基于PID控制的密度锁启动方案计算验证

对某非能动余热排出系统,在自平衡启动方案基础上,增加了泵转速控制系统,提出了基于PID控制的密度锁启动方案.余热排出回路截止阀打开后,根据密度锁内流体温度变化调节主泵转速,使冷热流体温度分界面维持在密度锁中,确保主回路和余热排出回路的隔离.依据一维连续性方程、能量方程及动量方程对密度锁启动过程进行数值模拟.结果表明:在控制系统调节作用下,通过改变主回路质量流量,可逐渐建立2个回路之间的压力平衡,最终实现密度锁的成功启动.采用该方案可有效降低密度锁启动条件,提高密度锁启动成功率.     

基于密度锁的非能动余热排出系统设计及验证分析

提出了一种新型非能动余热排出系统设计方案,该方案以密度锁技术作为基础,采用改变压力调节回路流量,并保持循环回路内有高温工质流动的方式,建立密度锁内水力平衡关系,维持主回路和余热排出回路的隔离。以AP1000主冷却剂系统为载体,用RELAP5/MOD32程序分析了正常工况下,非能动余热排出系统的运行特性。结果表明：以密度锁内流体温度作为控制变量对调压泵转速进行调节,可逐渐建立密度锁内水力平衡关系,实现非能动余热排出系统的启动;稳态运行期间,反应堆运行参数改变时,在控制系统反馈作用下,密度锁仍能维持“封闭”状态,保证主回路和余热排出回路隔离。     

密度锁自平衡启动特性的实验研究

以应用密度锁的非能动余热排出系统为背景,结合实验研究和理论分析,对密度锁自平衡启动的运行特性及可行性进行研究。结果表明：自平衡启动可分为关阀预热和开阀平衡两个阶段,在这两个阶段内能分别实现密度锁“关闭”所必需满足的两个条件,达到隔离非能动余热排出回路与主回路的目的。在关阀预热阶段,密度锁借助其特殊结构,有效地控制了传热方式转变点的位置,促进了热/冷流体交界面的形成;在开阀平衡阶段,借助其水力平衡的自稳定特性,有效地控制了热/冷流体交界面的移动,建立了密度锁内的水力平衡。所得结果充分证明了自平衡启动方法的可行性。     

基于密度锁的非能动余热排出系统特性分析

以基于密度锁的非能动余热排出系统为背景,通过实验对该系统正常运行时密度锁的封闭特性及事故工况下密度锁的开启特性进行了分析验证。用RELAP5/MOD3.2程序对发生事故时非能动余热排出回路瞬态运行特性进行了仿真,并与实验值进行比较,二者均符合较好。结果表明,正常工况下,密度锁能有效隔离主回路和余热排出回路,余热排出回路处于非工作状态;事故发生时,在较大的重力蓄能作用下,非能动余热排出系统能够瞬间投入工作,并逐渐建立稳定的自然循环以载出余热。     

密度锁工作特性的实验研究

介绍了密度锁的工作原理,并设计搭建了实验装置,研究了稳态工况和主泵停转事故时密度锁的工作特性。结果表明,在稳态工况下,密度锁能长期保持关闭,从而将主回路和余热排出回路隔开,此时,余热排出回路处于非工作状态,不会影响反应堆的正常工作。当发生主泵停转事故时,密度锁能迅速打开,使主回路和余热排出回路连通。余热排出回路会建立自然循环,且足以带走剩余热量。     

非能动余热排出系统敏感性分析

以中国改进型压水堆核电站CPR1000为研究对象,在其蒸汽发生器二次侧设计了一套非能动余热排出系统（PRHRS）,该系统采用在蒸汽发生器二次侧建立自然循环的方式间接带走堆芯余热,确保事故条件下堆芯安全。用RELAP5/MOD3.2程序对系统进行了合理的简化并建模,在全场断电（SBO）事故条件下模拟了PRHRS的瞬态响应过程,并对高位水箱的容积、PRHRS换热器的换热面积、冷热中心高度差以及PRHRS的投入时间等影响PRHRS工作特性的相关参数进行了敏感性分析。计算结果表明：增加高位水箱的容积和增大换热面积均有助于二次侧余热排出系统带走一回路的堆芯余热;降低冷热中心高度差对PRHRS的自然循环能力影响不大;余热排出系统投入时间越早,蒸汽发生器二次侧水位越高,越有利于一次侧余热的排出。     

一体化反应堆非能动余热排出系统中的两相自然循环与传热

在整体事故模拟试验（VISTA）装置上进行了一体化反应堆非能动余热排出系统（PRHRS）的热工水力和自然循环特性研究,将试验研究结果与最佳估算系统分析程序SMART的计算结果进行了比较。VISTA装置由一次系统、二次系统和PRHRS组成,模拟了设计验证程序SMART。试验结果表明：在PRHRS回路中的流体非常稳定。当热交换器淹没在应急冷却水箱（ECT）水中时,PRHRS热交换器能很好地完成其功能,排出来自一次冷却回路侧蒸汽发生器的热量。随着PRHRS的运行,衰变热和焓热从一回路充分地排出。SMART程序预测的在PRHRS中的自然循环特性相当好。从计算结果可以看出,PRHRS热交换器通过冷凝传热可以排出来自一次系统的大多数热量。     

换料水箱初始水温对非能动余热排出系统运行特性影响试验研究

通过试验对不同内置换料水箱初始水温条件下非能动余热排出系统(PRHRS)投入后堆芯进出口温度、一回路压力、PRHRS自然循环流量和换热功率等试验数据进行了对比分析。试验结果表明:IRWST初始水温较低时,堆芯模拟体进出口水温和压力下降更快,PRHRS热交换器(HX)出口温度低,PRHRS自然循环流量变化趋势基本一致,但换热功率更高。     

二次侧非能动余热排出系统瞬态分析

以AP1000主冷却剂系统为原型,提出了一种二次侧非能动余热排出(PRHR)系统设计方案,并采用RELAP5/MOD3.2程序分析计算了全厂断电事故下该系统的瞬态响应过程,对其余热排出能力进行了评估。此外,根据计算结果分析了影响系统自然循环能力和密度锁内冷热界面稳定性的因素。分析结果表明,合理设计二次侧PRHR系统,可以保证依靠自然循环有效地导出堆芯余热;PRHR系统冷热源中心高度差和密度锁内局部阻力是影响系统工作能力的主要因素。     

二次侧非能动余热排出系统设计及验证分析

提出了一种新型非能动余热排出系统(PRHRS)设计方案,该方案以高位水箱为最终热阱,采用在蒸汽发生器二次侧建立自然循环的方式间接地带走堆芯余热。以大亚湾核电站主冷却剂系统为载体,用RELAP5/MOD3.2程序分析了全厂断电事故下,PRHRS的运行特性。结果表明:事故发生后,余热排出系统内可较快地建立起循环流动,带走蒸汽发生器二次侧热量,在一段时间内保证反应堆安全,证明系统设计合理、有效。并分析了换热器布置高度、系统投入时间及换热面积对余热排出系统运行特性的影响。     

全厂断电事故下AP1000非能动余热排出系统分析

利用RELAP5/MOD3.3程序对AP1000反应堆一回路及非能动系统进行建模计算,给出了AP1000非能动余热排出系统（PRHRS）在全厂断电事故下的瞬态响应特性。计算结果表明：情况1,PHRH系统由蒸汽发生器低水位与低启动给水流量符合信号启动,稳压器安全阀的开启导致PRHRS发生倒流现象,并会引起堆芯冷却剂过热沸腾、压力容器进出口温差过大等后果;情况2,由断电信号直接触发PRHRS,触发前安全阀不开启,此时PRHRS正常运行。     

非能动余热排出系统数学模型研究与运行特性分析

利用某型核动力装置非能动余热排出系统1:10原理性试验的8个稳态工况、6个启动工况的试验数据,验证RELAP5/MOD3.2程序对本类型非能动余热排出系统的适用性。结果表明:垂直管内蒸汽凝结换热系数对两相流自然循环的流动与传热影响大;RELAP5/MOD3.2程序过低估算了垂直管内蒸汽流速对蒸汽凝结换热系数的影响,计算结果与试验结果偏差大。对RELAP5/MOD3.2程序垂直管内的蒸汽凝结换热模型进行修正,修正后的计算结果与试验值基本吻合;采用RELAP5程序对垂直管内两相流自然循环传热进行计算,须选择热前沿跟踪模型。对非能动余热排出系统的稳态与瞬态运行特性进行分析,理论计算与试验结果均表明:稳态工况下,系统可以实现稳定的两相流自然循环,系统排热能力受蒸汽发生器水位的影响大,冷却水入口温度与系统压力的影响相对较小;系统的启动特性良好,可快速地建立环路的自然循环,带走反应堆的衰变热。     

The Simulation Test to Start up the PIUS-Type Reactor from Isothermal Fluid Condition

A feedback control system of a primary pump is proposed for a PIUS-type reactor based on the temperature distribution in the lower density lock. This control system maintains the fluid temperature at the axial center of the lower density lock at the average of the fluid temperatures below and above the lower density lock in order to prevent the poison water from penetrating into the core during normal operation. This control system was examined in a series of startup tests under different conditions and the test results demonstrated the effectiveness of the control system to startup the reactor from a small initial temperature difference between primary system and poison water system.

The startup of a PIUS-type reactor from an isothermal condition, preventing the inflow of the poison water into the core, is the most difficult transient among normal operations. We installed a preheater system at the exit of the primary pump for the startup test from isothermal condition with the purpose of making a initial temperature difference between primary system and poison water pool. It was confirmed from the results of the tests that the preheater and the present pump feedback control system is quite effective to start up the reactor from an isothermal fluid condition.     

AP1000非能动余热排出系统建模与瞬态数值分析

针对AP1000非能动余热排出系统(PRHRS)的具体结构,采用FORTRAN程序设计语言自主开发了瞬态分析程序RETAC-PRHRS(REactorTransientAnalysisCode-PassiveResidualHeatRemovalSystem)。利用编制的程序对PRHRS误开启事故进行分析,得到了堆芯归一化热功率、流量、最小偏离核态沸腾比(MDNBR)、系统压力、PRHRS流量等主要系统参数的响应特性。分析结果表明,在PRHRS误开启事故发生时,主要系统参数未超出规定限值,不会触发反应堆停堆。并将计算结果与热工水力分析软件,包括西屋公司开发的LOFTRAN及GSE公司开发的Topmeret/THEATRe的计算结果进行对比。对比趋势符合良好,从而证明了AP1000PRHRS建模的合理性。     

福岛条件下AP1000核电厂事故前期研究

假设AP1000核电厂发生类似福岛核事故的初因事件,利用RELAP5/MOD3.3程序对事故早期的一、二回路系统和非能动安全系统进行模拟计算,得到了反应堆冷却剂系统压力、堆芯冷却剂温度、非能动安全系统流量等重要参数的瞬态变化。分析表明：在非能动余热排出系统完好的情况下,反应堆系统能顺利进入热停堆状态;如果非能动余热排出系统1根换热管发生双端断裂,则反应堆系统将会在5 h内发生严重事故。     

非能动余热排出系统的稳态特性研究

以AP1000主冷却剂系统为原型,提出了1种二次侧非能动余热排出系统设计方案,并采用RELAP5/MOD3.2程序分析计算了该系统在主系统正常运行和运行瞬变工况下的稳态特性。结果表明,主系统带功率运行时,二次侧非能动余热排出系统可依靠回路工质的密度差和压力平衡使系统自动处于备用状态,不影响主系统的运行。此外,根据计算结果,分析了冷热源位差对系统稳态特性的影响。     

Atmospheric-Pressure Small-Scale Thermal-Hydraulic Experiment of a PIUS-Type Reactor

An experimental small-scale low-pressure setup of a PIUS (Process Inherent Ultimate Safety)-type reactor was used for the examination of the stability during normal operation such as startup and load following operation and of the safety during accidents such as loss-of-feed- water and pump runaway. Automatic feedback pump control system based on differential pressure at lower honeycomb density lock was quite effective to maintain the stratified interface between primary and pool water in the honeycomb density lock during normal operation. The process inherent ultimate safety characteristics of the PlUS-type reactor was confirmed with pump-trip scram at the pump speed limit for the various simulated accidents such as a loss-of- feedwater and pump runaway.     

The development and verification of thermal-hydraulic code on passive residual heat removal system of Chinese advanced PWR

1 Introduction The technology of passive safety is the trend of safety systems in nuclear power plant, and various novel reactor concepts, including AP600, EPP1000, SPWR, WWER1000, and MS600, have adopted pas- sive safety systems [1]. Passive safety system is one of the main features of Chinese advanced PWR, which is different from other conventional PWR [2]. Passive residual heat removal system (PRHRS), which ac- counts for the majority of passive safety systems of Chinese advanced…