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气冷堆进水事故分析

马誉高 曹忠彬 王金雨 邓坚 鲍辉 丁书华 程坤 胡文桢

马誉高, 曹忠彬, 王金雨, 邓坚, 鲍辉, 丁书华, 程坤, 胡文桢. 气冷堆进水事故分析[J]. 核动力工程, 2024, 45(2): 241-247. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.02.0241
引用本文: 马誉高, 曹忠彬, 王金雨, 邓坚, 鲍辉, 丁书华, 程坤, 胡文桢. 气冷堆进水事故分析[J]. 核动力工程, 2024, 45(2): 241-247. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.02.0241
Ma Yugao, Cao Zhongbin, Wang Jinyu, Deng Jian, Bao Hui, Ding Shuhua, Cheng Kun, Hu Wenzhen. Analysis on Water Ingress Accident of a Gas Cooled Reactor[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(2): 241-247. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.02.0241
Citation: Ma Yugao, Cao Zhongbin, Wang Jinyu, Deng Jian, Bao Hui, Ding Shuhua, Cheng Kun, Hu Wenzhen. Analysis on Water Ingress Accident of a Gas Cooled Reactor[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(2): 241-247. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.02.0241

气冷堆进水事故分析

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.02.0241
详细信息
    作者简介:

    马誉高(1994—),男,工程师,现主要从事反应堆热工水力与安全传热研究,E-mail: yugao_ma@163.com

  • 中图分类号: TL339

Analysis on Water Ingress Accident of a Gas Cooled Reactor

  • 摘要: 气冷堆受工作环境或运行状态影响,可能发生其所特有且造成严重事故后果的进水事故。针对美国气冷堆S4堆设计方案,模拟分析在正常运行工况下冷凝器部分传热管破裂导致的进水事故,研究事故造成的正反应性引入、回路超压等事故后果。利用反应堆蒙特卡洛程序RMC计算进水过程中谱移吸收体材料Ir对反应性引入的影响,并利用自主研发的气冷堆系统分析程序HXRTRAN计算进水过程中的温度及布雷顿循环回路压强数据。结果表明,进水事故发生时,0.5 kg进水量将导致布雷顿循环回路的压强超过10 MPa,可能会造成更大面积的冷凝器管路破损并导致水二次灌入;同时进水将导致大量正反应性引入,若堆内燃料表面添加了谱移吸收体材料Ir,堆芯可在进水事故下自发降功率,当水蒸气量超过5 kg后,堆芯功率快速下降至额定功率的2.2%左右,并逐渐接近停堆。可见谱移吸收体材料Ir对于堆芯进水导致的正反应性引入具有显著的抑制效果。

     

  • 图  1  S4堆的堆芯结构示意图

    Figure  1.  Schematic Diagram of S4 Reactor Core Structure

    图  2  HXRTRAN程序架构

    Figure  2.  HXRTRAN Code Framework

    图  3  S4堆的闭式布雷顿循环系统示意图

    Figure  3.  Schematic Diagram of Closed Brayton Cycle System for S4 Reactor

    图  4  闭式布雷顿循环系统温熵图

    S—熵;T—温度

    Figure  4.  Temperature-entropy Diagram for the Close Brayton Cycle System

    图  5  闭式布雷顿循环模型计算流程图

    Figure  5.  Flowchart for the Close Brayton Cycle Model

    图  6  有/无谱移吸收体材料Ir时不同进水量下堆芯功率变化

    Figure  6.  Core Power Changes at Different Water Ingress Mass with or without Spectral shift absorber Materials Ir

    图  7  有/无谱移吸收体材料Ir时不同进水量下布雷顿循环系统电功率及热电转换效率变化

    Figure  7.  Changes in Electrical Power and Thermoelectric Conversion Efficiency of the Brayton System at Different Water Ingress Mass with or without Spectral Shift Absorber Materials Ir

    图  8  有/无谱移吸收体材料Ir时不同进水量下堆芯进出口气体温度变化

    Figure  8.  Temperature Changes of Core Inlet and Outlet Gas at Different Water Ingress Mass with or without Spectral Shift Absorber Materials Ir      

    表  1  稳态计算结果对比表

    Table  1.   Comparison of Steady-state Calculation Results

    参数 文献值 计算值 误差/%
    反应堆总功率/W 471000 470945 0
    堆芯进口温度/K 981.4 977.7 0.4
    堆芯出口温度/K 1149.0 1151.0 0.2
    单个布雷顿流量/(kg·s−1) 1.834 1.750 4.6
    压气机进口温度/K 400.0 401.1 0.3
    压气机出口温度/K 483.5 491.7 1.7
    压气机压比 1.50 1.56 4.0
    压气机转速/( r·s−1) 750 775 3.3
    透平出口温度/K 1007.6 1009.2 0.2
    回热器出口温度/K 517.8 522.8 1.0
    回热器回热度 0.95 0.94 1.1
    布雷顿循环热效率 0.285 0.296 3.9
    负载-系统总效率 0.278 0.281 1.3
    循环温度比 2.8725 2.8696 0.1
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    表  2  引入不同质量水蒸气的反应性变化

    Table  2.   Reactivity Changes with Different Water Vapor Ingress Mass

    水蒸气质量/kg 有谱移吸收体材料Ir 无谱移吸收体材料Ir
    keff 反应性
    引入量/pcm
    keff 反应性
    引入量/pcm
    0 1.027225 0 1.036790 0
    0.5 1.027214 −1 1.037493 65
    1.0 1.027426 19 1.038474 156
    2.0 1.027330 10 1.039739 273
    5.0 1.024698 −240 1.041566 442
    10.0 1.019874 −701 1.042135 494
    15.0 1.015947 −1080 1.043830 650
    20.0 1.014226 −1247 1.047885 1021
    23.5 1.014404 −1230 1.052886 1474
      keff—有效增殖系数;1pcm—10−5
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    表  3  有谱移吸收体材料Ir时不同进水量下的堆芯功率、燃料和基体温度

    Table  3.   Core Power, Temperature of Fuel and Monolith at Different Water Ingress Masses with Spectral Shift Absorbers Ir

    水蒸气
    质量/kg
    反应性引
    入量/pcm
    功率份
    额/%FP
    全堆燃
    料均温/K
    全堆基
    体均温/K
    燃料峰
    值温度/K
    基体峰
    值温度/K
    0 0 100 1190 1158 1313 1261
    0.5 −1 99.4 1190 1157 1311 1259
    1.0 19 110.9 1215 1178 1349 1293
    2.0 9 105.6 1203 1169 1332 1278
    5.0 −240 3.1 976 975 980 978
    10.0 −701 2.2 973 972 976 975
    15.0 −1080 2.2 973 972 976 975
    20.0 −1247 2.2 973 972 976 975
    23.5 −1230 2.2 973 972 976 975
      FP—满功率
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    表  4  无谱移吸收体材料Ir时不同进水量下的堆芯功率、燃料和基体温度

    Table  4.   Core Power, Temperature of Fuel and Monolith at Different Water Ingress Mass without Spectral Shift Absorbers Ir

    水蒸气
    质量/kg
    反应性引
    入量/pcm
    功率份
    额/%FP
    全堆燃
    料均温/K
    全堆基
    体均温/K
    燃料峰
    值温度/K
    基体峰
    值温度/K
    0 0 100 1190 1158 1313 1261
    0.5 65 79.1 1145 1119 1242 1200
    1.0 156 59.7 1103 1082 1176 1144
    2.0 273 57.3 1097 1077 1168 1137
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  • [1] YAN X L. Very high temperature reactor[M]//PIORO I L. Handbook of Generation IV Nuclear Reactors. 2nd ed. Amsterdam: Elsevier, 2023: 133-165.
    [2] 张浩,王建建. 模块式高温气冷堆的技术背景及展望[J]. 中国核电,2021, 14(3): 419-422.
    [3] 王岩,石磊,李富,等. 高温气冷堆换热管断裂事故进水量研究[C]//中国核科学技术进展报告(第二卷)——中国核学会2011年学术年会论文集第3册. 贵阳: 中国核学会,2011: 16-23.
    [4] 王岩,郑艳华,李富,等. 高温气冷堆蒸汽发生器传热管断裂事故进水量分析[J]. 原子能科学技术,2009, 43(5): 441-447.
    [5] 王岩,郑艳华,石磊,等. 高温气冷堆蒸汽发生器换热管断裂事故进水量影响因素分析[J]. 原子能科学技术,2009, 43(S2): 227-231.
    [6] 郑艳华,王岩,石磊. 250MW球床模块式高温气冷堆进水事故研究[J]. 原子能科学技术,2009, 43(S2): 232-235.
    [7] 张睿东,孙喜明,董玉杰. 模块式高温气冷堆进水事故后的氢气行为分析[J]. 原子能科学技术,2016, 50(5): 841-845. doi: 10.7538/yzk.2016.50.05.0841
    [8] NELSON A T, SOOBY E S, KIM Y J, et al. High temperature oxidation of molybdenum in water vapor environments[J]. Journal of Nuclear Materials, 2014, 448(1-3): 441-447. doi: 10.1016/j.jnucmat.2013.10.043
    [9] KING J C, EL-GENK M S. Thermal-hydraulic and neutronic analyses of the submersion-subcritical, safe space (S4) reactor[J]. Nuclear Engineering and Design, 2009, 239(12): 2809-2819. doi: 10.1016/j.nucengdes.2009.09.021
    [10] WANG K, LI Z G, SHE D, et al. RMC - a Monte Carlo code for reactor core analysis[J]. Annals of Nuclear Energy, 2015, 82: 121-129. doi: 10.1016/j.anucene.2014.08.048
    [11] 王捷,王宏,赵钢,等. 高温气冷堆氦气透平压气机和主氦风机研究进展[J]. 清华大学学报(自然科学版),2021, 61(4): 350-360.
    [12] El-GENK M, TOURNIER J M. DynMo-CBC: dynamic simulation model of a space reactor power system with multiple CBC loops[C]//7th International Energy Conversion Engineering Conference. Denver: AIAA, 2009: 4596.
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-05-08
  • 修回日期:  2023-06-28
  • 刊出日期:  2024-04-12

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