中国实验快堆堆容器冷却系统全厂断电工况温度场分析

堆容器冷却系统是中国实验快堆(CEFR)-回路系统中的重要辅助系统之一,用于在各种工况下对反应堆堆容器进行冷却.本文利用国际通用的计算流体力学软件STAR-CD对CEFR堆容器冷却系统进行三维数值模拟,得到了在全厂断电事故发展过程中堆容器冷却系统的温度场和流场的瞬态分析结果,为相应部件的力学分析以及其它工况的分析提供了数据,对快堆优化设计和安全分析提供了重要的理论支持.     

中国实验快堆堆芯围桶开孔对正常运行工况影响的分析

堆芯围桶开孔是中国实验快堆(CEFR)事故余热排出系统的重要组成部分之一,是保证该系统形成自然循环排出反应堆事故后剩余发热的关键环节。本文应用通用计算流体力学软件CFX对CEFR堆芯围桶开孔对反应堆正常运行工况的影响进行了模拟,计算了在正常工况运行时,CEFR的反射组件与屏蔽组件热功率对堆芯围桶开孔附近温度场以及流场的影响,给出了堆芯围桶开孔区域的三维温度场、三维流场以及压力分布矢量图。结果表明,目前的设计在满足事故余热排出的要求同时,对反应堆正常运行工况的影响是可以接受的。     

数值分析在CEFR堆顶固定屏蔽安装过程中的应用

为解决中国实验快堆(CEFR)堆顶固定屏蔽在施工现场出现的超出预期的变形问题,采用数值方法分析了堆顶固定屏蔽在各种安装工况下的力学响应,并将部分工况的计算结果与安装现场进行的加载试验测量结果进行对比,验证了数值分析的模型和结果的合理性,为确定CEFR堆顶固定屏蔽的安装施工方案提供了参考.     

3 CEFR不锈钢波纹管焊接件在高温钠蒸气中的腐蚀验证试验

CEFR运行时，一次泵和中间热交换器支撑上的及大旋塞上人孔通道中的不锈钢波纹管均处在高温钠蒸气介质中，波纹管的焊接区在快堆运行工况下是否会发生晶间腐蚀，这直接关系到CEFR的安全运行，必须给予足够的关注。为此，在CEFR的工况条件下进行了摸拟试验，观察并分析焊接件材料与高温钠蒸气的相容性特征及晶间腐蚀倾向，为CEFR的安全运行及安全分析提供试验根据。     

CEFR一级事故排钠罐及储钠罐焊接件的腐蚀验证试验

该试验的主要任务是:对CEFR一级事故排钠罐(304 S.S.)及储钠罐(OCr18Ni9 S.S.)的焊接区和热影响区进行在CEFR工况条件下的摸拟试验,观察并分析材料与高温钠的相容性特征,尤其是晶间腐蚀,为CEFR的安全运行及安全分析提供试验根据。     

CEFR在ULOF工况下的自然循环能力分析

自然循环能力是衡量钠冷快堆固有安全性的重要指标,堆芯布置、回路设计及工况参数等都会影响堆芯自然循环能力,因此不同堆型的自然循环能力有很大差异。为了保证堆芯事故得到有效缓解,中国实验快堆(CEFR)的设计中通过优化系统布置,重点考虑了堆芯自然循环。本文采用SAS4A程序对CEFR进行系统建模,分析了CEFR在无保护失流(ULOF)工况下的堆芯热工水力参数瞬态特性,验证了CEFR利用自身自然循环和负反馈设计进行事故缓解的能力,本文还对一回路流动阻力和二回路钠装量对堆芯自然循环的影响进行分析。计算结果表明,CEFR具有良好的自然循环特性,在ULOF工况下可以依靠其负反馈停堆,并能够建立起稳定的自然循环从而导出堆芯余热。     

部件焊接件在310℃钠中的腐蚀

CEFR的蒸汽发生器检测管由俄罗斯进口的10X2M钢与国产304L不锈钢焊接而成，其焊接区处在310℃流动钠中。诸多的快堆运行经验表明，部件的焊接处往往是部件受损的薄弱环节，因此，焊接件在高温钠中的抗晶间腐蚀性能及其相容性特征对CEFR的安全运行与安全分析有十分重要的意义。为确保快堆安全，本工作在CEFR的工况条件下进行了模拟试验，观察并分析焊接件材料与310℃钠的相容性特征及晶间腐蚀倾向，以为CEFR的安全运行及安全分析提供试验根据。     

中国实验快堆热钠池热分层现象研究

中国实验快堆(CEFR)在紧急停堆工况下,会在热钠池上部空间形成热分层现象。热分层出现后,由于上腔室底部存在大量的冷钠(相对而言),这将延缓一回路自然循环的建立。同时,冷钠的存在还会降低自然循环的流量,并对事故停堆后堆芯的冷却产生不利影响。因此,热分层现象应当引起广泛注意。从设备结构的完整性分析上看,快堆热分层现象的出现对堆容器和部分堆内构件是不利的,会使这些部件在结构内部形成明显的热应力,对堆的安全运行构成隐患。本文调研了国内外在该领域的研究状况,分析国外已有的实验研究和理论计算进展,并结合快堆现有的计算分析程序,对CEFR的热分层现象进行深入和较为全面的计算分析。通过计算分析可以看到,在全厂断电工况下,在热钠池的上部会初步形成稳定的热分层,分层界面位于中间热交换器入口的下方,但是热分层现象不会对堆的自然循环构成影响。     

CEFR热传输及发电能力分析

针对中国实验快堆（CEFR）发电能力问题,对CEFR 3条回路的输热能力及热电转换能力进行建模并分析计算,通过40%额定功率发电工况下的试验数据验证了所建模型的正确性。依据CEFR的实际情况,提出优化运行工况的改进措施,其效果得到了汽轮发电机组厂家数据的验证,并结合输热能力验证模型模拟CEFR满功率下的热传输及发电能力。结果表明：基于优化后的运行工况,CEFR热传输系统和热电转换系统可达到设计要求。     

钢筋混凝土承压房间强度分析与评定

CEFR钢筋混凝土承压房间强度分析与评定是核安全局PSAR审评的遗留问题之一。本文对具有代表性的309#及813#两房间结构进行应力分析与评定，验证在事故工况下房间是否能够保证其结构完整性。     

CEFR3层水平热屏蔽热工流体的数值研究

中国实验快堆（CEFR）采用池式结构,钠池分为冷钠池和热钠池,冷、热钠池之间的3层水平热屏蔽层既是热池的冷边界,也是冷池的热边界,其内部的热工流体直接影响着冷池和热池内的温度分布。针对CEFR满功率运行工况,利用CFX软件,对1/4区域水平热屏蔽层内的热工流体进行三维数值模拟,冷池边界为360℃,热池边界取490和516℃两种方案,数学模型采用RNGk-ε模型。与现有结果相比,由于考虑了对流换热,所得到的平均温度低于设计温度。     

中国实验快堆泵支承冷却系统温度场分析

中国实验快堆一回路泵支承套筒是承重设备,位于高温的热钠池中.为了限制套筒和套简内部冷钠腔室的钠温度,维持主泵正常工作温度,设置钠泵支承冷却通道.利用计算流体动力学技术(CFD),对泵支承冷却系统进行三维模拟,通过对泵支承冷却系统冷却流道和支承结构的数值传热分析,得到了该系统的温度场分布情况,验证了泵支承冷却系统的冷却能力.     

CEFR整体冷钠池及其辅助系统温度场三维数值模拟

利用流体力学软件CFX对中国实验快堆（CEFR）整体冷钠池及其辅助系统进行详细稳态模拟计算,并验证运行工况下的热工设计。计算结果表明：冷钠池内存在热分层和热分区现象,确实存在冷钠池上板的高温区,同时泵腔室上部的温度较其他区域的高。本工作为反应堆功率提升及运行提供了技术准备。     

CEFR一回路冷阱更换过程中的钠钾合金灌装

介绍了中国实验快堆(CEFR)一回路2#冷阱更换过程中的钠钾合金灌装方案,灌装回路的设计、建造及调试,灌装过程安全防护措施和废钠钾合金的处理,并向CEFR备用冷阱内灌装447.4kg钠钾合金,对废钠钾合金进行处理。结果表明,所采用的钠钾合金灌装方法、钠钾合金回路活接头冷冻拆卸技术、钠管道切割除钠技术、废钠钾合金处理方法安全可靠,人员安全防护措施得当。本文方法也可用于指导CEFR一回路1#冷阱的更换。     

中国实验快堆临界试验研究

中国实验快堆作为我国第1座快堆,于2010年7月21日取得首次净堆临界,完成一系列物理启动试验之后逐步取得冷态临界和热态临界。在临界试验过程中,采用了用控制棒进行临界外推的方法,顺利完成了3个状态的临界外推过程。临界试验的分析结果表明所采用的方法是合理有效的,且针对试验的相关理论计算结果是准确的。首次临界和冷态临界的最终临界状态下控制棒棒位的试验结果与理论计算结果的对比表明,两者符合良好。     

池式快堆系统分析软件稳态功能开发

针对目前我国快堆系统分析软件主要采用国外引进方式而导致难以掌握核心物理模型的现状,以中国实验快堆(CEFR)为研究和建模对象,基于中子动力学模型、堆芯及其热钠池模型、中间热交换器模型、一回路和中间回路热量传输系统模型、三回路模型等,自主开发了基于CompaqVisualFortran(CVF)的适用于稳态计算的池式快堆系统分析软件SAC-CFR。通过与中国实验快堆安全分析报告中数据进行对比,验证了所开发模型的精度,为下一步瞬态模型的开发及控制和保护系统的开发做准备。     

Analysis of Thermal Stratification Behavior in CEFR Hot Plenum

Thermal stratification which occurs in the CEFR hot plenum after reactor trip has been regarded as an interesting thermal-hydraulics phenomena. The cold sodium in the bottom of the hot plenum will delay the formation of natural circulation in the reactor primary loop, which will have the bad effect on the reactor core cooling after accident. In the views of the integrity of the structure, the appearance of the thermal stratification phenomenon will cause the thermal stress of the reactor main vessel and internals.     

CEFR冷阱结构设计改进及热工水力分析

冷阱是中国实验快堆（CEFR）运行过程中的重要设备之一，在净化反应堆系统中的冷却剂钠、保证反应堆安全稳定运行等方面起着重要作用。而目前CEFR现有冷阱在使用过程中存在着杂质沉降效率低，易造成冷阱堵塞而使冷阱更换频繁等问题，对CEFR的长期稳定运行非常不利。分析冷阱出现的问题，可能有两方面原因：一是钠在冷阱中的流动路径不合理，易造成区域的堵塞；二是在丝网密度和布置方面，没有采用分区布置也容易使杂质沉积在外层而堵塞流道。针对这两方面的原因，本文提出了现有冷阱的改进方案，从结构设计和水力学两方面来改善冷阱内钠中杂质的沉降模式，达到延长冷阱运行寿命的目的。改进方案主要是将丝网区内筒孔封闭约1/3，并在丝网上部支撑板上开两排导流孔，以改进流场；同时将丝网分成上、中、下3个区域布置，每个区域的丝网采用不同的密度，以满足杂质从冷阱底部开始逐渐沉积的要求。通过对该方案三维建模与数值分析，并与CEFR现有冷阱的分析结果进行比较发现，改进冷阱流场分布更为合理，丝网的布置也更能符合杂质沉积的要求，后续将与CEFR的实际运行工况做进一步的比较研究。     

中国示范快堆高性能冷阱净化能力试验研究

钠冷快堆采用冷阱作为净化钠中杂质的设备,目前中国实验快堆（CEFR）的冷阱净化杂质能力不能满足中国示范快堆（CFR600）各钠回路中杂质的净化需求。本文通过开展高性能冷阱净化能力试验,获得了不同温度下冷阱的溶解速率、净化速率、捕集能力和杂质容量。这些性能指标均达到了预期值,其捕集能力是CEFR一回路冷阱的2.33倍,是二回路冷阱的1.91倍。试验研究结果为CFR600冷阱结构的优化设计及冷阱性能分析软件的开发提供了依据,满足了CFR600一、二回路和乏组件转换桶钠净化系统关键设备的需求,实现了自主研发的高性能冷阱在CFR600工程上的成功应用。     

中国实验快堆转运-清洗室的力学分析

转运-清洗室是中国实验快堆(CEFR)堆外换料系统中的主要设施,为反应堆换料操作提供一个安全可靠的密封和生物屏蔽空间,以保证操作人员的人身安全.本文采用数值方法对其进行力学分析.结果表明:CEFR转运-清洗室的力学性能满足规范要求.