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。     

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。     

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。     

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。     

池式钠冷快堆二回路钠比活度研究

池式钠冷快堆中的二回路钠比活度影响二回路钠工艺间中的辐射剂量及分区、二次钠泄漏事故的环境影响和运行维修期间工作人员接受的辐射剂量。二回路钠比活度水平是由堆本体屏蔽决定的。本文以中国实验快堆(CEFR)为研究对象,通过研究它们之间的关系,找到设计池式钠冷快堆时确定二回路比活度设计值的方法。研究表明,二回路工艺间中冷阱间的剂量当量率决定了二回路钠比活度值的上限;而从堆容器材料损伤和二次钠事故后果等方面限制推算出的比活度限值远高于上限值,可以据此规律来确定中国示范快堆的二回路比活度设计值,并通过堆本体的屏蔽达到此设计值。     

冷却剂钠中微量碳分析方法的设计验证试验

钠中杂质碳对材料的物理和机械性能产生影响，因此，开展快堆研究的国家均建立钠中碳的标准，中国实验快堆（CEFR）一、二钠回路中杂质碳的质量标准分别为：w（C）≤20μg／g、W（C）≤30μg／g。     

中国实验快堆钠火消防系统的可靠性评价研究

作为我国第一座钠冷快中子堆,中国实验快堆(CEFR)的安全问题一直受到广泛关注,其中钠火相关安全问题更成为业界关注的焦点。本文以CEFR一回路冷阱工艺间发生钠火事故时,消防和相关事故缓解系统的可靠性评价为主要任务,运用事件树和故障树相结合的方法,对钠火事故的发生序列及后果进行分析,评价结果表明:CEFR钠工艺间的钠火消防系统具有较高的可靠性。在系统及部件重要度的定性和定量分析结果的基础上,进一步针对钠火消防系统设计的薄弱环节提出钠火消防的优化建议和措施。     

中国实验快堆主冷却系统建模与仿真研究

中国实验快堆(CEFR)是钠冷快中子反应堆,其一、二回路的运行特性对反应堆的安全运行具有重要的影响。使用JTopmeret软件建立CEFR一、二回路主冷却系统和蒸汽发生器(SG)的仿真模型,用于计算系统任意一点的流量、压力、温度等运行参数。在稳态及瞬态工况下,系统主要参数仿真值与设计值的误差均小于2%,满足系统仿真的精度要求。     

国产氩中氢计的校准试验

中国实验快堆（CEFR）的二回路钠中微量钠水反应监测主要采用氢计，它是涉及CEFR运行安全的十分重要的在线测量仪表。同时也是氩中氢含量测定的重要手段。由于通常的仪表测量仅是相对测量，因此，要求对此类杂质测量仪表进行校准。为准确测得氩中氢含量，采用了标准氢含量的氩气对国产扩散型氩中氢计进行了校准试验。国产氩中氢计的校准试验是在清华大学氢计的试验钠回路上进行的。     

中国实验快堆蒸汽发生器首次进水试验分析研究

中国实验快堆(CEFR)作为中国第一座钠冷快中子反应堆,蒸汽发生器作为分隔二回路和三回路器的重要设备,其运行的稳定性、可用性对于中国实验快堆的稳定运行具有重要意义。中国实验快堆蒸汽发生器首次进水试验验证了蒸汽发生器具备了在低功率下运行的完整性、可用性、稳定性和良好的传热性能。根据记录数据就钠侧和水侧的对流换热进行了热平衡校核计算,计算结果表明了本次试验钠侧和水侧换热量平衡,计算结果表明在低流量、低钠温的运行工况下水侧为主要换热热阻,该热阻值可以由格尼林斯基(Gnielinski)公式确定。     

基于Labview的相关法测量钠流量系统设计

为满足中国实验快堆(CEFR)一回路主泵旁路钠流量计校准的需求,设计了1套基于Labview软件的相关钠流量测量系统。本文介绍了相关法的测量原理、设计的相关钠流量测量系统、对该系统的仿真试验和钠回路上的验证试验。试验结果表明,这套基于Labview的相关钠流量测量系统是可行的。本文还进行了该系统的测量误差分析,给出了减小误差的方法。该系统及其试验为CEFR一回路主泵旁路钠流量计在役校准装置的设计、调试和运行提供了依据。     

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。     

放射性氩气中杂质氮的分析方法研究

以1∶1模拟了中国CEFR堆所需要建造的快堆气体回路,建立了一个工程上可行的、远距离的、多条固定管线和阀门的快堆覆盖气体氩气取样系统、计算机控制的阀门进样以及氩气中氮杂质的间断性在线分析方法。通过使用气相色谱仪热导检测器,其检测限达到了ASTM标准中提出的利用气相色谱仪分析氩气中氮杂质的标准,也满足了CEFR堆规定的氩气中氮杂质的分析要求。     

强迫循环冷阱捕集杂质研究

基于冷阱内部传热传质相关理论,建立了强迫循环冷阱捕集杂质模型。建模过程中,提出了适用于回热器内置非等温冷阱传热计算方法,并进行了程序编译。计算结果表明:随着捕集时间的增加,冷阱捕集杂质总质量及捕集效率均增加,但变化的幅度均逐渐减小;Na K合金中的杂质主要沉淀于金属丝网上,金属丝网捕集杂质的质量较3个壁面捕集杂质的总量大得多;金属丝网的网格长度越短、丝径越大,越利于捕集杂质,但网格长度较丝径对捕集时间的影响更大。     

液态锂铅回路冷阱过滤芯捕集效率数值分析

液态锂铅纯化技术是聚变堆锂铅包层关键技术之一,冷阱是锂铅在线纯化的常用装置。鉴于冷阱过滤芯捕集杂质的效率难以在线测量,本文利用Fluent中离散相模型(DPM模型)对某些影响过滤芯捕集效率因素进行了数值模拟,得出了三种规格单层过滤芯周围的离散相浓度场分布及捕集效率。结果显示:在考虑杂质结晶析出速度的前提下,增大流体速度和降低过滤芯孔隙率可以提高过滤芯对杂质的捕集效率,且速度增大到一定数值之后,过滤芯对杂质捕集的效率增速减缓。相关结果可为冷阱过滤芯的的优化设计及液态金属流速的确定提供理论依据与参考。     

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。     

高性能计算分析技术在大型钠冷快堆屏蔽设计中的应用

钠冷快堆堆容器是一体化的池式结构,由众多堆内构件组成且结构复杂,堆芯到生物屏蔽外中子输运过程中各向异性明显且深穿透问题严重,大尺度范围下三维S_N方法计算是制约快堆屏蔽设计的瓶颈。通过将三维SN程序与高性能计算技术相结合,采用并行计算方法可解决快堆堆本体内各向异性的三维深穿透屏蔽问题。本文以中国示范快堆（CFR600）堆本体为研究对象,采用JSNT-CFR程序详细计算了堆本体内的中子注量率、光子注量率、剂量率,并将计算结果与已有的二维程序设计结果进行比较。结果表明,将传统屏蔽计算方法与高性能计算相结合,能满足CFR600堆本体屏蔽计算精度要求,获得更为全面的三维展示效果,在计算模型复杂、粒子穿透深度等复杂问题的屏蔽计算上具有较明显的优势,为大型钠冷快堆屏蔽设计提供有力支撑。     

OEFR进口部件与国产管道的焊接件在410℃钠中的腐蚀

中国实验快堆（CEFR）的钠存在信号装置管道材料为俄罗斯进口的12X18H10T，它与国产304L不锈钢的焊接处位于410℃流动钠的运行工况中。另外，CEFR一回路的净化支路电磁泵为意大利PEC堆的电磁泵，电磁泵进出口管的材料为AISI316不锈钢，在系统中与国产304L不锈钢管道相焊接，此焊接件所处环境为410℃流动钠。进口的与国产的不同材料间的焊接件在快堆实际运行工况下与钠的相容性如何，是否会发生晶间腐蚀，这直接关系到CEFR部件的安全稳定运行。     

中国实验快堆2018年度运行年报

正中国实验快堆(CEFR)热功率为65 MW,试验发电功率为20 MW,首炉燃料使用UO2,采用堆本体池式结构和钠-钠-水三回路热传输系统,并首次设立独立的非能动事故余热排出系统。2018年反应堆处于冷停堆运行状态,继续进行大修遗留工作及大修调试工作,完成系统恢复与功能鉴定,完成3次开堆前检查和常规岛热态运行,对开堆强相关项进行处理和验证,实现冷停堆运行工况下的全厂安全稳定运行。     

快堆钠中杂质分析和监测技术综述

针对中国实验快堆(CEFR)冷却剂钠中杂质的质量标准,系统地概述了钠中微量氧、钙、碳、钾、氮、氯、铁杂质的离线分析方法以及阻塞计的在线监测技术。