田灣核電站母線房間喪失通風(fēng)冷卻工況下溫度響應(yīng)分析

Summary：2010年國(guó)家核安全局發(fā)布《概率安全分析技術(shù)在核安全領(lǐng)域中的應(yīng)用（試行）》，鼓勵(lì)核電廠深入應(yīng)用概率安全分析（PSA）技術(shù)；2022年國(guó)家核安全局重新修訂并發(fā)布了《核動(dòng)力廠調(diào)試和運(yùn)行安全規(guī)定》（HAF103），將PSA應(yīng)用強(qiáng)制性要求寫(xiě)入核安全法規(guī)。PSA模型的準(zhǔn)確性影響著核電廠核安全水平與經(jīng)濟(jì)效益，合適的建模利于核電站對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的管理。Keys：通風(fēng)冷卻溫度概率安全1通風(fēng)冷卻建模田灣核電站QKM系統(tǒng)（非安全通風(fēng)系統(tǒng)冷凍水系統(tǒng)）用來(lái)冷卻SAM51/52（汽輪機(jī)廠房通風(fēng)系統(tǒng)），SAM51/52給6kV正常工作母線BBA-BBD提供通風(fēng)。PSA模型進(jìn)行了較為詳細(xì)的建模，并采取了保守的假設(shè)，即在夏天時(shí)，一旦QKM失效，將導(dǎo)致BBA-BBD喪失通風(fēng)冷卻，BBA-BBD失效。2計(jì)算工況與驗(yàn)收準(zhǔn)則本文以田灣核電站UMA00550/511兩個(gè)配電間（布置了BBA-BBD）為例，分析其在夏天喪失冷卻時(shí)溫度響應(yīng)，評(píng)估QKM失效后24h和72h時(shí)刻房間溫升情況。2.1房間信息UMA00550/511房間自由容積為622.90/537.40m3，與相鄰房間墻體、房頂、地板的厚度為20/60/26cm；墻體的材料鋼筋混凝土，密度、導(dǎo)熱系數(shù)、比熱為2242.6kg/m3、1.437W/(m·K)、0.80kJ/(kg·K)。2.2計(jì)算的邊界條件與初始條件及溫度驗(yàn)收準(zhǔn)則UMA00550/511房間的初始溫度取7、8、9月平均最高溫度29℃，與其接觸房間取8年來(lái)最高溫度40.29℃。開(kāi)關(guān)設(shè)備按照國(guó)標(biāo)要求，一次設(shè)備中最低的溫度限值75℃，二次保護(hù)裝置廠家文件規(guī)定允許環(huán)境溫度55℃。本文中配電間溫度的限制選取55℃為允許的最高溫度限值。3分析方法與建模3.1分析方法為簡(jiǎn)化目標(biāo)房間喪失冷卻時(shí)溫度響應(yīng)計(jì)算，假設(shè)房間僅通過(guò)墻體與相鄰房間換熱，墻面和樓板、房頂與空氣自然對(duì)流換熱，相鄰房間溫度保持恒定，對(duì)在反應(yīng)堆處于維修冷停堆、熱停堆和功率運(yùn)行三種工況下進(jìn)行分析，評(píng)估在夏天時(shí)，QKM失效下房間溫度是否會(huì)達(dá)到電氣設(shè)備要求的環(huán)境溫度限值。3.2程序計(jì)算設(shè)置采用某熱工水力分析程序?qū)MA00550/511在三種工況下喪失冷卻時(shí)溫度響應(yīng)進(jìn)行計(jì)算，初始溫度取29℃。兩個(gè)房間測(cè)量的72h發(fā)熱量(kW)：維修冷停堆為10.04/8.96；熱停堆為13.49/13.71；功率運(yùn)行為18.5/16.58。在分析之前，需先確定墻體的初始溫度，作為瞬態(tài)計(jì)算的起始點(diǎn)。墻體溫度介于相連的兩個(gè)房間溫度之間，呈線性分布。計(jì)算方法如下：設(shè)置“DTratio”為很大的數(shù)值（比如106），該變量表示導(dǎo)熱模型求解時(shí)間步長(zhǎng)和水力模型求解時(shí)間步長(zhǎng)的比值（默認(rèn)為1）。如果該值設(shè)為很大數(shù)值，那么相當(dāng)于在一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)只求解墻體的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱方程。設(shè)置計(jì)算時(shí)間為較小值（比如0.1s）。假設(shè)相鄰的房間溫度恒定，計(jì)算目標(biāo)房間3天內(nèi)的溫升響應(yīng)。3.3模型簡(jiǎn)化與設(shè)置目標(biāo)房間溫度分析程序節(jié)點(diǎn)圖如圖1所示。程序采用1個(gè)控制容積模擬目標(biāo)房間，該控制容積內(nèi)設(shè)置內(nèi)部熱源，內(nèi)熱源給定加熱功率，用來(lái)模擬房間的機(jī)柜發(fā)熱。采用另1個(gè)控制容積來(lái)模擬相鄰的其他幾個(gè)房間，該控制容積內(nèi)設(shè)置內(nèi)部熱構(gòu)件，熱構(gòu)件一面指定壁面溫度，另一面指定較大換熱系數(shù)和換熱面積，以實(shí)現(xiàn)控制房間為40.29℃。圖1房間溫度分析程序節(jié)點(diǎn)圖房間有三面墻壁厚度相同，采用1個(gè)外部熱構(gòu)件來(lái)模擬，熱構(gòu)件與兩個(gè)控制容積相接的兩面為自然對(duì)流換熱。房間頂部和底部由于與空氣換熱面朝向不同，故采用兩個(gè)外部熱構(gòu)件來(lái)模擬，熱構(gòu)件兩個(gè)面為自然對(duì)流換熱。目標(biāo)房間另1面墻壁由于厚度不同，單獨(dú)采用1個(gè)外部熱構(gòu)件來(lái)模擬，熱構(gòu)件與控制容積相接的兩個(gè)面均為自然對(duì)流換熱。4計(jì)算結(jié)果與討論4.1計(jì)算結(jié)果分析UMA00550/511房間初始溫度為29℃，在維修冷停堆時(shí)24h后升至43.7/43.8℃，72h時(shí)達(dá)到48.8/48.8℃；熱停堆時(shí)24h后升至46.2/47.6℃，72h時(shí)達(dá)到52.2/54.0℃；功率運(yùn)行時(shí)24h后升至49.7/49.8℃，72h時(shí)達(dá)到56.8/56.9℃。由溫度計(jì)算結(jié)果得出，三種工況下前3000s內(nèi)房間溫度均升高較快，3000s之后至72h時(shí)內(nèi)溫度升高的速率越來(lái)越慢。4.2敏感性分析為了充分分析環(huán)境溫度的變化對(duì)目標(biāo)房間的影響，開(kāi)展敏感性分析計(jì)算。即將相鄰房間的溫度由40.29℃變?yōu)?5℃，其它設(shè)置保持不變，計(jì)算得出溫度響應(yīng)的變化趨勢(shì)與之前相同，但溫度有所增加。UMA00550/511在維修冷停堆時(shí)24h后升至46.5/46.6℃，熱停堆時(shí)24h后升至49.0/50.4℃，功率運(yùn)行時(shí)24h后升至52.5℃/52.6℃。熱停堆和功率運(yùn)行下，UMA00550/511溫度在72h后升至55.9/60.5℃和57.7/60.6℃，均比之前高4℃左右，超過(guò)了配電間溫度限制允許的最高溫度限值55℃。5結(jié)論當(dāng)前PSA建模的任務(wù)時(shí)間為24小時(shí)，由計(jì)算結(jié)果可知，反應(yīng)堆在維修冷停堆和熱停堆時(shí)喪失冷卻24h及72h時(shí)間段內(nèi)，以及功率運(yùn)行工況下喪失冷卻24h時(shí)間段內(nèi)，目標(biāo)房間的溫度均未超過(guò)配電度限制允許的最高溫度限值55℃，滿(mǎn)足配電間溫度驗(yàn)收準(zhǔn)則。敏感性分析結(jié)果表明，當(dāng)相鄰房間≥45℃時(shí)，目標(biāo)房間24h后的最高溫度仍不會(huì)達(dá)到最高溫度限值55℃。PSA建模應(yīng)僅建模至功能系統(tǒng)，無(wú)需對(duì)通風(fēng)冷卻系統(tǒng)建模，核電站也無(wú)需再通風(fēng)冷卻系統(tǒng)上投入過(guò)多資源。6Reference[1]田灣核電站1、2號(hào)機(jī)組PSA模型和應(yīng)用工具升版技術(shù)服務(wù)項(xiàng)目A14通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)故障樹(shù)分析，C