压水堆核电厂消氢装置选用探讨

为消除核电厂在严重事故工况下积聚在安全壳内的氢气,需要在核电厂安全壳内增加消氢装置。本文分析了严重事故工况下目前主要采用的氢气点火器和非能动氢复合器的原理,并结合某核电厂增加非能动氢复合器改造的工程实践,给出了压水堆核电厂消氢装置选用方案。实践结果表明,此最优消氢方案既可以保证电厂安全,又可以节约成本,具有巨大的社会效益和经济效益。     

核电厂非能动氢气复合器消氢特性试验研究

根据非能动氢气复合器(PAR)的工作状态特点和启动阈值、停止阈值、消氢能力、点火阈值等关键特性参数的要求,设计建立能够模拟安全壳内事故环境条件、在非能动条件下开展PAR关键特性参数验证试验的试验装置,制定相应的试验方法,开展启动阈值试验、启动时间试验、消氢能力试验和点火阈值试验等,获得PAR的关键特性参数。试验结果表明:PAR关键特性在不同的试验参数条件下测试结果也不同;在制定PAR消氢特性参数要求时需要限定试验方法和试验参数条件,以便获得统一的、定量的PAR的消氢特性参数。     

大亚湾和岭澳核电站安全壳氢气风险及消氢措施有效性分析

使用MAAP程序计算大亚湾和岭澳核电站严重事故条件下安全壳内的相关质能释放和氢气源项;利用TONUS程序建立安全壳集总参数模型,计算分析氢气在安全壳内的分布情况;结合非能动氢复合器消氢性能、现场条件和氢气分布情况,提出氢复合器布置方案;借助TONUS和GASFLOW程序,分别使用集总参数法和CFD法,验证消氢方案的有效性。验证结果表明,安全壳内氢气浓度满足相关法规要求。     

安全壳消氢系统催化板效率试验影响因素分析

本文通过对某核电站安全壳消氢系统(EUH)非能动氢复合器催化板效率试验的试验方法和催化板本身特性的分析,确认对催化板消氢效率试验结果影响较大的因素,并且针对这些影响因素给出相应的应对措施。大修期间的试验数据表明本文给出的各项应对措施是非常有效的,对其他核电项目具有参考意义。     

大型干式安全壳消氢系统的初步设计

以岭澳核电站为分析对象,利用MELCOR和TONUS(CEA)程序进行分析计算,给出了初步的消氢系统设计方案,对不同核电站的消氢系统设计方案进行了对比和讨论.结果表明:安全壳内安装33个FR750型或者17个左右的FR1500型氢气复合器可以满足氢气控制要求.     

先进压水堆大破口始发严重事故下安全壳内氢气风险分析

本文采用集总参数法,在先进非能动压水堆核电厂严重事故一体化分析模型基础上,考虑先进压水堆非能动安全特性以及严重事故下采取熔融物堆内滞留(IVR)措施等特性对氢气风险的影响,开展了典型严重事故下安全壳内氢气风险分析。分别选取了冷段双端剪切断裂大破口、冷段大破口叠加IRWST重力注水有效以及ADS-4误启动三个典型大破口失水事故序列,对事故进程中的氧化温度、产氢速率以及产氢质量等特性进行了研究。选取产氢量最大的冷段大破口叠加IRWST重力注水有效事故序列,分析了氢气点火器系统的消氢效果。结果表明,堆芯再淹没过程产生大量氢气,采用点火器可有效去除安全壳内的氢气,从而降低氢气燃爆风险。     

重水堆核电厂典型严重事故氢气风险分析

核电厂严重事故下的氢气控制一直是核电厂关注的热点问题之一。本文采用重水堆一体化事故分析程序建立了主热传输系统(PHTS)模型、排管容器及端屏蔽系统、堆腔以及安全壳模型。分别选取代表高压熔堆和低压熔堆的全厂断电及出口集管大破口失水事故始发严重事故序列,从堆芯氧化产氢以及系统热工水力行为出发,对重水堆产氢特性及点火器的消氢效果进行了研究。分析表明:严重事故下随着堆芯冷却恶化,排管容器内发生锆水反应而产生氢气,排管容器和堆腔内的水对氢气产生有较长时间的抑止作用,随着排管容器和堆腔内水的逐渐烧干,排管容器蠕变失效,熔融堆芯落入堆腔发生堆芯熔融物与混凝土的相互作用而产生大量氢气。当氢气点火器失效时,安全壳隔间内氢气体积份额持续增加,存在燃爆风险;点火器开启时,隔间中的氢气混合气体在较低浓度下点燃,氢气燃烧模式处于慢速燃烧区。     

严重事故氢气燃爆缓解措施的初步研究

轻水堆核电站发生严重事故时,氢气的大体积氢燃爆可能会严重威胁安全壳的完整性.氢气点火器与氢气复合器是2种严重事故下的氢气燃爆缓解设备.本文分别研究了3种氢气燃爆缓解措施,包括仅采用氢气点火器、仅采用氢气复合器和采用氢气复合器结合点火器.结果表明,采用氢气复合器结合点火器的方式可以安全、持续、有效地降低大体积氢燃爆带来的风险.     

核电厂氢气点火器研制

核电厂氢气点火器是用于第三代核电站安全壳氢气控制系统的消氢专用设备之一,目的是及时消除严重事故后安全壳内产生的氢气,避免氢气聚集而产生爆炸。根据第三代核电站氢气点火器的技术指标及使用要求,研发制造了一种螺旋线圈型的氢气点火器样机,并对其表面温度、升温速度、功率、启停次数及持续工作时间等性能进行了试验。结果表明:研制的氢气点火器3分钟内表面温度达到930℃以上,功率小于145 W,启停次数大于等于360次,持续工作时间大于等于72小时,不仅满足研发技术指标要求和使用要求,并通过技术性能方面的创新实现了技术参数上的提升。     

核电厂非能动氢复合器研制

核电厂非能动氢复合器主要用于消除严重事故后安全壳内产生的氢气,避免氢气聚集而产生爆炸。根据H2和O2催化反应消氢的工作原理,设计以Pt、Pd混合配比作为催化剂的催化板,并以此为核心部件,设计制造能够在非能动条件下持续消氢的非能动氢复合器。针对核电厂安全壳严重事故后的消氢要求,开展非能动氢复合器在不同温度、压力、氢气体积分数等条件下的消氢速率试验,不同毒物对消氢效果影响试验以及启动和停止阈值试验。研究结果表明,非能动氢复合器达到了核电厂事故后消氢技术要求,可直接应用于二代堆型核电厂,还可以应用于EPR或AP1000等三代堆型核电厂。     

AP1000非能动球状消氢催化剂盒失效后再生试验

三门核电1号机组是AP1000第三代核电的全球首堆,也是国内电站首次将新型、性能更优异的非能动球状消氢催化剂盒用于设计基准事故下的安全壳内氢气复合工作,以确保第三道屏障安全壳的完整性。分析非能动球状消氢催化剂盒的失效机理,逐项排查导致消氢效率下降的原因,并摸索开发非能动球状消氢催化剂盒失效后的再生试验方法,完成失效催化剂盒的再生工作,实现了消氢效率恢复到或接近出厂前的效率,经过现场实际验证,该方法有效地解决了AP1000非能动球状消氢催化盒消氢效率失效的问题,为项目进展节约了经济费用和时间成本。为其他AP1000机组对该非能动消氢催化剂盒的使用提供经验借鉴。     

核电厂消氢风机抗震性能的振动台试验研究

对压水堆核电厂安全壳消氢风机的抗震性能进行了模拟地震振动台试验研究.使用连续白噪声方法,测得消氢风机在3个正交轴上的固有自振频率及阻尼比.根据核电厂的楼面地震加速度反应谱,生成人工地震波,对消氢风机的3个正交轴向同时输入模拟地震加速度时程进行激振,分别进行了5次运行基准地震(OBE)和1次安全停堆地震(SSE)模拟地震...     

岭澳核电站二期工程小破口严重事故分析

在核电站堆芯损坏事故中，因小破口事故引起的堆芯损坏的比例较大。本文应用MELCOR程序，对岭澳核电站二期工程小破口严重事故过程进行分析计算，并给出计算结果，在分析中考虑了稳压器卸压功能延伸和非能动消氢缓解措施。计算结果表明，采用稳压器卸压功能延伸缓解措施能有效地缓解高压熔堆，采用消氢缓解措施可有效地减少安全壳内氢气燃爆风险。     

AP1000严重事故下安全壳内消氢措施的研究

核电厂发生严重事故时,氢气的大体积氢燃爆可能会严重威胁安全壳的完整性.本文以福岛核电厂氢气爆炸为引题,分析了安全壳氢气产生的来源,给出了氢气的缓解措施,重点分析了AP1000的消氢方案.最后,对比了AP1000与EPR的消氢方案.     

氢气催化复合器对核电厂严重事故的缓解效果

在严重事故条件下,安全壳内的氢气燃烧或爆炸威胁安全壳完整性,必须采取措施减小或消除安全壳的氢气风险。针对600MWe级核电厂的大型干式安全壳,以小破口失水诱发的严重事故序列为基准事故,计算分析了氢气催化复合器（PAR）消除安全壳内氢气的效果,及复合效应对安全壳压力温度的影响。研究表明：氢气催化复合器能够持续稳定地消除安全壳内氢气,但对于极其快速的氢气释放,它的消氢能力受到一定限制。     

先进压水堆核电厂氢气控制策略分析研究

新建核电厂的设计必须做到"实际消除"早期与大量放射性释放的可能性,氢气燃爆导致的安全壳失效是必须要"实际消除"的严重事故工况之一。因此对各种消氢措施的特点进行分析研究,建立联合消氢策略评价方法,可为先进压水堆核电厂氢气控制策略选择设计评价提供支持手段。根据严重事故管理中对氢气控制策略的考虑,研究安全壳内局部位置的可燃性是相关设计评价的关键问题。根据可燃性准则、火焰加速准则、燃爆转变准则,本文使用三维CFD程序对典型严重事故工况下安全壳蒸汽发生器隔间内的可燃性及氢气风险进行模拟分析。研究结果表明,虽然喷放源项中有大量水蒸气,蒸汽发生器隔间中仍有较大区域处于可燃限值以内,合理布置的点火器能在设计中点燃并消除氢气。本研究建立的分析方法能用于对核电厂氢气控制策略选择设计的评价。     

先进压水堆核电厂氢气控制策略分析研究

新建核电厂的设计必须做到“实际消除”早期与大量放射性释放的可能性,氢气燃爆导致的安全壳失效是必须要“实际消除”的严重事故工况之一。因此对各种消氢措施的特点进行分析研究,建立联合消氢策略评价方法,可为先进压水堆核电厂氢气控制策略选择设计评价提供支持手段。根据严重事故管理中对氢气控制策略的考虑,研究安全壳内局部位置的可燃性是相关设计评价的关键问题。根据可燃性准则、火焰加速准则、燃爆转变准则,本文使用三维CFD程序对典型严重事故工况下安全壳蒸汽发生器隔间内的可燃性及氢气风险进行模拟分析。研究结果表明,虽然喷放源项中有大量水蒸气,蒸汽发生器隔间中仍有较大区域处于可燃限值以内,合理布置的点火器能在设计中点燃并消除氢气。本研究建立的分析方法能用于对核电厂氢气控制策略选择设计的评价。     

非能动氢复合器性能验证试验方法研究

消氢启停阈值和消氢速率是非能动氢复合器的关键性能参数。本文设计了一种直观方便的非能动氢复合器性能验证试验方法:将非能动氢复合器放于密闭容器中，并通入氢气，只要氢复合器启动消氢反应且整条消氢过程曲线在给定值直线A以下，则验证了启动阈值不大于给定值A；只要消氢过程曲线最终的水平段在给定值直线B以下，则验证了停止阈值不大于给定值B；只要氢复合器达到稳定消氢状态，通入容器的氢气质量流量即为消氢速率。本文设计并搭建了试验装置，采用非能动氢复合器样机PARQX-15进行消氢性能验证试验，成功验证了消氢启动阈值<2%（体积浓度，下同），停止阈值<0.5%，消氢速率大于536 g/h，证明了试验方法的实用性和有效性。      

一个换料周期前后非能动消氢复合器催化片消氢效率对比试验

从设备功能、设备组成、现场布置、在役试验方法和周期等方面介绍秦山第二核电厂3、4号机组使用的非能动消氢复合器。对经过1个换料周期使用前后的4组催化片进行消氢效率对比试验,对比分析调试与生产过程中容易发生的锈蚀、油污等问题对催化片消氢效率的影响。试验结果表明:经过1个换料周期后,由于受油污、灰尘等因素的影响,催化片的消氢成功时间与初始结果相比略有延长;少量锈蚀和油污对催化片的消氢效率未产生显著影响,但锈蚀容易造成催化片穿孔、破损,油污板片试验过程中产生的烟气容易对消氢过程产生干扰。     

900MW核电站严重事故缓解系统功能分析

应用新版的MELCOR程序，以900MW机组为对象，进行了SBO严重事故进程研究，在严重事故计算分析中比较了稳压器功能延伸，非能动氢气复合等缓解措施（3个方案）对严重事故进程和现象的影响。对堆芯熔融过程中包壳和燃料栅元的径向和轴向分段失效模式进行了模拟；计算了MCCI引起的堆坑径向和轴向熔蚀的情况；对事故中后期可燃气体的产生、分布及非能动氢气复合系统在安全壳中对氧气的复合效应进行了评价和分析。分析结果表明，事故下稳压器延伸功能的及时投入，可使堆芯整体坍塌失效及压力容器熔穿均延后了2h左右，并且避免了高压堆熔引起的安全壳直接加热现象，消除了由此引起的对安全壳完整性的威胁。各方案均表明，由于从一回路迁移到安全壳的大量水蒸汽对氢气燃烧的惰化作用，在一定程度上避免了安全壳内氢爆的发生，而氢气复合器在空间和数量上的合理布置，则可以完全消除大空间内燃爆的威胁。24h内堆坑地板没有完全熔穿的情况出现。