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。

高温气冷堆主氦风机变阻力工况调试方法

高温气冷堆主氦风机调试期间,由于一回路阻力低于设计工况,因而主氦风机无法完成全转速范围性能测试。基于主氦风机的理论特性与相似原理开发主氦风机不同阻力工况调试参数的推算方法。结合主氦风机单体试验工况点,准确推算主氦风机冷态与热态性能试验的工况点参数,并指导完成高温气冷堆主氦风机全转速、满功率性能测试。通过对主氦风机调试与出厂试验结果的对比分析,验证本推算方法的可行性,并给出空气介质与氦气介质工况转换的修正因子。通过主氦风机调试与运行数据的对比分析,可以看出本文提供的主氦风机调试工况具有足够的包络性,能够覆盖高温气冷堆运行期间主氦风机的所有运行工况,证明了本文提供的变阻力工况主氦风机调试方法满足高温气冷堆主氦风机性能验证需求,可用于指导后续高温气冷堆的主氦风机调试工作。

清华大学核研院研制5 MW低温核供热试验堆与10 MW高温气冷实验堆的工程技术创新

清华大学核能与新能源技术研究院(简称核研院)先后在1989年和2000年建成了5 MW低温核供热试验堆与10 MW高温气冷实验堆。在建堆过程中,清华大学核研院坚持设计创新与工具创新、工艺创新、工序创新密切结合,完成了一系列关键设备和零部件的制造与安装,使得整个工程项目顺利完工。在工程史研究中,技术工人做出的创新贡献并未引起学术界足够重视。本文表明,技术工人在工具、工艺、工序、制造与安装阶段的技术创新,亦是工程创新的重要保证。

双碳目标下高温气冷堆替代中小型火电的思考

碳达峰碳中和是我国一项重要的国家战略决策,“双碳”目标的提出给能源行业带来了深刻的变革,我国能源结构将进一步优化,电力行业必须实现低碳转型,新能源取代火电已成为必然。本文分析了新形势下火电企业面临的巨大挑战、发电规模受到限制、经营成本不断上升,尤其是中小型火电机组,面临着淘汰和关停的局面,而高温气冷堆具有固有安全性、发电效率高、用途广泛的显著特点,使其替代中小型火电成为可能。本文通过厂址适应性、技术可行性、经济可行性三方面,分析了高温气冷堆替代中小型火电的可行性,并从相关法律法规适用性、内陆厂址所带来的问题、开展公众沟通等方面提出建议。

高温气冷堆反应堆保护系统设计优化研究

高温气冷堆是具有固有安全和事故缓发等安全特点的第四代先进反应堆。文章以山东辛安高温气冷堆项目为基础,对反应堆保护系统传统的3层架构进行了介绍,同时基于安全级DCS“龙鳞”平台设计了实施方案,并对实施方案进行了优化研究。改进后的方案在维持原安全功能的前提下,减少了机柜数量,降低了设备成本,可推广应用于后续高温气冷堆项目反应堆保护系统。

浅谈高温气冷堆核电站气体湿度监控装置设计

本文描述了高温气冷堆核电站气体湿度监控装置的设计,该装置的组成包括:用于将一回路高温取样气体冷却至一定温度范围内的冷却控制单元;对冷却后的气体进行取样的取样单元;对取样单元内气体湿度进行检测的湿度探测单元。该装置的湿度探测单元包括感湿元件和用于将感湿元件输出信号转为反应堆保护系统可识别信号的信号转换电路,采用纯硬件结构实现湿度信号的采集和转换,满足了安全级设备的可靠性要求,响应速度快且实现放射性气体零排放。

球床式高温气冷堆旁流三维数值模拟

针对球床式高温气冷堆中散体布置的石墨砖等结构带来的旁流问题,数值模拟了高温气冷堆满功率稳态运行时卸料管、控制棒通道及窄缝中的旁流特征。通过结合华能集团自主研发的HN-750型球床式高温气冷堆的结构特点和流道特征,建立了包含窄缝、顶反射层、堆芯球床、底反射层及底部球腔的反应堆三维几何模型和近真实物理数学模型,生成了网格数为2.6亿的混合网格。结果表明,总旁流占总流量比例为29.25%,窄缝旁流占总流量比例为24.43%,并且呈现出回流特性,卸料管旁流占比3.87%,控制棒通道旁流占比0.95%。该研究考虑了非轴对称的进出口结构,是对现有的球床式高温气冷堆二维轴对称模型的补充和提升;该研究针对球床式高温气冷堆的大规模三维数值计算,为球床式高温气冷堆的热工水力优化和安全分析提供了丰富的数据支撑。

基于ANSYS的高温气冷堆主氦风机电机的抗震分析

高温气冷堆核电站主氦风机高温气冷堆核电站关键设备,主氦风机电机在地震工况下,可能会发生共振或定转子碰磨,给主氦风机的安全带来较大的危险。需要对主氦风机在地震有效载荷、产品重量、扭矩和单边磁拉力等多种载荷组合作用下进行抗震性能计算分析。首先建立了主氦风机整体有限元模型,进行了模态分析,然后采用响应谱法,计算了主氦风机整体的等效应力及定转子间隙相对变化,根据规范进行了安全评定。其次,对转子动力学进行分析了,获得了转子临界转速。根据计算结果,可见在上述载荷作用下,电机整体应力状况符合抗震要求。电机临界转速位于一阶和二阶临界转速之间,需要引起注意。

高温气冷堆技术在石化化工行业耦合应用的前景

高温气冷堆技术与石化化工行业耦合应用可助力我国构建清洁低碳安全高效的能源体系,促进石化和化工行业绿色低碳转型发展,但相关发展还处于初期水平。文章分析了高温气冷堆技术在石化化工领域耦合应用的必要性、可行性及实现路径,结果表明,耦合供蒸汽和热具有较好的经济性,替代自备中小火电宜采取热电联供方式;耦合甲烷等烃类蒸汽重整制氢技术是近期可与传统制灰氢技术成本持平的过渡性制氢技术;耦合热化学循环制氢技术中碘硫循环、高温蒸汽电解制氢技术远期更具发展前景。最后分析了耦合应用的主要挑战,并有针对性地提出了相关建议。

管道特殊件三维设计在高温气冷堆中的开发应用研究

高温气冷堆核电工程采用全陶瓷型包覆颗粒球形燃料元件,所以球路系统的阀门输送转换设备等管道特殊件和传统核电及化工厂所用的管件有很大区别,现有的三维设计软件模型库中没有此类管道特殊件模型,同时管道ISO图中也无法精准表达出这类特殊管件的ISO图符号。为解决此类问题,提高设计质量,基于Smart 3D三维设计软件对此类管道特殊件进行开发定制,以提高管道特殊件的三维模型精度和ISO图符号准确性及可读性。

高温气冷堆主设备重要经验反馈及设计优化

高温气冷堆因其自身独特的技术优势,有着广泛的应用场景,特别是随着石岛湾示范工程的正式商运,对高温气冷堆的经验反馈,特别是主设备的经验反馈进行总结显得尤为重要。本文结合高温气冷堆示范工程调试期间主设备的经验反馈,进行了总结提炼,并对后续60万kW高温气冷堆项目的设计优化展开说明,为后续高温气冷堆的发展提供了参考。

高温气冷堆主氦风机重要经验反馈及优化改进

主氦风机作为高温气冷堆核岛的核心设备之一,对高温气冷堆的安全稳定运行有着重要作用。本文结合20万高温气冷堆主氦风机的运行状况和经验反馈,对主氦风机的可靠性给予评价,并提出优化建议。

HTR-PM高温气冷堆乏燃料贮存系统检修辐射防护研究

针对HTR-PM高温气冷堆乏燃料贮存系统设备检修时的辐射防护问题,建立了乏燃料贮罐及其相关舱室的三维模型,采用蒙特卡罗方法评估计算了工作人员检修位置处的γ剂量率。结果表明:剂量率随评估点位与混凝土平台开口之间距离的增加而快速降低;由于屏蔽罩和混凝土楼板存在孔洞,导致乏燃料装料间混凝土平台孔洞正上方剂量率较高,考虑2倍安全系数,距离孔洞中心50 cm范围内剂量率都处于红区范围,应严格限制人员进入此区域;检修设备间内距离孔洞中心30~70 cm范围内点位的剂量率处于限定工作区(橙区),人员在此区域内的工作时间应尽量缩短。为保障安全,建议开展实体模拟培训,缩短作业时间;设置厚度不小于16 cm的铅砂临时屏蔽体,穿戴防护装备;对局部热点去污以降低源项强度。

高温气冷堆压力容器水压试验变形及应力应变测量技术

高温气冷堆压力容器是整个反应堆系统中最重要的设备之一,高温气冷堆压力容器出厂水压试验是高温气冷堆压力容器设计制造过程中的重要质量控制点之一。为取得反应堆压力容器水压试验时重要部位(诸如应变分析,应力分析的危险点)的应力和应变分布的实际数据,验证和掌握反应堆压力容器的密封性能、强度及制造质量;在水压试验中需对顶盖法兰和筒体法兰转动角度、顶盖法兰与上封头连接处的应变、反应堆压力容器筒身的外壁应变、热气导管管嘴法兰部位的应变、筒体下段与下封头部位的应力及变形等进行检测,并且需要远程控制传感器、读取测量值,对测量结果进行分析。“高温气冷堆压力容器水压试验变形及应力应变测量技术”可利用位移、倾角传感器、应变片等进行统一的控制,对试验过程长时间实时监控,实时显示测量数据并存储,同时对测量数据进行的分析,生成测试报告。

高温气冷堆堆芯约束结构评述及概念设计

由于核能的特殊性,核安全一直是所有人最为关心的问题。高温气冷堆作为四代堆的一种,以其固有安全性而备受青睐。2023年12月6日我国具有完全自主知识产权的国家科技重大专项高温气冷堆核电站示范工程顺利完成168小时持续运行考核,开始商业运行,意味着以固有安全为主要特征的先进核能技术实现了质的飞跃。本文回顾了各类高温气冷堆结构设计中典型的堆芯约束结构设计方案,评述了各类堆芯约束结构的特点。在此基础上,提出了一种基于陶瓷纤维材料的堆芯约束结构设计方案。

棱柱式高温气冷堆乏燃料贮存方案研究

介绍棱柱式高温气冷堆乏燃料贮存工艺方案,分析棱柱式乏燃料石墨组件特点,提出适于该类型乏燃料组件的贮存方案,为核能技术可持续发展提供支持。

清华大学核能与新能源技术研究院副教授梁金刚 创新高温气冷堆技术 守护中国核技术安全

中国于2020年9月在联合国大会上向全世界宣布,力争2030年前将二氧化碳排放达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和目标。这也就是我们现在所熟知的“双碳”目标。要实现这一目标并非简单利用科学的措施,而是国家推行的重大战略,会引起广泛而深刻的社会层面变革。

高温气冷堆陶瓷堆内构件热老化试验平台开发

目的 开发一种试验平台模拟高温气冷堆正常工况、氧化腐蚀工况和事故工况试验条件,研究陶瓷堆内构件的氧化腐蚀行为和长期服役热老化规律。方法 通过分析高温气冷堆陶瓷堆内构件服役环境特征,确定试验平台开发技术要求,其主要部件包括氧气流量控制器、氦气流量控制器、储气罐、反应气流量控制器、气体预热器、高温反应炉、气体循环泵、氦气纯化器、纯水罐、蠕动泵、真空泵、排气冷肼、在线气相色谱仪、在线露点仪等。结果 该试验平台可精确控制在冷却剂氦气中混入微量的O_(2)、H_(2)O杂质,研究反应时间、温度等因素的影响,还可模拟高温堆正常工况和蒸汽发生器传热管破裂进水事故工况条件,开展长达3000h以上的连续热老化试验。结论 该试验平台具有高精度、大尺寸、耐高温、耐长周期试验等优异特性,可模拟复杂多样的工况条件,开展热老化试验研究。

高温气冷堆蒸汽发生器机械式胀焊堵管接头残余应力计算及寿命预测

随着高温气冷堆服役温度和蒸汽压力的显著提高,高可靠性的堵管接头是保证蒸汽发生器安全运行的关键。为了分析高温气冷堆蒸汽发生器机械式胀焊堵管过程的残余应力及堵管接头的服役寿命,验证机械式胀焊堵管接头的可靠性。采用有限元软件模拟实际机械式胀焊堵管过程残余应力的产生,服役过程中残余应力的释放及蠕变-疲劳交互作用下的机械胀焊堵管接头的寿命。结果表明,机械式胀焊堵管过程中通过套筒发生的塑性变形和管板发生的弹性变形实现套筒和管板之间的密封,服役过程中残余应力迅速得到释放,能达到服役40年不泄漏的要求。基于Nims寿命计算的结果表明,高温端Incoloy 800H堵管接头的服役寿命超过40年,低温端T22堵管接头的服役寿命约为10年。该研究可以为高温气冷堆机械式胀焊堵管的工程实践提供参考。

高温气冷堆烟羽应急计划区的计算分析

该文介绍了我国关于核电厂应急计划区及其范围计算的基本要求。针对高温气冷堆的特点,选取了国内不同地区的典型气象条件,结合高温气冷堆的事故源项进行了后果评价和应急计划区的计算。计算结果表明,现有高温气冷堆的模块化设计具有高安全性,低事故放射性后果特点,综合不同气象条件,其包络的烟羽应急计划区范围为150m,在考虑2倍安全系数时,其烟羽应急计划区范围为200m。