核電廠主回路壓力異常的失流事故仿真分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u24915核電廠主回路壓力異常的失流事故仿真分析案例 159481.1主泵的功能及發(fā)展 1185051.2失流事故的原因及預(yù)防 1257811.3失流事故緩解及故障仿真分析 21.1主泵的功能及發(fā)展功能：主冷卻劑泵是核島中四個(gè)最重要的設(shè)備之一，在一回路啟動(dòng)充水時(shí)為主回路趕氣。在冷熱停堆過渡時(shí)使冷卻劑循環(huán)。在正常運(yùn)行時(shí)負(fù)責(zé)通過強(qiáng)迫對(duì)流的方式將主系統(tǒng)冷卻劑疏送到堆芯，以帶出堆芯產(chǎn)熱和實(shí)現(xiàn)冷卻劑的循環(huán)流動(dòng)。在失去電源時(shí)維持一定慣性流量使元件表面熱流密度小于臨界熱流密度并不發(fā)生DNB。發(fā)展:目前主泵歷經(jīng)了由屏蔽式到軸封式再到屏蔽式的過程目前發(fā)展到三代。EMD公司是一代軍用堆和商用堆主泵的唯一提供者，生產(chǎn)的屏蔽泵由屏蔽套隔離轉(zhuǎn)動(dòng)和靜止部分，其內(nèi)發(fā)生渦流效應(yīng)產(chǎn)生渦流損失令效率變低一般為0.4至0.5。隨著商用堆不斷增加，第一代屏蔽泵效率低的問題越來越明顯，人們將研究重點(diǎn)放在了軸封泵上。最終軸封泵成為了二代商用堆的主流，分為兩大分支。大亞灣使用三軸承支撐軸系結(jié)構(gòu)主泵。秦山一期使用四軸承支撐軸系結(jié)構(gòu)主泵相比另一類軸封泵之下震動(dòng)更小，與電機(jī)匹配性更好。我國美國與歐洲研制出了三代堆以滿足更高的要求，與之相應(yīng)對(duì)主泵也提出了更高的要求。EMD生產(chǎn)研發(fā)出AP1000屏蔽泵，用Inconel屏蔽套將定子密封，鎢合金雙飛輪大大增加慣性流量，在發(fā)生失流事故后可有效防止DNB。1.2失流事故的原因及預(yù)防主冷卻劑泵是核島中四大設(shè)備之一，正常運(yùn)行時(shí)負(fù)責(zé)通過強(qiáng)迫對(duì)流的方式將主系統(tǒng)冷卻劑疏送到堆芯，以帶出堆芯產(chǎn)熱和實(shí)現(xiàn)冷卻劑的循環(huán)流動(dòng)。當(dāng)主泵斷電或卡軸時(shí)，疏送冷卻劑流量減少（部分主泵由于電源故障而使冷卻劑流量降低的失流事故為部分失流屬于II類工況），堆芯有可能會(huì)發(fā)生DNB使燃料包殼出現(xiàn)破口或裂紋，造成一回路放射性的升高。因此防止失流事故的發(fā)生對(duì)于核電站運(yùn)行有重要作用。一般來說，泵軸卡斷的發(fā)生概率相對(duì)于電機(jī)發(fā)生故障的概率來說很小，因此對(duì)于主泵來說主要是防止其電源發(fā)生故障。核電廠一般選擇廠內(nèi)電源作為為主泵供電的第一選擇，當(dāng)電機(jī)出現(xiàn)跳閘等故障無法正常使用時(shí)，選用廠外電源為主泵供電。當(dāng)外電源失效而反應(yīng)堆無法孤島運(yùn)行時(shí)，依靠主泵飛輪巨大的慣性流量還可使主泵運(yùn)行一段時(shí)間。其次是泵軸卡斷的預(yù)防，對(duì)泵軸進(jìn)行淬火等熱處理提高其硬度及抗疲勞程度、定期對(duì)主泵進(jìn)行檢修防止卡軸。斷軸與卡軸對(duì)于反應(yīng)堆來說都是不被允許的，根據(jù)俞爾俊對(duì)失流事故的計(jì)算，二者造成后果嚴(yán)重性與控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及控制棒位置有關(guān)。若停堆棒在事故的前幾秒內(nèi)降下，則卡軸造成的后果嚴(yán)重，與之相反的情況下則斷軸更危險(xiǎn)。1.3失流事故緩解及故障仿真分析事故緩解：在確定反應(yīng)堆冷卻劑泵故障部分或完全停止運(yùn)行后，立即緊急停閉反應(yīng)堆，預(yù)防元件和堆芯損壞。安全注入系統(tǒng)在適當(dāng)時(shí)投入運(yùn)行，防止元件包殼由于表面熱流密度過高蠕變毀壞，急停時(shí)控制棒迅速自然插落堆芯并確保存在足夠的停堆深度。確定失流事故產(chǎn)因。失流事故發(fā)生后如果未能緊急停堆，最終由于DNBR的下降元件熔化的可能性逐漸變大，元件融化后包殼和水發(fā)生鋯水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣會(huì)加快放射性泄露的速率。因此操作員在主控室對(duì)安全信號(hào)進(jìn)行監(jiān)視對(duì)于事故發(fā)生后的緩解也起很大的作用。主冷卻劑系統(tǒng)（RCP）簡介：反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)主要由一回路四大件組成，是主回路最重要的系統(tǒng)，核反應(yīng)在壓力容器內(nèi)的堆芯發(fā)生同時(shí)熱功率由冷卻劑導(dǎo)出給蒸發(fā)器給水產(chǎn)生蒸汽，這期間主冷卻劑泵唧送冷卻劑使其能夠在反應(yīng)堆中往復(fù)流動(dòng)，冷卻堆芯，防止堆芯熔化。冷卻劑中的硼酸可用來控制反應(yīng)性并防止放射性物質(zhì)泄出。事故仿真分析：啟動(dòng)操作員臺(tái)雙擊選擇滿功率氙平衡為初態(tài)，出現(xiàn)復(fù)位提示后選擇故障菜單插入RCP系統(tǒng)一環(huán)路主泵跳閘故障，延遲時(shí)間設(shè)定30s，觀察參數(shù)變化。一回路參數(shù)如圖3.1和3.2?？芍?dāng)環(huán)路一冷卻劑泵跳閘后，由于一環(huán)路流量過低產(chǎn)生停堆信號(hào)停堆當(dāng)控制棒落下中子密度降低，核反應(yīng)幾乎消失，核功率幾乎下降為0。由于裂變產(chǎn)物存在，熱功率在停堆時(shí)快速下降至衰變功率穩(wěn)定最后降到70MW附近后不再變化，同時(shí)控制棒插入中子幾乎被全部吸收堆反應(yīng)性下降至零后繼續(xù)下降到負(fù)值。停堆核功率下降超前與熱功率的下降。在停堆的后一瞬間汽機(jī)脫扣與電網(wǎng)聯(lián)系斷開電功率下降為0。對(duì)于一回路，事故發(fā)生后由于冷卻劑流量降低而使堆芯冷卻能力下降而同時(shí)元件內(nèi)反應(yīng)保持原狀，冷卻劑的入口溫度出口溫度和平均溫度都升高（由于系統(tǒng)的時(shí)間延遲并未顯示）令冷卻劑的體積逐漸變大使穩(wěn)壓器壓力上升，停堆后熱功率急速下降其下降對(duì)冷卻劑造成的降溫影響超過了給水流量的減少和冷卻劑流量下降對(duì)冷卻劑的升溫影響（在事故開始后一段時(shí)間內(nèi)主泵慣性流量使冷卻劑流量的下降并非是突變而是漸變），冷卻劑進(jìn)出口及平均溫度（后文若三者趨勢相同則簡稱溫度）下降。出口溫度下降速率高于入口溫度下降速率，出口溫度降溫響應(yīng)速度快于入口溫度降溫響應(yīng)速度。這是由于冷卻劑從入口流向出口，熱功率下降后首先影響出口溫度，因此出口溫度降低響應(yīng)速度大于入口溫度響應(yīng)速度。蒸發(fā)器給水分布熱側(cè)多冷側(cè)少，故停堆后出口溫度降溫速率大于入口溫度降溫速率。堆急停后冷卻劑體積驟然變小穩(wěn)壓器壓力及水位快速下降（穩(wěn)壓器壓力若與水位變化趨勢相同因此后文僅分析壓力）。接下來反應(yīng)堆冷卻劑流量下降和給水流量減少的升溫影響高于停堆后熱功率下降和輔助給水流量增加降溫影響使穩(wěn)壓器壓力及溫度上升，直至熱功率降至衰變熱逐漸穩(wěn)定并與輔助給水所帶走的熱量達(dá)到平衡壓力與溫度趨于穩(wěn)定。對(duì)于二回路來說，事故開始時(shí)故障環(huán)路冷卻劑溫度變高在蒸發(fā)器給水不變時(shí)蒸汽產(chǎn)量變多，蒸發(fā)器水位短暫變低，停堆后熱功率的下降令蒸汽變少，給水流量大于蒸汽流量水位變高之后主給水逐漸隔離，輔助給水啟動(dòng)，蒸汽發(fā)生器水位水位再次變化。在這個(gè)過程中，應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)由于主系統(tǒng)壓力并未降低至其啟動(dòng)壓力（11.9MPa左右）因此并未啟動(dòng)，失流事故發(fā)生時(shí)主回路壓力變化并非不可接受同時(shí)事故對(duì)于燃料元件的損壞一般不會(huì)太嚴(yán)重，因此無需擔(dān)心超壓導(dǎo)致設(shè)備損壞和進(jìn)行放射性計(jì)算。此事故重點(diǎn)注意泡核沸騰偏離比，停堆前冷卻劑溫度上升時(shí)，元件表面與冷卻劑溫差變小使元件表面臨界熱流密度變小而元件實(shí)際熱流密度大體保持不變，燒毀比變小讓元件更易被