率瞬变模型和反应性反馈模型的用户自定义函数(UDF),开发堆芯瞬态分析程序SNPS-FTASR。对程序的正确性进行验证并得到满意的结果后,用SNPS-FTASR分析1个控制鼓误动作向堆芯引入正反应性和堆芯1根热管失效时的瞬态响应特性。结果显示:在1个控制鼓误动作引入正反应性时,堆芯功率先迅速升高后因堆芯反应性负反馈而缓慢上升,最终堆芯功率稳定在额定功率的121.3%。在堆芯1根热管失效时,堆芯UN燃料芯块的温度先迅速升高后因反应性负反馈使得堆芯功率迅速下降,最终堆芯功率稳定在额定功率的88.7%,堆芯最高温度较稳定状态上升约140 K,表明热管冷却空间堆在一个控制鼓误动作和1根热管失效时热工方面是安全的。