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。     

钠冷阱丝网布置的最优化分析

本文主要讨论冷阱中丝网布置的优化问题。对于冷阱中的质量传递问题采用了一维模型，对丝网沉积面积随时间而变的因素进行了简化处理，提出了液态钠流经丝网区一次后应尽量满足对杂质浓度的要求，且在整个丝区杂质析出均匀，丝网用量最小情况下的最优化模型。利用诚特里亚金极大值原理对所得模型在等温冷阱情况下进行了求解，并对非等温冷阱的情况进行了性分析。所得结论可为工程设计提供理依据。     

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。     

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。     

中国实验快堆堆芯围桶开孔对正常运行工况影响的分析

堆芯围桶开孔是中国实验快堆(CEFR)事故余热排出系统的重要组成部分之一,是保证该系统形成自然循环排出反应堆事故后剩余发热的关键环节。本文应用通用计算流体力学软件CFX对CEFR堆芯围桶开孔对反应堆正常运行工况的影响进行了模拟,计算了在正常工况运行时,CEFR的反射组件与屏蔽组件热功率对堆芯围桶开孔附近温度场以及流场的影响,给出了堆芯围桶开孔区域的三维温度场、三维流场以及压力分布矢量图。结果表明,目前的设计在满足事故余热排出的要求同时,对反应堆正常运行工况的影响是可以接受的。     

18 CEFR物理启动温度反应性系数测量试验方法

CEFR在首次临界试验完成后，由净堆临界装载向运行装载冷态过渡。完成一系列物理试验后，在提升功率之前，逐渐向运行装载热备用态过渡（此时，反应堆的功率仍为零）。这时，反应堆的介质温度从250℃上升到360℃。由于堆芯材料温度和钠冷剂温度的变化引起了钠密度、燃料组件尺寸、钢反射层组件尺寸变化、Doppler效应以及栅板联箱径向膨胀导致堆芯径向尺寸改变的效应，使得堆的反应性发生改变。CEFR物理启动温度反应性系数测量试验就是测量CEFR从250℃等温加热到360℃时由于温度的变化所引起的反应性变化。     

CEFR一回路钠净化系统雾火计算与分析

CEFR一回路钠净化系统是一回路冷却剂边界的一部分,在正常运行时,该系统从反应堆主容器冷池取钠,钠经省热器冷却进入冷阱净化,然后返回省热器加热,最后回到主容器的冷池。本文根据CEFR一回路钠净化系统工艺间内管道和设备的布置,以及通风系统进出口的位置,建立发生事故的工艺间几何模型,确定泄漏点及泄漏流量,使用雾火程序FEUMIX程序进行计算,给出事故房间的气体压力,墙壁混凝土温度,气溶胶浓度的值及相应曲线。计算结果表明,CEFR一回路钠净化系统在发生钠雾火时,事故房间热力学后果在建筑结构可接受的范围内,放射性后果也在可接受…     

CEFR物理启动温度反应性系数测量试验方法

CEFR在首次临界试验完成后,由净堆临界装载向运行装载冷态过渡。完成一系列物理试验后,在提升功率之前,逐渐向运行装载热备用态过渡(此时,反应堆的功率仍为零)。这时,反应堆的介质温度从250℃上升到360℃。由于堆芯材料温度和钠冷剂温度的变化引起了钠密度、燃料组件尺寸、钢反     

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。     

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。     

Optimal performance analysis of a sodium cold trap

Cold traps are normally used to purify sodium, and their principle of operation is to cool sodium to temperature near its melting point, where soluble impurities contained in it are easy to precipitate. Two mathematical models are developed to analyze the processes that occur in sodium cold trap. One of them is used to analyze optimal passway shape of air cooler and the other is used to analyze optimal management of Stainless steel mesh. The models for analyzing optimal performance of sodium cold trap are typical optimal control problems. The problem are solved by means of Generalized Pontryagin's Minimum Principle. The numerical results show that air cooler of a cold trap should be two zones, that is, one is cooled by air and the other one is held in isothermal situation. The passway shape of air cooler should be a variable across section when performance of cold trap is optimal. The mesh management of a cold trap should be small surface in top and large surface in bottom when its precipitating performance is optimal and its working period is longer. The obtained conclusions are useful for practical engineering design and operation of a cold trap.     

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。     

Theoretical and experimental performance analysis for cold trap design

Cold trap is a purification unit used in sodium system of FBR's for maintaining the oxygen/hydrogen level in sodium within acceptable limits. It works on the principle of crystallization and precipitation of oxides/hydrides of sodium in a wire mesh, when the temperature of sodium is reduced below the saturation temperature. The cold traps presently used have lower effectiveness and get plugged prematurely. The plugged cold traps are cleaned and then put back into service. Frequent cleaning of cold trap results in the long down time of the sodium system. New design of cold trap has been conceived to overcome the above problems. The mathematical modeling for the new design was carried out and validated with experimentally tested results for its effectiveness. This paper shares the experience gained on the new design of cold trap for FBR's.     

CEFR整体冷钠池及其辅助系统温度场三维数值模拟

利用流体力学软件CFX对中国实验快堆（CEFR）整体冷钠池及其辅助系统进行详细稳态模拟计算,并验证运行工况下的热工设计。计算结果表明：冷钠池内存在热分层和热分区现象,确实存在冷钠池上板的高温区,同时泵腔室上部的温度较其他区域的高。本工作为反应堆功率提升及运行提供了技术准备。     

中国实验快堆结构材料辐照装置设计

为在中国实验快堆(CEFR)上开展国产快堆包壳材料的辐照试验,进行了CEFR首个结构材料辐照装置的设计。材料辐照装置的创新设计基于CEFR的辐照条件和堆芯组件的基本结构,通过在辐照装置内部设置不同气隙尺寸的辐照罐,实现了在快堆不同功率稳态运行条件下(40%和100%额定功率)对材料样品不同辐照温度(450~600℃)的要求。辐照装置具有样品辐照温度与中子注量率的非在线监测功能,其结构具有通用性,能满足材料辐照标准试样最大装载的需要。通过对辐照装置进行热工分析和堆外的传热验证试验、流阻特性和结构稳定性验证试验,保证了辐照装置的设计能满足材料辐照任务的要求。     

Studies validating a sodium purification system for fast reactors

The sources of impurities entering the sodium in fast reactors were investigated. The analysis showed that oxygen and hydrogen can be removed from the sodium by using cold traps in all operating regimes of a nuclear power plant as well as hot traps. An operating regime preventing hydrogen accumulation in the first-loop cold trap is proposed for a system purifying the first two loops. A computer code for calculating the impurity mass transfer is perfected. Test calculations showed that the procedure developed and the code are both serviceable. The deviation of the computational results from the experimental data is about 30% on average. For a built-in purification system, it is essential to develop a cold trap with a large impurity capacity. It is shown on the basis of experiments that such cold traps can in principle be developed. Thermohydraulic and mass-transfer codes must be developed in order to realize this possibility.     

中国实验快堆气载放射性物质释放路径研究

中国实验快堆是我国建设的第一座钠冷快中子反应堆,2014年实现满功率运行。本文主要阐述中国实验快堆气载放射性物质的来源、堆内迁移以及向环境释放的路径,得出正常工况以及事故工况下放射性物质通过哪些路径向环境排放,目的是有助于了解中国实验快堆通过哪些路径对环境产生放射性影响,从而建立并保持对放射性危害的有效防御,以保护人员、社会和环境免受危害,防止工作人员和公众接受超剂量的放射性照射。     

CEFR中间热交换器一次侧数值模拟

应用CFX程序对中国实验快堆（CEFR）一回路中间热交换器（IHX）一次侧的1/6进行三维稳态模拟。计算获得IHX一次侧速度场、换热管束的温度分布及变化规律。结果表明,中间热交换器满足设计要求,能保证主热传输系统的正常工作。计算结果可为快堆调试及运行提供技术支持和理论依据。