小型堆严重事故下安全壳内氢气行为分析

采用MELCOR程序,对小型堆破口叠加全部电源丧失的典型严重事故进行计算,并对安全壳内发生氢气燃烧、爆炸的可能性进行分析。结果表明:主管道直径3.72%的破口叠加全部电源丧失后,堆芯裸露,出现熔堆事故;同时锆水反应产生的大量氢气进入安全壳,使安全壳内氢气含量上升,在安全壳局部空间、屏蔽水箱内出现氢气燃烧。但由于小型堆安全壳净容积较小,水蒸气含量较高,氧气含量较少,不会导致氢气爆炸。     

300MW和1000MW核电站安全壳氢燃烧负载估算

美国联邦法规10CFR§50.34(f)规定：当100％燃料包壳金属-水反应产生的氢气释放进入安全壳,并且伴随着氢气燃烧时,安全壳必须能维持其完整性。本文在保守地假设氢气在安全壳内等体积、绝热、完全燃烧的基础上,根据热平衡方程和理想气体方程推导出事故后安全壳内氢气燃烧引起的压力负载估算方法,并用此方法分别对国内新设计的300MW和1000MW核电站估算了100％燃料包壳金属-水反应产生的氢气在安全壳内燃烧引起的压力负载。计算结果表明两者的安全壳设计均能满足相关法规要求。     

秦山二期核电厂严重事故下安全壳内氢气浓度分布及风险初步分析

采用模块化严重事故计算工具,对秦山二期核电厂大破口失水事故(LB-LOCA)、小破口失水事故(LB-LOCA)和全厂断电(SBO)诱发的严重事故序列以及安全壳内的氢气浓度分布进行了计算分析.在此基础之上,参考美国联邦法规10CFR关于氢气控制和风险分析的标准,对安全壳的氢气燃烧风险进行了初步研究.分析结果表明:大破口严重事故导致的安全壳内的平均氢气浓度接近10%,具有一定的整体性氢气燃烧风险,小破口失水和全厂断电严重事故可能不会导致此类风险,但仍然存在局部氢气燃烧的可能.     

安全壳内氢气燃烧特性数值研究

本文基于计算流体力学(CFD)方法,采用涡耗散概念(EDC)模型耦合P1辐射模型,对德国开展的ThAI-HD12氢气燃烧实验进行了数值模拟验证,与实验符合良好.同时通过修正反应机理,获得了更符合实验的结果.通过改变点火位置、氢气浓度,计算得到安全壳内压力、温度等的变化,结果表明:在安全壳空间内,浮力对氢气燃烧火焰传播影...     

严重事故下安全壳卸压箱隔间氢气浓度场模拟

根据MELCOR程序对全厂断电诱发的严重事故下安全壳内各隔间的氢气浓度分布的计算结果,参考美国联邦法规关于氢气控制和风险分析的标准,分析安全壳内氢气的燃烧风险。结果表明：安全壳内平均氢气浓度不会导致整体性氢气燃烧,但存在局部燃烧的风险。通过CFD程序对氢气浓度较高的卸压箱隔间进行氢气释放和空间气体流动过程的模拟,得到更细致的卸压箱隔间内氢气浓度场分布,给出氢气聚集区域的准确位置,为采取严重事故缓解措施,设计氢复合器布置方案提供了参考依据。     

百万千瓦级压水堆严重事故下氢气源项及氢气控制有效性分析

针对百万千瓦级压水堆核电厂大型干式安全壳在严重事故情况下的氢气风险控制,建立了一体化事故分析模型,分别对大破口失水事故(LB-LOCA)、中破口失水事故(MB-LOCA)、小破口失水事故(SB-LOCA)、全厂断电事故(SBO)、蒸汽发生器(SG)传热管破裂事故(SGTR)以及主蒸汽管道破裂事故(MSLB)进行事故进程计算以及氢气源项分析。相对于其他事故序列,LB-LOCA下堆芯快速熔化,锆-水反应产生氢气的速率快,可以作为安全壳内氢气风险控制有效性分析的代表性事故序列。分析表明,严重事故情况下在安全壳中安装一定数量的非能动氢气复合器(PARs)能够有效去除安全壳中的氢气,消除氢气燃烧或爆炸的风险,保持安全壳的完整性。     

百万千瓦级压水堆严重事故下局部隔间氢气风险分析

核安全法规要求控制严重事故下核电厂安全壳内的氢气浓度。除安全壳整体外,局部隔间的氢气浓度同样是关注的重点。本文采用一体化严重事故分析程序对百万千瓦级压水堆核电厂安全壳局部隔间进行建模,分析了不同事故下的氢气风险。结果表明,严重事故下部分隔间短时间内可能存在燃烧风险。本文对降低燃烧风险的方法进行分析计算和筛选,得出的结论可以为安全壳隔间的设计优化提供参考依据。     

严重事故管理导则中的氢气风险判断及事故模拟分析

建立严重事故管理导则中用于判断氢气燃烧、超压风险以及安全壳降压时氢气风险的判断工具。用一体化事故分析程序对全厂断电事故进行模拟计算,用该氢气风险判断工具对不同事故阶段的氢气风险进行分析。结果表明:在全厂断电始发的严重事故下,没有氢气复合器且没有安全壳喷淋时,安全壳大气在一段时间内会被水蒸气惰化,不会发生燃烧,但如果应急电源恢复,重新启动安全壳喷淋时,有可能引起氢气燃烧甚至造成安全壳超压;在增加氢气复合器后,没有造成安全壳超压的风险,并且判断结果是保守的。     

严重事故下安全壳内氢气行为与风险分析

福岛事故后的核电厂安全审评过程中,国家核安全局对于严重事故下的氢气安全问题提出了更高的要求,从满足当前高标准的氢气安全要求的角度出发,有必要对安全壳内氢气行为开展更为细致深入的研究,开展氢气的三维分析,为集总参数程序的分析结果提供有益补充。本文采用一体化严重事故分析程序和流体力学程序对国产先进压水堆核电厂进行系统建模,选取大破口触发的严重事故序列,对严重事故工况下的氢气行为及氢气控制系统性能进行分析评价。首先采用一体化严重事故分析程序计算氢气产生源项、氢气产生速率和安全壳内氢气浓度分布等,评价安全壳隔间内的氢气风险。并采用计算流体力学程序,进一步对安全壳内重要隔间的氢气分布进行三维分析,研究安全壳内氢气和水蒸汽的行为,获得重要隔间内的流场、温度场、压力场、氢气分布及浓度变化等计算结果。CFD程序在计算气体分布方面要比集总参数程序更加精确和详细,通过更精细地模拟安全壳内的氢气行为,可以为集总参数程序的计算结果提供补充,为氢气控制系统的设计优化和严重事故氢气风险管理等提供有力的支持。     

MELCOR2.2氢气点燃浓度限值敏感性分析

严重事故工况下,堆芯燃料包壳和其他金属构件的蒸汽氧化以及熔融堆芯-混凝土相互作用是最重要的氢气释放源项。为避免安全壳内氢气爆燃和爆炸现象,有必要对氢气点火浓度的敏感性进行研究。研究使用最新版MELCOR2.2程序对大功率非能动压水堆安全壳进行系统建模,对安全壳内氢气点燃浓度限值进行了敏感性分析。分析结果表明:1)氢气可燃浓度限值设置越高,单次燃烧产生的压力峰值越明显,超过设定的可燃浓度限值,可能引起氢气爆燃和爆炸;2)氢气点燃一定程度上受其他不凝气体浓度影响,其中一氧化碳会加速氢气点燃,而二氧化碳和蒸汽的摩尔浓度增加则会稀释可燃气体。因此,氢气点燃受氢气点燃浓度限值影响较大,但安全壳内其他不凝气体组分的影响也不可忽略,应该及时做好安全壳内可燃气体的复合和稀释,有效消除可燃气体的潜在威胁。