AP1000非能动安全壳冷却水WGOTHIC分析

本文应用WGOTHIC程序对AP1000核岛整体分工况建模,系统分析了多种情况下冷却水装量对安全性的影响。结果表明：非能动安全壳冷却系统失效1 000 s后,安全壳超压;冷却水冷却72 h后得不到冷却水的补充,0.9 d后安全壳超压;冷却水冷却19.6 d后,安全壳虽超压,但小于安全壳屈服极限压力;冷却水冷却30 d后,空气冷却已足够带走堆芯衰变热,而不需人为干预。结果为应急计划制定和设计改进提供了依据。     

大功率非能动压水堆DVI管破叠加IRWST失效触发严重事故分析

应用MELCOR 2.1程序,建立了大功率非能动压水堆核电厂主要回路系统及安全壳的热工水力模型,并以直接注水管线破口叠加内置换料水箱失效触发严重事故为对象进行了独立计算。计算结果与MAAP 4.04程序计算结果趋势一致,分析表明:MELCOR 2.1新版本对严重事故计算合理可信;部分非能动安全设施的启动有效地降低了主回路系统压力,防止高压熔堆,缓解了堆芯熔化进程,从而验证了非能动安全设施的有效性。     

大功率非能动压水堆严重事故工况堆芯熔毁进程研究

应用MELCOR 2.1程序,建立了大功率非能动反应堆主要回路、非能动安全系统及安全壳的热工水力模型,并以热段小破口叠加ADS 1阀门失效和内置换料水箱失效触发严重事故为研究对象,对事故进程进行模拟,对堆芯熔毁进程进行了分析。分析结果表明:1)锆合金和不锈钢氧化释热功率在蒸汽充足的情况下高于燃料的衰变功率,将加速堆芯的恶化;2)约13.1%的不锈钢和27.1%的锆合金被氧化,共产生550.99kg氢气;3)堆芯构件的熔化主要依赖于材料自身的熔点和有无构件支撑,堆芯支撑板能够延缓熔融物跌落进入下封头的进程;4)熔池形成后若外部冷却的不足将很快导致下封头应力失效。     

海阳核电一期工程严重事故下非能动安全壳冷却能力分析

采用一体化事故分析程序建立了包括主冷却剂系统、专设安全设施、安全壳系统和非能动安全壳冷却系统(PCS)的海阳核电一期工程核电厂模型,对核电厂压力容器直接注射(DVI)管线破裂、冷段双端断裂、自动卸压系统(ADS)误启动、热段2英寸破口等严重事故序列进行了模拟计算,分析反应堆系统的热工水力行为。并通过安全壳系统的压力和温度响应,分析了非能动安全壳冷却系统在严重事故工况下的冷却能力。计算表明,对于分析的严重事故工况,在72h内,PCS的冷却能力能够保持安全壳内压力和温度处于较低水平,可以保障安全壳完整性。分别针对PCS水膜覆盖率以及环境温度对PCS冷却效果进行了敏感性分析,表明水膜覆盖率降低和环境温度升高均会使PCS冷却能力降低,安全壳内压力升高,但均未超出其设计压力。     

严重事故缓解措施对全厂断电(SBO)事故进程影响分析

应用新版的MELCOR程序,以600 MW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;计算了熔融堆芯和堆坑混凝土的相互作用(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氢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近5 h,同时也降低了通过蒸汽发生器(SG)U型管向二次侧及环境早期释放放射性的风险.方案3_C表明10台氢气复合器在24 h内有效地复合了667 kg氢气,安全壳大空间最大氢气摩尔浓度为3.12%,安全壳内压力约为0.4 MPa.     

先进非能动压水堆防火喷淋对严重事故的缓解作用研究

依据先进非能动压水堆的严重事故管理导则(SAMG),消防系统中的防火喷淋系统,尽管属于非安全相关的系统,仍可以作为严重事故缓解策略,在以下三个方面起到严重事故缓解的作用:减少放射性气溶胶的质量;安全壳降温降压;安全壳注水。因此本文利用一体化严重事故分析程序,选取典型事故序列,评估防火喷淋系统在严重事故中的三种缓解作用的有效性为防火喷淋在严重事故管理导则中的应用提供技术支持。分析结果表明,防火喷淋系统能够实现堆腔淹没,在一定时间内进行安全壳降压,以及减少安全壳中放射性气溶胶的含量的作用,但由于系统限制,防火喷淋进行堆腔淹没的流量不能满足安全限值,并且只能推迟而不能够避免安全壳的失效。防火喷淋系统对严重事故的缓解作用虽然是有限的,但可为其他相关系统或设备的修复提供一定时间。     

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。     

非能动安全壳冷却系统瞬态特性试验研究

针对基于回路热管技术的非能动安全壳冷却系统开展瞬态特性试验,根据试验数据分析系统在液柱启动方式下自然循环流量、安全壳压力、流动不稳定性等过渡特性。结果表明:基于回路热管技术的非能动安全壳冷却系统具有良好的启动特性,可实现事故工况下安全壳内热量的顺利导出,且能够在启动阶段实现安全壳压力的快速下降。系统具有流动不稳定性工况区域,其影响因素与冷却水箱温度、安全壳压力及系统输入功率有关,流动不稳定性未对安全壳内压力趋势造成明显影响。     

ACME台架PRHR管线破口位置敏感性试验研究

为研究先进非能动（AP）型核电厂在非能动系统失效条件下的安全性能,利用我国先进堆芯冷却机理整体试验台架（ACME）开展了非能动余热排出（PRHR）管线破口失水试验研究,分析了主要的试验进程和破口位置对事故过程各阶段关键参数的影响。结果表明,ACME PRHR管线破口试验进程与冷管段小破口失水事故（SBLOCA）进程基本一致,再现了非能动核电厂自然循环阶段、自动卸压系统（ADS）喷放阶段和安全壳内置换料水箱（IRWST）安注阶段的安全特性;在不同破口位置的试验中,非能动堆芯冷却系统（PXS）均可保证堆芯得到补水,堆芯活性区始终处于混合液位以下;破口位置对ACME LOCA事故进程、反应堆冷却剂系统（RCS）初期降压速率、PRHR热交换器（HX）流量、喷放流量、堆芯液位、IRWST安注流量等参数具有显著影响,对堆芯补水箱（CMT）和蓄压安注箱（ACC）安注流量的影响较小。      

非能动堆芯冷却系统LOCA下冷却能力分析

本文基于机理性分析程序建立了包括反应堆一回路冷却剂系统、专设安全设施及相关二次侧管道系统的先进压水堆分析模型,对典型的小破口失水事故和大破口失水事故开展了全面分析。针对不同破口尺寸、破口位置的失水事故,分析了非能动堆芯冷却系统（PXS）中非能动余热排出系统（PRHRS）、堆芯补水箱（CMT）、安注箱（ACC）、自动卸压系统（ADS）和安全壳内置换料水箱（IRWST）等关键系统的堆芯注水能力和冷却效果。研究表明,虽然破口尺寸、破口位置会影响事故进程发展,但所有事故过程中燃料包壳表面峰值温度不超过1 477 K,且反应堆堆芯处于有效淹没状态。PXS能有效排出堆芯衰变热,将反应堆引导到安全停堆状态,防止事故向严重事故发展。     

Simulation of the small modular reactor severe accident scenario response to SBO using MELCOR code

Advanced small modular reactors (SMRs) use different design in the systems, structures, components from large reactors for achieving a high level of safety and reliability. In present work, the SMRs severe accident caused by the station blackout (SBO) was modeled and analyzed using MELCOR code, and the simulation of the accident scenario response to SBO was conducted. Based on the steady state calculation, which agrees well with designed values, we introduced the SBO accident for transient calculation. First, the case of the SBO accident without the passive core cooling system (PXS) was calculated. The progression and scenario in the reactor pressure vessel (RPV) and the containment were simulated and analyzed, including the transient response, cooling capacity and thermal-hydraulic characteristics and so on. The station black-out transient in the SMR can be simulated accurately, and the main failure model in the accident process can be concluded. Then three other cases of the SBO accident with different passive safety systems (core makeup tank (CMT), accumulator (ACC), passive residual heat removal system heat exchanger (PRHR HX), automatic depressurization system (ADS)) of the PXS were calculated respectively, and the results for different passive safety systems were compared. The passive core cooling system can not only provide water to the primary coolant system, but also take away the reactor decay residual heat. So in a station black-out transient, we can get more time for restoring AC power, and effectively prevent the accidents such as Fukushima.     

基于氢气风险分析的ADS手动卸压策略研究

先进非能动压水堆设计采用自动卸压系统(ADS)对一回路进行卸压,严重事故下主控室可手动开启ADS,缓解高压熔堆风险。然而ADS的设计特点可能导致氢气在局部隔间积聚,带来局部氢气风险。本文基于氢气负面效应考虑,对利用ADS进行一回路卸压的策略进行研究,为严重事故管理提供技术支持。选取全厂断电始发的典型高压熔堆严重事故序列,利用一体化事故分析程序,评估手动开启第1~4级ADS、手动开启第1~3级ADS、手动开启第4级ADS 3种方案的卸压效果,并分析一回路卸压对安全壳局部隔间的氢气负面影响。研究结果表明,3种卸压方案均能有效降低一回路压力。但在氢气点火器不可用时,开启第1~3级ADS以及开启第1~4级ADS卸压会引起内置换料水箱隔间氢气浓度迅速增加,可能导致局部氢气燃爆。因此,基于氢气风险考虑,建议在实施严重事故管理导则一回路卸压策略时优先考虑采用第4级ADS进行一回路卸压。     

严重事故条件下安全壳响应模拟研究

压水堆核电厂发生严重事故期间,从主系统释放的蒸汽、氢气以及下封头失效后进入安全壳的堆芯熔融物均对安全壳的完整性构成威胁。以国内典型二代加压水堆为研究对象,采用MAAP程序进行安全壳响应分析。选取了两种典型的严重事故序列：热管段中破口叠加设备冷却水失效和再循环高压安注失效,堆芯因冷却不足升温熔化导致压力容器失效,熔融物与混凝土发生反应（MCCI）,安全壳超压失效;冷管段大破口叠加再循环失效,安全壳内蒸汽不断聚集,发生超压失效。通过对两种事故工况的分析,证实了再循环高压安注、安全壳喷淋这两种缓解措施对保证安全壳完整性的重要作用。     

Three-dimensional behaviors of the hydrogen and steam in the APR1400 containment during a hypothetical loss of feed water accident

During a hypothetical severe accident in a nuclear power plant (NPP), hydrogen is generated by an active reaction of the fuel-cladding and the steam in the reactor pressure vessel and released with the steam into the containment. In order to mitigate hydrogen hazards which could possibly occur in the NPP containment, a hydrogen mitigation system (HMS) is usually adopted. The design of the next generation NPP (APR1400) developed in Korea specifies that 26 passive autocatalytic recombiners and 10 igniters should be installed in the containment for a hydrogen mitigation. In this study, an analysis of the hydrogen and steam behavior during a total loss of feed water (LOFW) accident in the APR1400 containment has been conducted by using the computational fluid dynamics (CFD) code GASFLOW. During the accident, a huge amount of hot water, steam, and hydrogen is released into the in-containment refueling water storage tank (IRWST). The current design of the APR1400 includes flap-type openings at the IRWST vents which operate depending on the pressure difference between the inside and outside of the IRWST. It was found from this study that the flaps strongly affect the flow structure of the steam and hydrogen in the containment. The possibilities of a flame acceleration and a transition from deflagration to detonation (DDT) were evaluated by using the Sigma–Lambda criteria. Numerical results indicate that the DDT possibility was heavily reduced in the IRWST compartment by the effects of the flaps during the LOFW accident.     

The role of BWR secondary containments in severe accident mitigation: Issues and insights from recent analyses

All commercial boiling water reactor (BWR) plants in the US employ primary containments of the pressure suppression design. These primary containments are surrounded and enclosed by secondary containments. While not designed for severe accident mitigation, these secondary containments might also reduce the radiological consequences of severe accidents. This issue is receiving increasing attention due to concerns that BWR MK I primary containment integrity would be lost should a significant mass of molten debris escape the reactor vessel during a severe accident.The fission product retention capability of an intact secondary containment will depend on several factors. Recent analyses indicate that the major factors influencing secondary containment effectiveness include: the mode and location of the primary containment failure, the internal architectural design of the secondary containment, the design of the standby gas treatment system, and the ability of fire protection system sprays to remove suspended aerosols from the the secondary containment atmosphere. Each of these factors interact in a very complex manner to determine secondary containment severe accident mitigation performance.This paper presents a brief overview of US BWR secondary containment designs and highlights plant-specific features that could influence secondary containment severe accident survivability and accident mitigation effectiveness. Current issues surrounding secondary containment performance are discussed, and insights gained from recent secondary containment studies of Browns Ferry, Peach Bottom, and Shoreham are presented. Areas of significant uncertainty are identified and recommendations for future research are presented.     

基于MAAP5程序的秦山核电站严重事故分析

应用MAAP5程序建立了秦山核电站一、二回路,安全系统以及安全壳的模型,并以冷段双端断裂叠加高高、高、低压安注失效,安全壳喷淋系统失效为例,对该严重事故序列进行了模拟计算,给出了瞬态过程一些重要参数随时间的变化规律。结果表明：在72 h内无能动干预手段的条件下,安全壳的完整性可得到保证,相关数据可为秦山核电站严重事故预防和事故缓解措施的制定提供重要参考。     

百万千瓦级压水堆严重事故后再注水的有效性评价

根据现有的设计资料,使用一体化严重事故分析程序MELCOR1.8.6建立了核电厂一、二回路系统,非能动堆芯冷却系统和安全壳系统的模型,并模拟冷段2英寸(5.08cm)小破口叠加重力注入失效的严重事故发生后,将冷却剂注入堆芯的情形,分析其对严重事故进程的缓解能力。本文选取3个严重事故的不同阶段,将冷却剂分别以小流量(10kg/s)、中流量(50kg/s)和大流量(200kg/s)的速率注入堆芯,通过比较氢气产生量、堆芯放射性产生量及堆芯温度等数据来评估在严重事故不同阶段再注水的可行性。结果表明:在堆芯损伤初期,可认为10kg/s以上的流量足以冷却百万千瓦级事故安全。而当严重事故发展到堆芯开始坍塌阶段,200kg/s的注水流量可认为是基本可行的,而小于此流量的注水应慎重考虑。