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。     

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。     

CEFR蒸汽发生器给水调节系统的设计与调试

蒸汽发生器给水调节系统是中国实验快堆（CEFR）重要的控制系统,需要实现自动控制。根据该系统的控制需求针对性地设计了一套给水调节控制方案,并在CEFR实堆功率运行工况下验证了该控制方案。堆上试验结果表明,该控制方案能够在各种设计工况下维持蒸汽发生器出口钠温稳定,具备抑制反应堆其他参数干扰的能力。本研究通过CEFR蒸汽发生器给水调节系统的设计与调试工作,实现了CEFR蒸汽发生器给水调节系统的自动化控制。     

蒸汽发生器钠水反应的氢计测定

蒸汽发生器在运行过程中发生换热管的泄漏是常见的事故。氢计是测量钠和覆盖气中氢杂质的在线测量仪表。在二回路中，为了监测蒸汽发生器热交换器管壁是否破损，用以避免其后更多的三回路中的水向二回路钠中泄漏而引发大的事故，采用氢计监测二回路钠和覆盖气中氢杂质含量能及早发现水从三回路向二回路的泄漏。     

氢计钠回路冷阱净化系统设计和调试

液态金属钠冷决快堆电站蒸汽发生器的钠泄漏会导致钠水反应和氢的产生。因此，钠中微量氢的探测是判断汽发生器中是否存在钠泄漏的重要手段，是确保快堆电站安全运行的关键问题之一。清华大学液态金属技术研究室建立了服务于钠中微量氢探测的氢计钠回路。为了准确测量 ，需要确保回路中的纯度，尤其是氢的含量应加以严格控制。在氢计的钠回路中，利用钠温降低后，钠中杂质含量降低的原理，达到去除中杂质的目的。     

钠冷快堆蒸汽发生器换热管在役检查验收和堵管准则探讨

蒸汽发生器是快堆主热传输系统的关键设备之一,而换热管作为钠/水介质热交换边界,其破损将造成严重的钠水反应事故。为了确保蒸汽发生器的安全稳定运行,有必要对含缺陷换热管建立验收准则和确定堵管条件。本文通过有限元计算和高温爆破试验,对蒸汽发生器换热管建立验收和堵管准则,确保CFR600蒸汽发生器的安全运行。     

快堆蒸汽发生器小泄漏钠水反应产物传输扩散三维数值模拟

为了研究快堆蒸汽发生器热力参数对其水／水蒸汽泄漏探测系统响应的影响，本文建立了钠水反应产物在蒸汽发生器内的传输扩散模型。该模型根据钠水反应机理，首次提出氢气线密度概念，建立了氢气线密度控制微分方,程以氢氧根离子传输扩散过程；最后建立了氢离子的三维传输扩散方程。通过泄漏探测系统－氢计对模型计算的蒸汽发生器钠出口氢浓度的响应与实际注水实验氢计的响应比较，结果表明，该模型可以较准确地预测蒸汽发生器水／水蒸汽泄漏后钠水反应产物的传输扩散过程。     

CEFR事故余热排放系统管道热应变测量及结果分析

中国实验快堆(CEFR)以钠作为冷却剂。事故余热排放系统是CEFR快堆的专设安全设施,在反应堆出现地震、系统供电全部中断、全部蒸汽发生器给水中断的事故工况时,将堆芯余热通过空气冷却器非能动地排放到最终热阱。CEFR事故余热排出系统设计温度为550℃,运行温度最高为516℃,全部为双层管道,管道内运行介质为高温的液态金属钠。通过对事故余热排放系统进行热应变测量和数据分析,掌握系统管道的应力应变情况和监测系统运行状态的应力变化。     

小泄漏钠水反应氢扩散试验系统设计方案

正快堆蒸汽发生器换热介质采用液态金属钠和水/蒸汽,由于设计、加工工艺和运行条件等问题导致的传热管破损是不可避免的,为保证在微小泄漏阶段发现水泄漏到钠中,并采取相应的检修措施,必须建立蒸汽发生器事故保护系统。     

快堆蒸汽发生器小钠水反应分析评估程序开发概况

正快堆蒸汽发生器换热介质采用液态金属钠和水/蒸汽,由于设计、加工工艺和运行条件等问题导致的传热管破损是不可避免的,为了保证在微小泄漏阶段发现水泄漏到钠中,并采取相应的检修措施,必须建立蒸汽发生器事故保护系统。小钠水反应分析评估程序(SSW)可用于分析CFR600蒸汽发生器发生小泄漏时产物在回路中的浓度分布以及对相邻管的影响,进而评估蒸汽发生器事故保护系统设计的合理性。SSW程序主要分为5个模块:1)输入模块;2)初始化模块;     

高温气冷堆螺旋管蒸汽发生器热工水力特性研究

高温气冷堆螺旋管蒸汽发生器结构复杂,运行工况严苛,为实现对高温气冷堆蒸汽发生器运行特性的快速预测,获得其正常运行及典型瞬态工况下的热工水力特性,本文建立了一套完善准确的螺旋管蒸汽发生器管壳两侧流动换热模型,开发了适用范围较广的蒸汽发生器系统热工水力分析程序STAGS;基于THTR-300反应堆蒸汽发生器验证了STAGS程序准确性和可靠性;以球床模块式高温气冷堆(HTR-PM)为对象,开展了螺旋管蒸汽发生器满负荷工况下系统运行特性分析,获得了关键热工水力参数沿螺旋管分布以及管壳侧流体流量对蒸汽发生器运行影响规律,进而研究了管壳侧入口参数受扰动时蒸汽发生器关键热工参数响应特性。结果表明：管侧换热系数最大值受管侧流体流量影响较大,管侧流量增加10%时,管侧对流换热系数最大值增加约5 149.3 W/(m²·K);壳侧入口氦气热工水力参数的变化对蒸汽发生器的换热功率影响较为剧烈,壳侧流量突降10%以及入口温度突增20 K时分别导致蒸汽发生器换热功率降低968 kW和上升664 kW。     

16 CEFR二回路水锤分析

CEFR以液态钠作为一、二回路冷却剂。二回路蒸汽发生器泄漏发生钠水反应会在二回路系统中引起水锤，水锤事故可以引起管道的甩摆，拉断管道支撑，使管道破裂，甚至直接造成核电厂事故停堆。因此，水锤是CEFR设计和安全分析中的一个重要问题。     

小泄漏钠水反应靶管损耗试验系统设计研究

在快堆蒸汽发生器中,由于运行条件和腐蚀等原因常导致传热管泄漏.高压水/水蒸气向钠侧喷射,剧烈的钠水反应可能会对蒸汽发生器造成严重破坏.为了能够更准确地预测、核算发生小泄漏时钠水反应事故对邻管(靶管)的影响,设计小泄漏钠水反应靶管损耗试验系统,对泄漏率测量、水系统控制与注射等关键技术进行了详细阐述,并与韩国、印度等钠水反...     

部件焊接件在310℃钠中的腐蚀

CEFR的蒸汽发生器检测管由俄罗斯进口的10X2M钢与国产304L不锈钢焊接而成，其焊接区处在310℃流动钠中。诸多的快堆运行经验表明，部件的焊接处往往是部件受损的薄弱环节，因此，焊接件在高温钠中的抗晶间腐蚀性能及其相容性特征对CEFR的安全运行与安全分析有十分重要的意义。为确保快堆安全，本工作在CEFR的工况条件下进行了模拟试验，观察并分析焊接件材料与310℃钠的相容性特征及晶间腐蚀倾向，以为CEFR的安全运行及安全分析提供试验根据。     

CEFR过热器热流密度对结垢的影响研究与清洗周期评估方法的初步建立

中国实验快堆(CEFR)采用的过热器作为钠-水回路的压力边界,对反应堆安全承担着重要的作用。一旦其传热管汽侧由于结垢腐蚀发生泄漏,将导致严重的钠水反应事故发生。因此对CEFR过热器汽侧结垢规律的研究对快堆安全运行起到至关重要的作用。本文针对不同的水质工况研究过热器的结垢规律,同时还拟合出了相应的结垢速率公式,对过热器的清洗周期提出相应的指导意见,对今后过热器安全稳定运行具有重要意义。     

CEFR二回路水锤分析

CEFR以液态钠作为一、二回路冷却剂。二回路蒸汽发生器泄漏发生钠水反应会在二回路系统中引起水锤,水锤事故可以引起管道的甩摆,拉断管道支撑,使管道破裂,甚至直接造成核电厂事故停堆。因此,水锤是CEFR设计和安全分析中的一个重要问题。本工作在清华大学按照CEFR一、二回路系统初步设计参数编制的水锤分析程序的基础上,采用CEFR二回路冷却系统施工设计参数重新进行分析计算。CEFR二回路水锤分析@唐龙 @王彬     

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。     

中国实验快堆负荷跟踪能力分析

以中国实验快堆(CEFR)主工艺系统为对象,利用MATLAB/Simulink软件建立仿真模型。在负荷阶跃变化且无调节系统参与的条件下进行仿真计算,研究CEFR及类似工艺的池式钠冷快堆的负荷跟踪能力。分析关键环节在负荷阶跃变化的极端情况下的运行特性,探究此类工艺负荷跟踪运行模式的可行性,为未来大型快堆在运行模式和工艺设计上提供参考。仿真结果表明,CEFR及其类似工艺的池式钠冷快堆负荷跟踪能力有限,其中直流式蒸汽发生器是限制其负荷跟踪能力的最大瓶颈。     

快堆蒸汽发生器热力参数对泄漏探测系统响应特性的影响

研究建立了水泄漏引起的钠水反应产物在快堆蒸汽发生器和取样支路传输扩散的一维数学模型,分析了蒸汽发生器流量、钠温度和取样支路流量对泄漏探测系统响应特性的影响。模型计算和实验结果表明：蒸汽发生器流量的增加将缩短系统的响应时间,但却降低了蒸汽发生器钠出口处的氢离子浓度,使系统探测水泄漏的灵敏度降低;蒸汽发生器钠温度对系统的响应时间影响不大,钠温升高,OH^-离子的离解速率加快,探测系统的灵敏度提高;增大取样支路流量可改善系统的响应特性。     

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。