非能动脉冲冷却系统对压水堆SBO/TLFW事故的缓解作用分析

吴震华; 唐琪; 李伟; 许俊俊; 段倩妮; 武俊梅

doi:10.13832/j.jnpe.2024.03.0179

非能动脉冲冷却系统对压水堆SBO/TLFW事故的缓解作用分析

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.03.0179

吴震华^{1, 2,},
唐琪³,
李伟^4, ,,
许俊俊^{1, 2},
段倩妮⁴,
武俊梅⁴

1.
苏州热工研究院有限公司，江苏苏州，215004
2.
国家核电厂安全及可靠性工程技术研究中心，江苏苏州，215004
3.
大亚湾核电运营管理有限责任公司，广东深圳，518124
4.
西安交通大学复杂服役环境重大装备结构强度与寿命全国重点实验室，西安，710049

详细信息

作者简介:
吴震华（1976—），男，高级工程师，现从事反应堆热工水力、反应堆严重事故方向的研究，E-mail: wuzhenhua@cgnpc.com.cn

通讯作者:
李　伟，E-mail: waylee@xjtu.edu.cn

中图分类号: TL69
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出版历程
- 收稿日期: 2023-05-20
- 修回日期: 2023-09-26
- 刊出日期: 2024-06-13

Analysis of Mitigation Effect of Passive Pulse Cooling System on SBO/TLFW Accident in PWR

Wu Zhenhua^{1, 2
,},
Tang Qi³,
Li Wei^{4
, ,},
Xu Junjun^{1, 2},
Duan Qianni⁴,
Wu Junmei⁴

1.
Suzhou Nuclear Power Research Institute Co., Ltd., Suzhou, Jiangsu, 215004, China
2.
National Engineering Research Center for Nuclear Power Plant Safety & Reliability, Suzhou, Jiangsu, 215004, China
3.
Daya Bay Nuclear Power Operations and Management Co., Ltd., Shenzhen, Guangdong, 518124, China
4.
State Key Laboratory for Strength and Vibration of Mechanical Structures, Xi’an Jiaotong University, Xi’an, 710049, China

摘要

摘要: 针对二代堆核电厂目前的事故规程难以处理全厂失电（SBO）与完全丧失给水（TLFW）事故叠加的情况（SBO/TLFW），非能动脉冲冷却是一种充分利用二代堆核电厂二回路现有设备系统以延缓事故进程的新思路。为分析非能动脉冲冷却系统对SBO/TLFW事故的缓解作用，基于最佳估算系统程序RELAP5建立了中国改进型三环路压水堆（CPR1000）机组主系统、二回路和非能动脉冲冷却系统模型，在此基础上开展了SBO/TLFW事故工况分析，对比了有、无非能动脉冲冷却系统情况下的事故进程。计算结果表明，在停堆后8 min内开始启动且仅依靠除氧器存水，非能动脉冲冷却系统能够将堆芯开始裸露的时间推迟约12 h，可以显著延缓压水堆的SBO/TLFW事故进程。
- 非能动脉冲冷却 /
- 全厂失电（SBO） /
- 完全丧失给水（TLFW）
Abstract: The current accident regulations of the second-generation reactor nuclear power plant are not enough to handle the superposition accident (SBO/TLFW) of the Station-Black-Out (SBO) and the Total Loss of Feed-Water (TLFW) accidents. Passive pulse cooling is a new approach to delay the accident process by fully utilizing the existing equipment and system in the secondary circuit of the second-generation reactor nuclear power plant. In order to analyze the mitigating effect of the passive pulse cooling system on SBO/TLFW, based on the best-estimate system code RELAP5, models of the primary system, the secondary circuit and the passive pulse cooling system of the CPR1000 unit were established, and accident scenarios were analyzed for the SBO/TLFW accident. The accident processes with and without the passive pulse cooling system were compared. The calculation results show that if the passive pulse cooling system is started within eight minutes following reactor scram, the core uncovering can be delayed by 12 hours, merely relying on the water stored in the deaerator, which can significantly delay the SBO/TLFW accident process in PWR.
- Passive pulse cooling /
- Station Black-Out (SBO) /
- Total Loss of Feed-Water (TLFW)

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图 1 非能动脉冲冷却系统运行原理示意图

Figure 1. Schematic Diagram of Operation Principle of Passive Pulse Cooling System

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图 2 非能动脉冲冷却系统的RELAP5模型节点图

Figure 2. RELAP5 Model Node of Passive Pulse Cooling System

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图 3 RELAP5稳态计算结果

Figure 3. RELAP5 Steady State Results

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图 4 主系统压力变化曲线

Figure 4. Pressure Change Curve of Main System

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图 5 除氧器给水和冷却蒸发器传热管壁面温度变化曲线

Figure 5. Change Curves of Deaerator Feedwater and Cooling Steam Generator Heat-transfer Tube Wall Temperature

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图 6 堆芯出口温度变化曲线

Figure 6. Change Curve of Core Outlet Temperature

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图 7 除氧器给水流量和冷却蒸发器GCTa阀门蒸汽流量变化曲线

Figure 7. Change Curves of Flow Rates of Deaerator Feedwater and Cooling Steam Generator GCTa Valve

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图 8 除氧器和冷却蒸发器压力变化曲线

Figure 8. Change Curves of Pressures in Deaerator and Cooling Steam Generator with Time

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图 9 冷却蒸发器二次侧坍塌水位变化曲线

Figure 9. Change Curve of Collapsed Water Level on the Secondary Side of Cooling Steam Generator

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表 1 主要系统参数设计值与RELAP5稳态计算结果对比

Table 1. Comparison between Design Values of Main System Parameters and RELAP5 Steady-state Calculations

参数	设计值	RELAP5计算值
稳压器压力/MPa	15.5	15.49
稳压器水位/%	62.70	62.47
压力容器进口温度/℃	292.4	293.6
压力容器出口温度/℃	327.6	327.4
主系统单环路流量/(m³·h⁻¹)	23790	23790.88
蒸发器二次侧窄量程水位/%	50	50
蒸发器二次侧压力/MPa	6.89	6.89
蒸发器二次侧蒸汽流量/(kg·s⁻¹)	538.3	540.6

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表 2 SBO/TLFW事故序列

Table 2. SBO/TLFW Accident Sequence

事件	投入非能动脉冲冷却系统所需时间	未投入非能动脉冲冷却系统所需时间
给水丧失，全厂断电	0 s	0 s
给水流量低触发停堆信号	5 s	5 s
冷却蒸发器GCTa阀门全开卸压	485 s	N/A
冷却蒸发器二次侧首次干涸	1160 s	4710 s（1.308 h）
除氧器开始给水	1220 s	N/A
除氧器排空	25790 s（7.164 h）	N/A
主系统开始达到饱和	34300 s（9.528 h）	5850 s（1.625 h）
动力蒸发器二次侧干涸	42700 s（11.861 h）	N/A
堆芯开始裸露	46250 s（12.847 h）	5900 s（1.639 h）
堆芯出口温度达到650℃	50610 s（14.058 h）	7950 s（2.208 h）
堆芯完全裸露	54090 s（15.025 h）	9590 s（2.664 h）
N/A表示不适用

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参考文献(10)

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