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基于空气冷却的熔盐堆非能动余热排出系统优化设计

张卓华 付瑶 孙微 冉旭 李峰 鲜麟 苏东川 何晓强

张卓华, 付瑶, 孙微, 冉旭, 李峰, 鲜麟, 苏东川, 何晓强. 基于空气冷却的熔盐堆非能动余热排出系统优化设计[J]. 核动力工程, 2022, 43(1): 226-231. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.01.0226
引用本文: 张卓华, 付瑶, 孙微, 冉旭, 李峰, 鲜麟, 苏东川, 何晓强. 基于空气冷却的熔盐堆非能动余热排出系统优化设计[J]. 核动力工程, 2022, 43(1): 226-231. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.01.0226
Zhang Zhuohua, Fu Yao, Sun Wei, Ran Xu, Li Feng, Xian Lin, Su Dongchuan, He Xiaoqiang. Optimization Design of Passive Residual Heat Removal System for MSR Based on Air Cooling[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(1): 226-231. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.01.0226
Citation: Zhang Zhuohua, Fu Yao, Sun Wei, Ran Xu, Li Feng, Xian Lin, Su Dongchuan, He Xiaoqiang. Optimization Design of Passive Residual Heat Removal System for MSR Based on Air Cooling[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(1): 226-231. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.01.0226

基于空气冷却的熔盐堆非能动余热排出系统优化设计

doi: 10.13832/j.jnpe.2022.01.0226
详细信息
    作者简介:

    张卓华(1988—),男,高级工程师,主要从事反应堆热工水力与安全分析工作,E-mail: lengjiangzhang@163.com

  • 中图分类号: TL334

Optimization Design of Passive Residual Heat Removal System for MSR Based on Air Cooling

  • 摘要: 上海应用物理研究所基于TRISO包覆球形颗粒燃料与液态氟盐提出了基于钍基熔盐固态试验堆(TMSR-SF1)技术方案,其中一个重要的工作是非能动余热排出系统(PRHRS)设计。由于熔盐与水的不兼容特性,以及其高运行温度,采用空气作为最终热阱来设计PRHRS成为必然。为实现系统最简化、体积最小化以及排热与保温兼顾的设计目标,本文从MSR堆芯活性区到外界空气热阱传热过程的模型入手,建立了PRHRS优化设计模型,获得了优化设计方案,并基于改进的RELAP5/MOD4.0程序(针对TMSR-SF1的专门改进程序)开展了PRHRS容量论证评价,经计算分析,PRHRS容量设计合理,可确保反应堆全厂断电(SBO)后排热安全。

     

  • 图  1  TMSR-SF1熔盐堆设计概念

    Figure  1.  TMSR-SF1 Molten Salt Reactor Design Concept

    图  2  熔盐堆PRHRS换热流程示意图

    T1T2—RPV内部和外部的局部温度;T3T4—PRHRS换热器内筒内、外壁面温度;T5—保温层下部区域的温度;$ {T_5}^\prime $—保温层上部区域的温度;T6T7—混凝土层外壁面温度与环境空气温度; T8—PRHRS出口温度;Hrpv—RPV传热过程中的有效换热高度;Hconc—混凝土层的厚度;Hprhr—PRHRS换热器的高度

    Figure  2.  Schematic Diagram of PRHRS Heat Exchange Process in Molten Salt Reactor

    图  3  非能动余排系统优化计算流程图

    Figure  3.  Flow Chart of Optimization Calculation for PRHRS

    图  4  包含PRHRS的RELAP5/MOD4.0节点划分图

    Figure  4.  RELAP5/MOD4.0 Node Partition Diagram including PRHRS

    图  5  反应堆核功率变化曲线

    Figure  5.  Reactor Nuclear Power Variation Curve

    图  6  熔盐峰值温度变化曲线

    Figure  6.  Peak Molten Salt Temperature Variation Curve

    图  7  PRHRS排热能力变化曲线

    Figure  7.  PRHRS Heat Removal Capacity Variation Curve

    图  8  反应堆核功率与PRHRS带热能力的对比图

    Figure  8.  Comparison between Reactor Nuclear Power and Heat Removal from PRHRS

    表  1  气体自然对流换热计算公式

    Table  1.   Natural Convection Heat Exchange Equations for Gas     

    经验关系式适用条件
    Nu=0.11(GrPr)0.29GrPr=6000~106;Pr=1~5000
    Nu=0.4(GrPr)0.2 GrPr=106~108;Pr=1~5000
      Pr—普朗特数;Gr—格拉晓夫数;Nu—努赛尔数
    下载: 导出CSV

    表  2  TMSR-SF1在SBO事故下PRHRS容量评价的验收准则   

    Table  2.   TMSR-SF1 Acceptance Criteria for PRHRS Capacity Evaluation under SBO Accident

    参数限值
    熔盐峰值温度/℃700
    燃料球峰值温度/℃1250
    下载: 导出CSV

    表  3  SBO事故发生后事故序列

    Table  3.   Accident Sequence after SBO Accident

    时间/s事件序列
    0SBO,主泵停运
    1.0冷却剂流量降低,达到停堆整定值
    2.2反应堆紧急停堆
    2.2PRHRS的进气挡板开始逐步增大开度
    62.2PRHRS的进气挡板达到最大开度
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-11-03
  • 录用日期:  2021-11-03
  • 修回日期:  2021-12-08
  • 刊出日期:  2022-02-01

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