基于RELAP5的蒸汽发生器传热管断裂事故分析

基于RELAP5/MOD3.4分析软件建立了1 000 MW核电机组一回路模型,在发生多根蒸汽发生器传热管道双端断裂事故（SGTR）瞬态下对发生事故后30 min内无人为操作的5种不同断裂工况进行了主要参数对比分析,并且对蒸汽发生器（SG）发生满溢时间进行了敏感性分析。研究表明：传热管断裂根数不同,各参数变化趋势相似;断裂根数越多,破口初始流量越大,触发系统动作越早;破口面积、主泵运作、主给水关闭时间、辅助给水投入时间和投入量都会影响SG满溢时间。对CPR1000机组发生多根SGTR事故对比分析和事故后各设备动作对SG满溢时间影响的研究有实际设计和运行参考价值。     

先进压水堆核电站氢气风险分析

核电厂在严重事故期间会产生大量氢气并释放到安全壳内,威胁安全壳的完整性。应用氢气风险分析程序GASFLOW对先进压水堆核电站在大破口失水事故叠加应急堆芯冷却系统失效导致的严重事故期间的氢气行为及风险进行分析。结果表明,当气体释放源位于蒸汽发生器隔间时,氢气流动的主要路径为"蒸汽发生器隔间—穹顶空间—操作平台以下隔间";破口隔间的氢气体积浓度分布与源项氢气体积浓度及射流形态有关,非破口区域的氢气体积浓度呈层状分布,在扩散作用下,层状分布向下推移;蒸汽发生器隔间存在着火焰加速(FA)的可能性,但基本可排除燃爆转变(DDT)的可能性,穹顶区域基本可排除FA和DDT的可能性。     

CPR1000堆型主给水隔离措施改进分析

CPR1000机组主给水流量控制系统(ARE)的调节阀站位于常规岛厂房,由于其所在的常规岛厂房是按非核级抗震等级设计,故在叠加地震事件的工况下,ARE系统给水调节阀和隔离阀有可能被破坏,导致主给水不可控地注入蒸汽发生器,进而可能通过安全壳内蒸汽管道破口进入反应堆厂房,引起安全壳超压风险。文章主要是针对此问题提出改进方案,并从确定论和概率论两方面保证改进方案的可行性,以期能开展对主给水隔离措施的专题研究。     

主给水管道破口尺寸对CPR1000二次侧非能动应急热阱事故缓解能力影响研究

在主给水管道破裂事故下，针对不同破口面积，利用RELAP5/MOD3.4程序对CPR1000压水堆一回路和二次侧非能动应急热阱的主要热工水力参数瞬态特性进行分析计算，验证采用CPR1000二次侧非能动应急热阱对事故的缓解能力和不同破口面积对主要参数的影响。结果表明：CPR1000在发生主给水管道破裂事故后，二次侧非能动应急热阱可及时向蒸汽发生器补水，同时导出堆芯余热，保证反应堆处于安全状态，随着破口面积的增大，初始时刻一回路压力和温度升高更快，随着二次侧非能动应急热阱的投入，压力和温度又迅速降低，说明CPR1000二次侧非能动应急热阱在文中所研究的破口面积范围内可非常有效地缓解事故。     

基于全范围模拟机对压水堆MSLB叠加SGTR事故分析

主蒸汽管道断裂事故叠加蒸汽发生器传热管破裂事故属于核电厂超设计基准事故。为研究国内M310系列机组对该种事故的处理能力,采用了以宁德核电厂1号机为原型的全范围模拟机对此次事故进程进行模拟,选择了放射性释放较为恶劣的蒸汽管道破口(MSLB)叠加100根蒸汽发生器传热管破裂(SGTR)事故,并应用了最新的SOP规程中的操纵员动作以缓解事故后果,分析了事故发生后一回路压力、蒸汽发生器压力、堆芯出口温度以及一次侧至二次侧破口流量的变化。分析结果表明了在核电厂自动动作和操纵员有效及时干预下,在一定情况下可以避免进入严重事故中,最终可以处于安全可控状态。     

一条给水管线破裂后的辅助给水系统供水试验分析

本项试验是方家山核电机组调试大纲项目,主要验证在一条给水管线破裂后辅助给水系统供水时,从破口处的总流量不能超过250 m3/h,向2台完好蒸汽发生器(SG)中的每一台供应的给水流量不能低于45 m3/h。难点在于试验中不会有破口,无法直接得到仪表测量流量数据。于是建立模型,分析破口事故时辅助给水泵的运行工作点,通过正常供水试验数据拟合模型未知参数,最终根据工作点参数计算出破口与正常管线给水流量,综合分析得出破口时的给水数据,满足验收准则要求。     

基于RELAP5程序的AP1000典型事故瞬态特性研究

基于最佳估算程序RELAP5/MOD3.3,对AP1000系统进行了详细的建模分析,选取冷却剂泵卡轴事故、蒸汽发生器(SG)传热管破裂事故和直接注射管线双端断裂事故作为典型事故,获得了典型事故工况下关键参数的瞬态特性和非能动系统响应特性。结果表明:对于冷却剂泵卡轴事故,一回路最大压力为16.82 MPa,燃料包壳表面温度最大值为1 299K,满足验收准则的要求;对于SG传热管破裂事故,破损SG的水体积为231.54m3,小于AP1000蒸汽发生器255.563m3的总容积;对于直接注射管线双端断裂事故,AP1000的非能动堆芯冷却系统能对一回路进行冷却和降压,并防止堆芯裸露和燃料包壳过热。     

GSI-191不同破坏压力材料对应的碎片影响区域半径计算方法研究

安全壳内高能管道发生破口之后,高速喷射的流体会冲击附近的设备和结构,产生不同类型的碎片。这些碎片会随地坑内的流体迁移到再循环滤网表面上,甚至会穿过滤网进入一回路管道和设备中,堵塞长期冷却循环通道,影响事故后堆芯热量的导出。本文研究了破口喷射参数和不同材料破坏压力对应的碎片影响区域(Zone of Influence)半径计算方法。根据不同的破口类型和破口上游流体参数,计算破口处的喷射压力和质量流量。分析高速喷射流形成的几何形状和压力分布,计算沿喷射流方向不同距离的喷射压力和径向压力,最后根据材料的破坏压力折算成碎片影响区域半径ZOI,可作为电站碎片分析的分析参考。     

高温气冷堆蒸汽发生器传热管断裂事故进水量分析

模块式高温气冷核反应堆是一种安全性好、发电效率高的先进核反应堆.蒸汽发生器传热管断裂导致一回路进水的事故对于高温气冷堆是特有的,可能导致高温石墨燃料和构件与水发生化学反应,引起放射性物质释放和大量可燃爆气体产生的严重后果.对此事故进行深入分析对于验证高温气冷堆的固有安全性有着重要意义,而事故过程中的进水量对事故后果严重性有非常重要的影响.本工作以清华大学核能与新能源技术研究院设计的10 MW高温气冷堆(HTR-10)为例,针对蒸汽发生器传热管两种典型位置下的单管、双管双端(2A)断裂,使用热工水力系统分析程序RETRAN-02模拟分析了断管进水过程.分析表明,进水量与断管位置、断管数目、破口面积有关.入口段断裂进水量比出口段断裂进水量更大.断管处破口面积越大、断管数目越多,进水量越大.HTR-10泄放系统可有效排空蒸汽发生器内存留的水和蒸汽,以免其大量进入一回路.     

M310核电厂严重事故下稳压器隔间氢气风险分析

基于GASFLOW程序,选取对M310核电厂稳压器隔间内氢气风险极为不利的两种事故工况,对安全壳内氢气风险进行了分析计算。模拟结果显示:在所研究的工况条件下,卸压箱隔间、波动管隔间、稳压器隔间及穹顶区域内,只有波动管双端断裂事故在早期氢气集中释放阶段,出现了稳压器隔间内FA准则数大于1的情况,其他隔间及其他工况下所有隔间内的FA准则数和DDT准则数均不会超过1。即,所研究隔间内均可以排除燃爆转变风险。破口隔间内部氢气浓度分布主要受源项氢气浓度以及混合气体夹带作用的影响,不同位置的氢气浓度变化存在显著差别。安全壳大空间的氢气浓度呈层状结构,随着时间推移,层状结构向下推移,安全壳大空间氢气浓度分布呈均匀化趋势发展。     

直流蒸汽发生器动态特性与小破口故障仿真研究

以B&W直流蒸汽发生器为对象,基于过程仿真软件（APROS）支撑平台中的基本模块,建立了图形化的直流蒸汽发生器仿真模型。对模型进行变工况下的稳态和动态仿真,由结果可知,一次侧入口焓值与二次侧出口压力对稳态特性影响最大,一次侧入口温度对动态特性影响最大。进一步研究直流蒸汽发生器发生换热管破裂事故时,破口位置和破裂程度对其运行特性的影响。结果表明,破口发生位置接近一次侧入口时,对直流蒸汽发生器运行影响最大;换热管破裂对直流蒸汽发生器运行特性的影响随着破裂程度的增加而增大。      

基于1000 MW级压水堆核电厂压力容器外蒸汽爆炸的模拟研究

以1000 MW级压水堆核电厂为分析对象,建立三维几何模型,采用三维多相计算流体力学程序MC3D对包括粗混合和蒸汽爆炸过程在内的压力容器外熔融燃料与冷却水相互作用过程进行研究。主要研究蒸汽爆炸过程中堆腔内不同位置的压力、冲量变化趋势及破口位置和破口大小对蒸汽爆炸产生冲量大小的影响。分析结果表明,蒸汽爆炸过程产生巨大压力波,将对堆腔结构的完整性造成极大威胁;压力容器下封头圆心和破口位置的连线与压力容器对称轴的夹角为45°、破口直径为0.7 m时,蒸汽爆炸所带来风险的最大。     

严重事故下封头失效机理分析

严重事故下堆芯熔融物坍塌到下封头,可能造成压力容器失效。本文针对造成压力容器失效的五个机制,运用一体化严重事故分析程序,分析全场断电分别叠加破口失水、主蒸汽输送管线破裂和蒸汽发生器传热管破裂事故对下封头完整性的影响。研究结果表明,三类事故均造成压力容器失效,全场断电叠加中破口失水事故由于破口位于热管段,距离稳压器和压力容器较近,事故响应更快,比全场断电分别叠加蒸汽发生器传热管破裂和主蒸汽输送管线破裂提前失效约20 000 s;全场断电叠加中破口失水事故中作用于贯穿件上的压力载荷超出贯穿件及其焊缝所能承受的最大载荷之和使得贯穿件弹出造成下封头失效;全场断电分别叠加蒸汽发生器传热管破裂和主蒸汽输送管线破裂均是因高温熔融物对下封头节点的损伤份额大于1使得下封头蠕变破裂造成压力容器失效。     

AP1000启动给水在非LOCA事故下的衰变热排出性能分析

为验证三代核电AP1000核电厂在非LOCA事故工况下,启动给水补给性能是否满足衰变热排出的纵深防御准则,保守认为事故发生后,反应堆停堆,厂用电及外电网丧失,主给水丧失,凝汽器热阱丧失,蒸汽发生器背压为安全阀最低整定压力,蒸汽发生器与启动给水泵均为单列可用。首先,验证凝结水储箱处于最低液位时,启动给水的最低补给能力能否满足不小于118.1 m3/h的准则要求;其次,论证事故后由于备用交流电源加载滞后而导致启动给水延后140 s投运,蒸汽发生器依靠自身缓冲水装量能否带走衰变热而不触发专设安全系统;再次,论证140 s后启动给水最低补给流量,能否稳定蒸汽发生器液位并使其回升;最后,验证凝结水储箱纵深防御水装量能否满足启动给水24 h连续补给的准则要求。本文通过对启动给水最低补给流量、蒸汽发生器缓冲水装量、启动给水液位控制,以及凝结水储箱水装量的保守计算分析,验证了AP1000启动给水在非失水事故(Non-LOCA)事故下衰变热排出功能设计的可靠性以及与纵深防御准则的一致性。     

秦山二期核电站氢气风险的CFD研究

利用计算流体力学(CFD)程序GASFLOW模拟了波动管大破口事故发生后7 000 s内装有22台氢气复合器的秦山二期核电站安全壳内的水蒸汽及氢气行为,得到了不同阶段的特征性流场及氢气浓度的分层情况,给出了所采用的复合器布置方案的稳定消氢速率为20 g/s,并指出了破口所在蒸汽发生器隔间内发生氢气燃烧火焰加速的可能性.同时,计算结果表明,安全壳内构筑物吸热带走了大部分从一回路释放的热量;压力变化同时受气体总质量(主要是水蒸汽质量)与温度的控制.     

高温气冷堆蒸汽发生器换热管断裂事故进水量影响因素分析

以清华大学核能与新能源技术研究院设计的250 MW球床模块式高温气冷堆(HTR-PM)为例,对蒸汽发生器换热管断裂事故下影响一回路进水量的一些因素进行了分析.分析结果表明:除了断管位置、破口面积等对一回路进水量有直接影响外,进水量还与泄放管线直径、节流孔直径、泄放阀门选择、泄放系统动作设定等因素有关.合理地选择参数可有效排空蒸汽发生器内存留的水,避免一回路大量进水并减少一回路放射性物质向二次侧泄漏所造成的污染.     

钠冷快堆系统程序FR-Sdaso开发

为解决600 MW示范快堆（CFR600）事故分析和工况设计中的实际问题,自主开发了钠冷快堆系统程序FR-Sdaso,其建模范围包括堆芯、一回路、二回路、三回路、四回路和事故余热排出系统,主要物理模型包括点堆模型、单通道堆芯热工模型、多区钠池模型、四区蒸汽发生器模型等核岛设备或部件分析模型,汽轮机、凝汽器、给水加热器、除氧器等常规岛设备采用集总参数模型,泵、阀门、管道及控制体等采用通用模型。对程序进行了初步验证,结果表明,FR-Sdaso程序可用于分析全厂瞬态工况及超功率、失流、失热阱等典型事故过程。目前,FR-Sdaso程序已用于CFR600的设计和安全分析。     

500MW重水堆电站一台主泵停运后的瞬态分析

与早期的220MW重水堆相比，印度目前的500MW重水堆呈现了许多新的特性：为了评价这些新特性，如由两条回路、四台主循环泵和四个堆芯通道构成的主热循环系统，以及与主热循环系统相连的稳压器和给水、泄放系统之间的安全相关性，仿真模型的建立和瞬态分析是非常必要的、为了减少500MW重水堆主热循环系统体积膨胀和收缩以及避免瞬态过程中出现较低或者较高的压力，主热循环系统的压力控制系统由一个30m^3的稳压器以及与之相连的给水、泄放系统构成。一台主循环泵停止运行之后，另一条环路上相应侧的主循环泵也停止运行，在瞬态过程中反应堆功率阶跃下降。停止完好环路相应的主循环泵是为了避免造成两条环路流量和压力分布出现不对称。这就需要一个详细的瞬态分析来研究各个系统以及诸如稳压器、给水、泄放系统等辅助设施对于减轻事故后果所作的贡献。在质量守恒方程、动量守恒方程，能量守恒方程和状态方程的基础上，建立了500MW重水堆的所有主要部件和辅助系统的数学模型。所有相关的控制系统也都建立了模型，主热循环系统包括带有核燃料的反应堆堆芯、主循环泵以及由给水、泄放系统和稳压器组成的压力控制系统。除了各种蒸汽循环设备，二次侧系统主要包括蒸汽发生器、蒸汽发生器水位和压力控制部分。所有这些模型综合构成电站瞬态分析的计算程序。目前，已经采用该程序对某些瞬态进行了研究，以验证各种设计参数和控制定值。本论文研究了阶跃降功率和缓慢降功率两种情况下主热循环系统的详细数学模型，以及一台主循环泵瞬态时的参数变化。在反应堆功率缓慢下降的情况下，主冷却剂在蒸汽发生器传热管两端的温差很大，这可能被反应堆调节系统误判（认为是一个非常高的功率），由于高温差（蒸汽发生器传热管两端）信号而导致反应堆停闭。根据瞬态研究分析结果，为了使反应堆功率以较快的速度下降，避免出现高温差信号，建议采取阶跃降功率操作。     

压水堆一回路卸压措施影响因素研究

研究压水堆一回路管道小小破口失水事故叠加辅助给水失效导致的高压堆芯熔化严重事故进程，对比验证不同严重事故缓解措施入口温度条件下一回路卸压缓解途径的充分性和有效性，并确认较佳的一回路冷却系统（RCS）降压途径。结果显示，以低于650℃的温度作为降压缓解措施入口条件，可及时恢复可能的堆芯冷却能力。一、二回路卸压效果分析表明，考虑了长期衰变热移出注水流量和堆芯过冷度要求，较佳的卸压配置为初期打开一列稳压器卸压阀，同时迅速恢复辅助给水并开启蒸汽发生器卸压阀。      

民用小堆SGTR防满溢设计改进

民用小堆因单位功率下的蒸汽发生器（SG）汽空间偏小,稳压器容积和SG传热管内径偏大等特点,会引起蒸汽发生器传热管破裂（SGTR）事故快速满溢。本文采用RELAP5程序对民用小堆SGTR事故开展了优化措施研究,并提出极限单一故障下防止SG发生满溢的工程可行方案,即增加SG高水位排放液体的溢流管线或提高二次侧设计压力且同时增加自动的安注闭锁信号,保证在事故过程中蒸汽发生器不满溢和放射性排放满足限值要求。在民用小堆专设设备基本不变的前提下,针对系统进行了优化,极大地提升了安全性,为民用小堆设计改进提出了工程可行方案。