核电厂安全壳直接加热相关法规及分析方法研究

安全壳直接加热(DCH)是压水堆核电厂严重事故中的主要现象之一,可能导致安全壳早期失效、大量放射性释放的严重后果.国际上的核安全管理机构均非常重视该现象并制定了相关的法规要求.文章一方面概述与DCH相关的法规要求,另一方面针对AP1000核电厂发生DCH的事故工况,进行后果分析方法的研究.分析结果表明,AP1000核电厂的DCH不会造成安全壳失效.     

安全壳直接加热(DCH)严重事故现象研究

本文以福建福清一期核电厂为目标电厂,利用以双隔间平衡法和拉丁超立方抽样为基础而开发的计算程序,对安全壳直接加热(DCH)的严重事故现象进行了研究。得到了不同事故工况条件下DCH产生的安全壳峰值压力的概率分布曲线。此外,根据计算得到的安全壳脆性曲线,结合DCH计算结果最终得到了不同事故工况下DCH可能造成安全壳失效的概率。同时还对影响DCH后果的主要因素以及相应的严重事故缓解策略进行了研究分析。     

使用FCI-CMFD软件分析岭澳二期核电厂直接安全壳加热事故

采用分析熔融物与冷却剂反应(FCI)的三维多相流数值计算软件MC3D,建立岭澳二期核电厂模型,对严重事故下可能发生的直接安全壳加热(DCH)现象进行了模拟和分析。为准确预测事故现象,本文结合全厂断电事故后期参数与岭澳二期核电厂核岛几何模型,模拟事故过程。计算得出了事故下安全壳内气体温度场、熔滴体积份额场、速度场及压力随时间的变化。结果表明：直接安全壳加热事故会在短时间内引起安全壳内压力和局部温度的迅速上升。     

核电厂全厂断电事故下安全壳响应的计算分析

利用一体化安全分析程序研究核电厂全厂断电(SBO)事故工况下安全壳的响应。研究表明,SBO事故下安全壳会发生超压失效,如果及时恢复交流(AC)电源,安全壳内的压力和温度会迅速降低,安全壳不会发生超压失效。在压力容器失效前恢复AC电源,压力容器就有可能保持完整性。压力容器破损后,AC电源的恢复将使得安全壳内蒸汽浓度大幅减少,从而相应增加了氢气的浓度,导致氢气风险的增加。     

大型干式安全壳严重事故下超压失效概率研究

核电厂安全壳是防止放射性产物释放到环境中的最后一道屏障,严重事故下安全壳压力可能超过设计压力,在超压情况下安全壳的完整性及失效概率的研究,是严重事故重点关注的内容,也是二级PSA安全壳失效和源项分析定量化的基础。结合美国SANDIA实验室安全壳完整性试验及分析的情况,对AP1000、EPR核电厂安全壳超压失效概率进行了分析,重点对国内典型二代改进型核电厂的安全壳超压失效概率进行了建模计算,相关计算方法和结果可为相关电厂实施严重事故管理和二级PSA提供参考。     

考虑预应力损失影响的安全壳安全性能研究

预应力损失对安全壳在内压作用下的安全性能影响不可忽略,本文通过考虑安全壳不同龄期下的预应力损失来研究安全壳在设计基准期内40年及设计基准期后60年不同内压水平作用下的安全性能。采用ABAQUS有限元软件建立了精细化安全壳三维有限元分析模型,通过非线性有限元方法分析了钢衬里屈服、预应力筋屈服、混凝土裂缝演化等性能指标。研究结果表明,考虑预应力损失后,安全壳混凝土开裂与钢衬里失效时,所能承受的内压荷载减小;安全壳在极限内压作用下的变形表现为穹顶向外膨胀以及洞口向内收缩;安全壳穹顶部分在极限内压下破坏严重;考虑预应力损失后,安全壳变形明显增大。但安全壳在设计内压(0.4 MPa)作用下仍有足够的安全裕度。     

AC600非能动安全壳冷却系统的概率安全分析

ＡＣ６００是我国改进型压水堆核电站，本文对其在概念设计阶段的非能动专设安全设施中的安全壳冷却系统进行了概率安全分析（ＰＳＡ）。文中采用故障树技术，定旧计算出了系统的不可用度及置信区间，主要部件故障对不同度的贡献和各组成单元的重要度等，并将计算结果与国内外现有压水堆核电站进行了比较，经比较得出ＡＣ６００采用非能动安全冷却系统，将能明显提高核电站的安全性，可靠性和经济性，由于它是一种新的设计，因此围绕     

评价双层安全壳直接旁路泄漏的设计思路研究

本文探讨了评价压水堆全压双层安全壳直接旁路泄漏的设计思路,特别是如何识别潜在旁路泄漏途径和如何确定旁路泄漏率,提出环廊初始维持较大负压使事故后不出现"正压"阶段从而不需评价"正压"期间旁路泄漏,和环廊初始维持较小负压且需评价事故后"正压"阶段持续时间两种主要设计思路,可指导研发先进压水堆核电厂时选择系统设计方案。     

严重事故下材料物性变化对安全壳性能影响研究

安全壳作为压水堆核电厂的最后一道屏障,其在严重事故工况下的完整性既取决于严重事故现象发生情况,也取决于安全壳性能特点。目前在华龙一号安全壳性能分析时仅考虑了材料的常温物性特征,无法反映严重事故下安全壳本身的升温升压影响。本文根据严重事故下安全壳的响应情况,考虑事故下材料物性的变化,分析基于事故高温的材料性能对安全壳性能的影响,并对比常温和事故高温下的安全壳性能差异,分析不同温度下严重事故风险的差异,评估对早期大量放射性释放频率、大量放射性释放频率和严重事故管理的影响。分析结果表明,严重事故下随着安全壳内温度逐步升高,安全壳性能有所降低,但安全壳薄弱环节依然在设备闸门处;对照常温和高温两条安全壳失效概率曲线,由于华龙一号安全壳自由容积较大,直接安全壳加热（DCH）和等容绝热完全燃烧（AICC）产生的载荷均不会威胁安全壳完整性,且不会颠覆原安全壳过滤排放系统开启整定值。     

飞机撞击核反应堆安全壳的动力学分析

运用MSC．DYTRAN软件分析了飞机撞击反应堆安全壳的动力学问题,给出了混凝土的变形图和撞击物的速度变化曲线,比较了选用不同材料模式的计算结果,并与经验公式的结果进行了对比。选用混凝土的帽形材料模型得到结果略低于经验公式的结果。     

Analysis of hydrogen risk mitigation with passive autocatalytic recombiner system in CPR1000 NPP during a hypothetical station blackout

Hydrogen safety has attracted extensive concern in severe accident analysis especially after the Fukushima accident. In this study, a similar station blackout as happened in Fukushima accident is simulated for CPR1000 nuclear power plant (NPP) model, with the computational fluid dynamic code GASFLOW. The hydrogen risk is analyzed with the assessment of efficiency of passive autocatalytic recombiner (PAR) system. The numerical results show that the CPR1000 containment may be damaged by global flame acceleration (FA) and local detonation caused by hydrogen combustion if no hydrogen mitigation system (HMS) is applied. A new condensation model is developed and validated in this study for the consideration of natural circulation flow pattern and presence of non-condensable gases. The new condensation model is more conservative in hydrogen risk evaluation than the current model in some compartments, giving earlier starting time of deflagration to detonation transition (DDT). The results also indicate that the PAR system installed in CPR1000 could prevent the occurrence of the FA and DDT. Therefore, HMS such as PAR system is suggested to be applied in NPPs to avoid the radioactive leak caused by containment failure.     

High pressure simulation experiment on corium dispersion in direct containment heating

Purdue 1/10 scale direct containment heating separate effects experiments under a reactor vessel pressure up to 14.2 MPa are presented. With the test facility scaled to the Zion PWR geometry, these tests are mainly focused on the corium dispersion phenomenon in order to obtain a better understanding of the dominant driving mechanisms. Water and woods metal have been used separately to simulate the core melt, the reactor vessel being pressurized with nitrogen gas analogous to the steam in the prototypic case. The entire test transient lasted for a few seconds, and the liquid dispersion in the test cavity occurred within only 0.5 s. To synchronize the data acquisition and blowdown transient, the test initiation was triggered by breaking two rupture discs in the liquid/gas delivery system. Parameters characterizing the liquid transport were obtained via various instruments. Important information about the mean size and size distribution of the dispersed droplets in the test cavity, the liquid film flow transient, the subcompartment trapping, and the liquid carry-over to the containment has been obtained. These results, along with data from a previous low pressure (1.4 MPa) experiment carried out at Purdue University, form a solid database for further theoretical analysis.     

Study on the performance of an open-loop passive containment cooling system

The containment is an ultimate and important barrier to keep the radioactivity from release. The integrity of the containment is crucial to control the consequences of either loss of coolant accident or main steam line break accident. A passive containment cooling system concept designed to remove the heat by natural circulation means is proposed, which is composed of a series of heat exchangers, long connecting pipes with relative large diameter, valves, and a water tank. The performance of the system is numerically simulated and the self-developed codes are validated by the experimental data. The influences of several key parameters are investigated on the performance of the system from different aspects. The results confirm that four distinct operating stages could be experienced as follows: startup stage, single-phase quasi-steady stage, flashing speed up transient stage, and flashing dominated quasi-steady operating stage. Furthermore, the mechanisms of the ways through which the parameters influence the behaviors of the proposed system are thus analyzed. Moreover, the feasibility of the system is also commented on the basis of the numerical results.     

冗余系统共因失效的载荷-性能分析与概率估算

从可靠性数学的角度,以环境载荷与零件性能的特征及其相互关系为背景,探讨了k/n(F)冗余系统共因失效的原因与机理,并致力于冗余系统共因失效概率预测的精确方法。分析表明,对于各零件处于同一载荷环境的系统,环境载荷的随机性是导致系统共因失效的最基本的原因。     

严重事故下喷淋模式的研究

核电厂发生严重事故后．安全壳内有可能堆积大量的氢气．如果此时不适宜地投入喷淋．会破坏安全壳内的惰性环境而引起氢气燃烧或者爆炸．甚至导致安全壳失效。为避免氢燃．本文通过合理的假设．根据相关的实验公式推导出不同氢气产量下安全壳内压力所需满足的条件,获得了根据安全壳内压力值来指导喷淋开闭的保守的控制模式。本文以大亚湾核电站为分析对象,利用MELCOR来进行分析．验证了此控制模式的可行性．并讨论了堆腔注水、氢气自燃以及安全壳底板成分对制订喷淋模式的影响。     

Si-PIN探测器中子直照灵敏度研究

介绍了利用K600中子发生器进行Si-PIN探测器灵敏度标定的实验方法,并在实验中测出了Si-PIN探测器对14MeV中子的直照灵敏度。同时,利用MCNP模拟程序对Si-PIN探测器不同能量的中子直照灵敏度进行了理论计算,实验灵敏度处理结果和理论计算值较为一致。     

严重事故下喷淋模式的研究

核电厂发生严重事故后,安全壳内有可能堆积大量的氢气,如果此时不适宜地投入喷淋,会破坏安全壳内的惰性环境而引起氢气燃烧或者爆炸,甚至导致安全壳失效。为避免氢燃,研究者通过合理的假设,根据相关的实验公式,推导出不同氢气产量下安全壳内压力所需满足的条件,获得了根据安全壳内压力值来指导喷淋开闭的保守的控制模式。文章以大亚湾核电站为分析对象,利用MELCOR来进行分析,验证了此控制模式的可行性,并讨论了堆腔注水、氢气自燃以及安全壳底板成分对制订喷淋模式的影响。     

基于概率因果模型与遗传算法的船舶核动力装置故障诊断的新方法

介绍一种将概率因果模型和遗传算法相结合的核动力装置二回路凝给水系统的故障诊断方法,它将概率因果模型的似然函数作为遗传算法的适应函数,从而将复杂系统的故障诊断转化为最优问题。仿真结果表明,该方法能够适应诊断过程中出现的不确定性,并实现多故障诊断,具有较高的诊断可靠性和实用性。     

破口事故比例模拟中安全壳破口源项参数评估研究

采用基于破口总焓相似、强迫射流及浮力羽流流场相似及传热传质过程相似的多约束分析体系,归纳与质能源项相关的传热传质过程、耗散过程以及自然循环过程的时间尺度,确定模拟实验源项满足的各种模拟工况所必须遵循的设计约束条件。分析表明,自然循环过程时间常数是约束不同物理过程最重要的基础参数,也是模拟装置设计的基本约束参数。给出适用于确定安全壳破口源项试验参数的计算关系式,用于计算获得试验装置的几何参数和试验边界条件。     

供热堆格架力学性能试验研究

200MW供热堆定位格架主要由条带,围带和角部片簧组成.其141个栅格排列成12×12-3的缺一角的准正方形结构形式.论述了燃料组件工作时,格架三弯弹簧的预变形范围及其夹持力大小.在特制的加力试验台上采用电阻应变计测量载荷与数字式位移计测量变形的方法对1:1的全尺寸定位格架进行了一系列力学性能试验,包括3种三弯弹簧及刚性支撑的载荷.变形试验,格架整体强度与刚度试验.结论表明:供热堆定位格架的力学性能完全满足200MW供热堆燃料组件的设计要求.