基于不同功率的非能动安全壳热量导出系统实验研究

“华龙一号”非能动安全壳热量导出系统(passive containment heat removal system,PCS)和“玲龙一号”非能动安全壳热量导出系统设计原理相同,但系统功能和设计准则不尽相同。为了掌握影响系统换热能力和运行的关键因素,本文结合不同项目的特点,从综合性能实验需求和实验结果等方面,研究、分析“华龙一号”非能动安全壳热量导出系统与“玲龙一号”非能动安全壳热量导出系统设计中的典型现象,发现降低冷却水箱水位可以提升系统的换热能力、改变冷管段阻力对系统的换热能力更敏感和冷管段隔离阀关闭方案在开启时可能会有一定的风险,从而提出后续优化研究和设计中需要重点关注的影响因素。文中结论可用于指导相关系统设计工作。

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。

失水事故下安全壳内热工水力与非能动安全壳热量导出系统耦合特性

为研究冷管段失水事故下安全壳内热工水力特性、非能动安全壳热量导出系统的耦合特性与失水事故后安全壳的响应特性,本文基于相似理论建立了一套大比例安全壳综合试验装置。通过该实验装置获得压力、壳内气体温度、壳内气体成分与浓度等参数,对安全壳大空间内温度分布、不凝结气体分布以及壳内流场的特性进行研究。结果表明:在安全壳与非能动安全壳热量导出系统耦合作用下,非能动安全壳热量导出系统具有足够的排热能力,可以确保事故工况下安全壳内压力得到有效抑制,壳峰值压力均低于设计限值,且具有足够的安全裕量。同时,随着喷放进入后期,壳内温度与不凝结气体分布的不均匀性逐渐降低,壳内呈现环流状态。本文也可为后续自主开发模拟带有非能动安全壳热量导出系统的安全壳内热工水力行为的程序提供有力的支持,进而提高我国核电设计能力与技术水平。

非能动安全壳热量导出系统热交换器不同安装方案的换热性能研究

为探究不同非能动安全壳热量导出系统热交换器安装方案对“华龙一号”安全壳热工特性的影响,本文通过MAAP等分析程序分析了事故后安全壳内不同高度上的气体和温度分布,并通过大比例安全壳模拟体开展了典型事故后安全壳热工水力试验研究,为理论研究提供了验证。结果表明:3个位置的换热器都能满足设计需求,但较低位置的热交换器具有更好的换热性能。本文可为未来不同非能动安全壳热量导出系统热交换器布置方案的工程实际应用提供设计依据。

“华龙一号”非能动安全壳热量导出系统研究

为了避免类似福岛核泄漏事故的再次发生,各国在第三代核电机组的设计中,考虑采用非能动安全技术。非能动安全壳热量导出系统是我国“华龙一号”最重要的非能动安全系统之一,是实现最高核电建设标准的重要保障。本文主要从系统方案设计、内部换热器热工水力特性分析、系统综合性能实验和安全壳热工水力耦合特性实验等方面对非能动安全壳热量导出系统研究工作进行了总结,介绍了所开展研究的主要内容、所建实验装置的概况和得出的主要结论。上述理论分析和实验验证表明:所开发的非能动安全壳热量导出系统的排热能力远大于设计要求。

非能动安全壳热量导出系统换热器部分失效对安全壳内热工参数的影响

为探究非能动安全壳热量导出系统换热器部分失效对安全壳内热工参数的影响,本文利用PANGU试验装置研究了在发生LBLOCA事故且部分非能动安全壳热量导出系统换热器失效的工况下,换热器部分失效对非能动安全壳热量导出系统的工作状态的影响以及壳内温度分布的影响。结果表明:发生LBLOCA事故时,在部分非能动安全壳热量导出系统被隔离的情况下,剩余的非能动安全壳热量导出系统排热功率显著增加,壳内峰值压力和长期稳定压力分别上升了约8.3%和13%,仍远低于壳内压力限值。在事故进程中,温度分布不均匀性主要出现在前期以及中期阶段,后其温度分布逐渐趋于均匀。

非能动安全壳热量导出系统GOTHIC模拟方法

为满足非能动安全壳热量导出系统带热能力和运行特性的分析,本文以“华龙一号”安全壳综合试验装置为研究对象,采用GOTHIC 3D模型对非能动安全壳热量导出系统进行模拟。通过试验结果对计算模型进行了验证,并用该计算模型对质能释放位置、下降段管径和汽水分离器等关键部件参数的影响进行了分析。结果表明:基于GOTHIC 3D模型的非能动安全壳热量导出系统模拟方法能够模拟出温度分层、闪蒸和自然循环流动不稳定性等现象,其计算结果与试验值的偏差均在±10%以内。本文建立的模拟方法能够用于非能动安全壳热量导出系统的分析,可作为其设计的辅助分析方法。

严重事故软件中非能动安全壳热量导出系统传热特性模型的开发与验证

针对“华龙一号”核电厂非能动安全壳热量导出系统在事故工况下与安全壳内高温高压气体之间的传热问题,本文介绍了自主化严重事故一体化分析软件PISAA中所建立的非能动安全壳热量导出系统传热特性模型,包括基本控制方程、换热器换热模型以及上升段的压降计算模型,并利用非能动安全壳热量导出系统系统性能综合实验对上述模型进行了验证。设计工况下的排热功率计算值与实验值误差为2.25%;非设计工况下,在二元和三元气体工况功率较高时,计算排热功率与实验值十分接近,而随着工况功率降低,计算排热功率略高于实验功率,计算偏差有所增大,但均在30%以内,满足一般的热工水力及严重事故计算需求。

非能动安全壳热量导出系统换热水箱水质研究

为解决“华龙一号”非能动安全壳热量导出系统(passive containment heat removal system,PCS)换热水箱长期静置后的水质管理问题,设计相应的水质管理方案。本文设计了2个水箱实验体进行对比实验,并通过定期取样获得了PCS水箱长期静置及加药后的水质变化参数。实验结果证明PCS设置的U型管水封能起到良好的隔离作用,保证了水箱本体的水质;添加双氧水能有效抑制水箱中钠、氯和硫酸根离子质量分数的增加。本文提出的水质管理方案为PCS水箱水质管理的运行提供了理论支持,并为核电厂非能动系统的安全运行提供了保障。

“华龙一号”非能动安全壳热量导出系统程序与STAR-CCM+程序耦合计算方法

为更好地对“华龙一号”(Hua-long pressurized reactor 1000,HPR1000)非能动安全壳热量导出系统(passive containment heat removal system,PCS)周围的流场和浓度场进行分析,针对HPR1000 PCS基于漂移流模型开发了一套一维自然循环瞬态计算程序,并将该系统程序与STAR-CCM+程序开展耦合计算研究。PCS程序读取来自STAR-CCM+程序计算的温度、压力及气体组分参数开展计算,并将PCS传热管温度作为返回值传递给STAR-CCM+程序,通过在PCS传热管壁面附近第一层网格内设置冷凝通量的方法将PCS冷凝量及冷凝对应能量从系统中移除。研究结果表明,采用经过验证的PCS程序和耦合计算方法对PCS空间进行计算分析,可以有效控制空间内的温度和压力,PCS周围形成明显的温度和浓度梯度。本研究建立的PCS程序与STAR-CCM+程序耦合计算方法能够用于后续HPR1000及华龙后续机型的PCS研究。

基于热管技术的非能动安全壳热量导出系统的数值研究

提出一种基于分离式热管技术的PCS水池长期非能动冷却方案,以实现安全壳在超出设计基准的事故工况下非能动排热。通过数值模拟研究了冷却水箱内的瞬态启动特性,讨论了管束布置、进口流量、进口距离对水箱内传热与流动的影响。结果表明,水箱内始终保持明显的热分层,不同位置处的蒸发管传热能力最大相差34.2%。随着进口流量从3.3 kg/s增加到10.0 kg/s,每个模块可以带走的热量也由0.353 MW增加到0.532 MW,压降由40.36 Pa增加到342.48 Pa;进口效应对正对进口位置及中间位置的管束影响较大。管束布置方式对水箱内的传热与流动影响很小。综合蒸发管传热量与压降的影响,进口位置到水池顶部距离h应当选择0.5 m。

非能动安全壳热量导出蒸汽排放装置实验研究

为了解决“华龙一号”非能动安全壳热量导出系统运行时水箱内蒸汽排放的问题,本文通过研究“华龙一号”的非能动安全壳热量导出系统的蒸汽排放装置,在理论分析的基础上,设计并开展了蒸汽排放装置的性能实验,提出蒸汽排放装置设计的关键要求,以指导工程项目中非能动安全壳热量导出系统蒸汽排放装置的设计。本文可为华龙系列后续工程中蒸汽排放装置的研究和设计提供指导和支持。

闭式安全壳非能动热量导出系统的多目标优化

基于一维两相均相流模型,开发了某概念性闭式安全壳非能动热量导出系统的稳态性能分析程序。基于遗传算法和非支配解概念,通过排序算法、拥挤距离以及最优解保留等策略,设计开发了基于遗传算法的非支配解多目标优化算法。利用所开发的多目标优化设计程序,对闭式非能动安全壳热量导出系统概念方案进行了多目标优化,结果表明,内外部换热器传热管径以及内部换热器传热管长是影响系统排热能力的关键参数,适当减小传热管管径、增加传热管管长有助于提高系统排热能力,本文所给出的优化方案可为工程设计提供参考。

冷凝水收集装置对非能动安全壳热量导出系统影响试验研究

非能动安全壳热量导出系统(PCS)作为三代核电厂重要的安全系统,用于事故后安全壳的非能动冷却。利用大型安全壳综合试验装置,可开展安全壳内复杂的热工水力现象与安全系统之间耦合行为的研究。本文利用大型安全壳综合试验装置开展了PCS换热器冷凝水收集装置对PCS排热影响及收集率试验。结果表明,在工况范围内,换热器下方安装冷凝水收集装置对PCS的换热能力没有明显的不利影响,且其收集率较高。

华龙一号非能动安全壳热量导出系统热工水力特性研究

本文针对华龙一号非能动安全壳热量导出系统(PCS),基于漂移流模型开发了一套一维自然循环瞬态计算程序。利用该程序对PCS内热工水力特性进行了分析研究,得到PCS自然循环流量、换热系数、换热器进出口温度、上升管路竖直段出口含气率及水箱水位等热工水力参数随PCS换热功率的变化。本文研究结果将为评估华龙一号PCS的换热能力提供可靠工具,对PCS的设计和改进也具有指导意义,并为后续开发能够模拟带有PCS的安全壳内热工水力行为的程序打下基础.

非能动安全壳热量导出系统设计方案及评价

非能动安全壳热量导出系统(PCS)是华龙一号(HPR1000)设计用来应对超设计基准事故工况的安全系统。本文描述了该系统总体配置方案的形成过程,分析了系统在缓解超设计基准事故工况及严重事故工况时的有效性,并从概率安全分析指引的角度,分析了系统对核电厂堆芯损坏频率和放射性物质大量释放频率的影响作用。结果表明:PCS对于提升HPR1000的严重事故预防和缓解能力具有明显的效果,可有效提升HPR1000的安全性。

基于遗传算法的闭式非能动安全壳热量导出系统排热能力优化

以闭式非能动安全壳热量导出系统(PCCS)概念方案为研究对象,基于一维两相均相流模型建立了评价该系统排热能力的物理模型,并开发了相应的计算程序;开发了基于遗传算法的优化设计程序;利用所开发的优化设计程序,对闭式PCCS概念方案的排热能力进行优化,给出了系统几何参数和运行参数的优化方向。结果表明:在所研究参数范围内,适当增加内部和外部换热器传热管径可增加系统排热能力;最佳外/内部换热器传热管数比为1.58。

非能动安全壳冷却系统启动策略试验研究

为研究非能动安全壳热量导出系统(passive containment heat removal system,PCS)启动策略,支撑电厂故障应对策略的制定,本文结合“华龙一号”PCS系统配置,提出了4种系统启动策略并开展详细研究,根据分析结果优选出2种方案进行试验研究。试验结果表明:PCS系统采用双阀开启方案或冷管段隔离阀关闭方案时能够获得较优的启动性能;采用双阀开启方案,系统启动过程较为平稳;采用冷管段隔离阀关闭方案,为避免在启动过程中发生故障,建议系统启动时换热器传热管内液体温度不要超过120℃。试验结果对“华龙一号”PCS系统启动规程的制定具有指导意义。

安全壳非能动热阱系统研究

为对国内具有自主知识产权的三代核电机组华龙一号进行持续优化研究,本文基于现有华龙一号非能动安全壳热量导出系统的配置,提出了一套全新的安全壳非能动热阱系统,用于执行设计基准事故下的安全壳热量导出功能。安全壳非能动热阱系统采用热容量大的冰作为非能动热阱,基于现有华龙一号的反应堆厂房布置,通过热量平衡计算,开展了冰室容量分析、冷水机组性能计算、安全壳非能动热阱系统应对设计基准事故的安全功能容量论证。计算结果表明:在现有非能动安全壳热量导出系统配套一定容量的冰后,安全壳非能动热阱系统能在24 h将安全壳的温度和压力控制在安全限值以内,确保安全壳的完整性。安全壳非能动热阱系统不依赖于动力电源,工艺系统简单,吸热效果显著,可有效提升应对设计基准事故的能力,同时可进一步简化现有华龙一号机组安全系统的配置,提升经济性。

“华龙一号”PCS系统对氢气风险的影响研究

“华龙一号”(Hualong pressurized reactor 1000,HPR1000)设置了多种严重事故预防与缓解措施,有必要对氢气风险控制相关的缓解措施与其他缓解措施综合作用下的氢气风险进行研究。利用严重事故一体化软件建立了“华龙一号”电厂模型,结合严重事故后安全壳内氢气可燃性判断准则,研究了典型事故后非能动安全壳热量导出系统(passive containment heat removal system,PCS)作用下的安全壳内氢气浓度分布,分析了PCS对严重事故后氢气风险的影响。研究结果可为“华龙一号”严重事故管理措施的有效性论证提供支持。