HTR-10氦净化系统设计

简要介绍了HTR-10氦净化系统的设计特点及调试方法。氦净化系统的关键设备、管路设计和计算机控制程序等通过系统调试得到了验证，试验表明设计是成功的。     

HTR-10一回路放射性核素在石墨上的吸附及其微观机理研究

通过巨正则系综方法与第一性原理计算,研究了100～900 ℃下,¹³⁴Cs、¹³⁷Cs、⁹⁰Sr、¹¹⁰Ag^m、¹³¹I 5种重要核素在石墨上的吸附率随温度、压强等参数的变化,并根据工程实际参数,推算他们在HTR-10一回路中反射层、石墨碳砖以及石墨粉尘上的吸附量。研究表明,Cs和Sr倾向于吸附在石墨的H位,而Ag和I倾向于吸附在石墨的T位,且他们的吸附能也有所差异。此外,核素粒子数密度与吸附率呈线性关系,而温度与吸附率呈指数关系。最后,通过研究5种核素在HTR-10一回路中的吸附情况,发现其中的放射性主要来自于核素¹³⁴Cs、¹³⁷Cs和¹³¹I,而⁹⁰Sr和¹¹⁰Ag^m的贡献较少,这与唯象模型的保守估计结论一致。     

HTR-10氦气流中石墨颗粒尺寸的估计

清华大学10MW高温气冷堆（HTR-10）采用石墨结构材料和石墨燃料元件,以及氦气冷却剂。由于结构部件的摩擦和磨损,反应堆一回路氦气流动中不可避免的带有石墨粉尘,这是反应堆设计中必须加以考虑的重要问题之一。本文根据凝并理论和颗粒学中的离散-分区模型（Discrete-Sectional Model,DSM）,建立了一种颗粒成长的计算方法,并对其进行了验证;同时运用该方法研究了HTR-10氦气流中石墨颗粒的发展情况,给出了氦气流中石墨颗粒在反应堆正常运行时的尺寸分布,并计算出石墨颗粒直径主要分布于10～20um,平均直径为12.9um。     

HTR-10蒸汽发生器中石墨粉尘重悬浮规律预测

以HTR-10中石墨粉尘聚集的重要场所蒸汽发生器(SG)为对象,通过数值计算获得SG中的流动参数,在此基础上采用Vainshtein重悬浮模型计算反应堆满功率运行情况下氦气流中石墨粉尘在SG中的重悬浮份额。结果表明,沿SG高度方向,摩擦速度逐渐增加,石墨颗粒重悬浮份额随之逐渐增大;石墨粉尘颗粒粒径越大,重悬浮份额越大;石墨粉尘随时间的重悬浮规律在SG不同区域均有短期效应和长期效应。     

HTR-10放射性石墨粉尘取样回路中过滤元件的效率研究

10MW高温气冷实验堆(HTR-10)中石墨构件摩擦磨损不可避免地会产生石墨粉尘,其上可吸附固体裂变核素,可能影响反应堆安全正常运行。为研究石墨粉尘的粒径分布、微观形貌以及其表面的吸附特性,在HTR-10一回路氦净化系统入口建造了配置高性能烧结金属粉末过滤元件的放射性石墨粉尘取样回路。为对放射性石墨粉尘的取样过滤结果进行研究,首先对过滤元件的过滤机理、压降特征以及过滤效率进行分析。设计并搭建实验装置对烧结金属粉末过滤元件的过滤效率进行测量,实验结果表明过滤元件能去除气流中的大部分粉尘,实现对HTR-10一回路氦气中放射性石墨粉尘等悬浮物的高效过滤取样。     

HTR-10备用主氦风机更换方案设计

采用备用磁轴承主氦风机替代目前使用的滚动轴承主氦风机是10 MW高温气冷堆(HTR-10)的重要技术革新.通过对两风机的比较及一回路舱室剂量场测量验证了操作可行性,提出了舱室内拆装和舱室外拆装两种更换方案,并使用三维数字模拟技术对两种方案进行了仿真.通过对安全性、工作难度、工作量等方面的综合评估,认为舱室外拆装方案可行性较强.     

HTR-10中石墨粉尘在热气导管中的沉积

分析了10Mw高温气冷堆(HTR-10)中的石墨粉尘在热气导管中的沉积情况,得到了石墨粉尘在热气导管中的沉积率.在分析计算中,考虑了石墨粉尘在热气导管中的紊流沉积和热泳沉积.计算结果发现,石墨粉尘在热气导管中的沉积量非常小,其主要原因是氦气的流速较高.     

石墨粉尘通过高温气冷堆堆芯球床结构的运动行为研究

高温气冷堆在运行过程中产生带有放射性的石墨粉尘,对反应堆的运行安全和环境安全造成一定影响。本文选取二维球床流场,采用离散相模型分析了堆芯球床结构对石墨粉尘颗粒的扩散和沉积的影响。计算结果表明:球床结构能有效阻碍石墨粉尘颗粒的扩散;沉积在球床结构上的石墨粉尘颗粒数目随堆芯内氦气流速的增加而增大,而由于受到颗粒惯性及热泳力的作用其增长趋势逐渐放缓;石墨粉尘颗粒在球床结构上的沉积效率随粒径的逐渐增加呈现"几乎不变-快速增长-缓速增长"的态势。     

HTR-10产生石墨粉尘量的估算及其尺寸分布

在10MW高温气冷堆(HTR-10)中,由于石墨构件的磨损会产生石墨粉尘,将影响反应堆的正常运行,石墨粉尘的产生主要来自堆芯、卸料管和装料管3个部位。本文在石墨磨损试验的基础上,保守地估算了HTR-10在正常运行工况下石墨粉尘的产生量(大约为2．74kg／年)。通过质量加权平均,给出了石墨粉尘的体积、面积和直径分布函数。     

HTR-10分散控制系统改造方案设计

10 MW高温气冷堆(HTR-10)的分散控制系统(DCS)执行对HTR-10的运行监测和控制功能.原DCS在设备可靠性、历史数据存储和转换等方面存在不足.根据HTR-10各工艺系统及控制对象的要求,分析了DCS的系统架构、功能和性能指标等;对I/O通道进行配置;提出以施耐德Quantum 67160系列产品为主要模件的多重冗余硬件平台以及分别以UNITY和iFIX作为系统软件平台和组态工具的配置方案;采用PTO模块完成对棒控和装卸料系统控制,使用智能仪表对交流采样方案进行改进,在通信网络中加设逻辑网关的办法实现第三方通信功能.该设计方案可有效解决HTR-10原DCS存在的问题,满足HTR-10对DCS的要求.     

10MW高温气冷实验堆电力系统

10MW高温气冷堆电力系统是为保障反应堆完成其安全目标和运行目标而设置的重要系统,本文介绍了10MW高温气冷堆电力系统的组成结构和配置,描述了电力系统在不同工况下的运行方式。     

HTR-10应急电力系统设计及其调试

在充分利用高温气冷堆所具有的良好固有安全性这一特点的基础上，以安全级不间断电源装置组成了静止式新型应急电源系统，从而大大地减化了系统，降低了投资，并显著地提高了系统的安全性和可靠性，本文全成介绍了10MW高温气冷实验堆（HTR－10）应急电力系统的系统功能，主要设计原则，系统组成以及应急电力系统的核心设备－安全级不间断电源装置的运行方式和安全特性，并系统地总结了应急电力系统的调试工作。     

高温气冷堆用石墨摩擦性能研究

采用标准摩擦试验机研究了3种石墨(兰州石墨、上海三高石墨和IG-11)的摩擦性能,并用电子扫描显微镜分析了摩擦表面。试验的环境气氛为氦气和空气。研究结果表明:在相同载荷作用下,3种石墨在不同环境气氛中表现出不同的摩擦性能。当滑动速度较大时,在空气环境中的摩擦系数高低依次为兰州石墨>上海三高石墨>IG-11;在氦气环境中的摩擦系数则为上海三高石墨>IG-11>兰州石墨。     

Primary System Aerodynamic Characteristics and Associated Circulator Operational Performance of HTR-10

The 10 MW high temperature gas-cooled reactor (HTR-10) has reached its first criticality in 2000 and is currently under testing for full power operation in the near future. The helium circulator test was carried out on both air and helium conditions with the same gas densities of 2.74 kg/m³ to measure the aerodynamic characteristics of the primary system and the operation performance of the circulator. This paper describes the test procedures and then analyzes the test results. Based on the test data, the aerodynamic characteristics of the primary system and associated operation performance of the circulator under real working condition of the HTR-10 are predicted. As a result, the helium circulator performance satisfies the aerodynamic and operational requirements of the HTR-10 primary system on real working condition by a considerable margin.     

HTR-10一回路流量变化试验的模拟

10 MW高温气冷实验堆(HTR-10)是我国第一座高温气冷堆。一回路流量变化试验是HTR-10的三个动态特性试验之一,该试验不仅证明了反应堆的功率自调节性能,也为系统分析程序的验证提供了实测数据。基于实际的试验工况,利用THERMIX程序对一回路流量变化试验进行了模拟,分析了反应堆主要参数的变化。关于反应堆功率,计算结果与试验结果符合得很好,证明程序能够满意地再现HTR-10在该试验中的动态特性。试验过程中,燃料元件中心最高温度始终低于1 230℃的温度限值。     

HTR-10智能化数字式过球计数系统

所介绍的过球数字化处理系统,采用智能的信号处理技术,实现了连续、准确的燃料球计数,并具有广泛的适应性、良好的界面、与堆上其他系统的兼容性、完善的诊断功能、低廉的成本、良好的可运行性和维护性。     

高温气冷堆蒸汽发生器中石墨粉尘重悬浮规律研究

高温气冷堆中石墨粉尘的运动规律对反应堆安全具有重要意义。本文采用数值模拟方法计算得到蒸汽发生器中的流场分布,在此基础上分析了蒸汽发生器中石墨粉尘重悬浮的规律。结果表明,对于粒径为0.1 μm的石墨粉尘,粉尘的重悬浮率几乎为0,对于粒径为1 μm以上的石墨粉尘,随着氦气流速的增大,蒸汽发生器中石墨粉尘的重悬浮率增大;在相同氦气流速下,随着石墨粉尘粒径的增大,石墨粉尘重悬浮率增大。     

高温气冷堆热气导管中石墨粉尘沉积特性分析

高温气冷堆中石墨粉尘的运动规律对反应堆安全具有重要意义。本工作采用计算流体力学方法得到热气导管中的温度场分布,在此基础上分析了热气导管中热泳沉积与湍流沉积的规律。结果表明,随着颗粒粒径的增大,热泳沉积率下降,而湍流沉积率则先减少后增大。通过比较30%FP及100%FP两种反应堆功率下的计算结果发现：反应堆功率为30%FP时对应的热泳沉积率更高,而反应堆功率为100%FP时,湍流沉积率增长更加迅速。当颗粒粒径较小时,热泳沉积与湍流沉积作用相当,颗粒粒径较大时,湍流沉积明显占主导地位。最后,采用最可几分布的粒径计算了热气导管中石墨粉尘总的沉积量,计算结果表明石墨粉尘沉积总量有限。