by:PaulMcmin机械工程师Fauske公司LLC
导 言
核工业最近事件证明理解并减轻核反应堆意外条件下生成易燃气体(氢和一氧化碳)影响的重要性减轻易燃气体燃烧带来的风险对确保公众安全、工厂工作人员和反应堆安全至关重要。
世界各地的核管理机构要求减少易燃气体风险以控制,但用于减轻风险的设备因厂和国而异被动自催再整理器的使用正日益为全世界所常见,作为减少易燃气体阻塞风险的工具PARs完全被动安全系统运行,将氢或一氧化碳与催化面氧并成水或二氧化碳这一过程以安全控制方式消除封存易燃气体需要逐厂分析以确定拟安装到封装场和最佳安装地点的适当数目
风险类
在发生核反应堆意外严重事故时,易燃气体可分两个不同阶段生成。氢能可以通过燃料氧化通过蒸汽生成,当燃料首次发现并开始加热时称为轮内易燃气相位,因为它发生时核心材料在反应堆容器内另一种易燃气生成阶段是前轮相相位发生后核心材料通过反应容器熔化并坠入混凝土层封装氢和一氧化碳均由核心金属材料与热分解混凝土生成的氧化性气体交互生成轮内相生成易燃气体速度要快得多,但前轮相长长得多。
易燃气体通过封隔迁移,可混合或集中使用各种安全系统操作易燃气体浓度达到足够水平时,连弱点火源都可点燃。高密度易燃气体点名可因静态或动态压力加载超出结构容量而挑战封装可燃混合物生成静态压力负载分析使用AICC然而,因火焰加速或起爆过渡产生的有效压力可超过AICC假设计算的压力
火焰加速是一个现象 缓冲火焰前向快速移动火焰前产生这种情况的原因是化学和乱流复杂交互作用,引起自增强火焰传播加速快速起爆产生有效压力负载比慢起爆高,甚至可以在适当条件下转换为爆破易燃气体爆破可能对封闭体结构和设备造成极大损害,而这是减少严重事故释放放射性所必须的。
分析
模态意外分析程序5.04版(MAAP5.04*)软件分析核反应堆严重事故的全部范围[EPRI,2016年]使用适当的建模方法,该软件可用于计算封隔内易燃气体生成、迁移和燃烧风险MAAP5.04最近被FAI用于计算PAR数,需要安装到大型干式PWER封存中,以防止重大的易燃气体燃烧事件
模态意外分析程序严重事故代码由EPRI(电源研究所)拥有并许可使用软件
第一步分析防止易燃气体风险所需的PAR数是创建代表核反应堆的详细模型模型的创建是为了表示堆芯、初级系统、蒸汽生成器和封装楼的工厂配置特别关注封装楼的表示方式,因为封装设计和建模对易燃气体的数量和分布有强烈影响。
最关键时间框架分析是在反应堆容器失效后持续约10小时。
在此期间 熔核泄漏到反应炉洞穴 并开始熔化混凝土这一过程产生稳定的易燃氢和一氧化碳气体供应 靠近反应堆容器的封闭区热易燃气体流出反应炉洞像浮羽流,高密度易燃气体载入封闭结构最上层区域封装内易燃气体积聚分析以确定本地区域实现条件支持破坏性燃烧事件的潜力在整个封存结构中计算出三大度量来确定易燃气体燃烧的破坏性潜力:(1)AICC压力,(2)FA索引和(3)DDT索引
结果
数次重复选择事故序列以调查多组PAR最富挑战性案例的结果显示如下,该案例仍成功减少易燃气体阻塞风险最难处理的事故类型被发现为只有风扇冷却器提供封装冷却的假想有封装喷雾时,封装保持冷和混合当没有系统清除容器中的衰变热时,封闭式大气因高密度蒸汽而失效,防止氢和一氧化碳易燃性成功关键标准只有封封扇冷却器可用,即PAR数足以将易燃气体浓度控制在下向阻燃极限之下当浓度低于此限值时,点火只产生不完全烧焦,无法支持阻燃加速或产生足以挑战封塞的高压
样本结果显示于下文中带封扇冷却器提供衰变热清除的序列图2至图6显示气类分布全屏蔽从数字中可以看出 MCI启动近2万秒MCCI进化产生热气流 从反射容器周围的废墟上上升热羽流向顶端封塞 沿途训练冷气这一过程引出相对混合式封存图8可视化反应炉空洞产生的卷流行为
图7显示封隔内气空间温度分布温度相当高(400K以上)高温和高总易燃气体富集度足以产生计算火焰加速指数1.0以上图8显示全屏蔽区间阻塞火速指数图然而,即使阻燃加速指数计算出大于1,易燃气体浓度不足以支持向下传播阻燃尽管总易燃气体浓度超过10%,但混合物中氢量不足,不向下易燃性因此,这个序列是成功的PARs操作将易燃气体浓度控制在阈值以下支持破坏性燃烧事件
图9 封装条件可视化约6小时左侧图像描述易燃气体集中度,中间图像描述密度,右侧图像描述温度
摘要
被动自催再编译器正在世界各地越来越多地使用以减少核反应堆意外严重事故期间易燃气生成产生的风险可使用MAAP代码优化这些氢缓冲系统设计,应用详细建模并了解燃烧现象允许对多类潜在事故进行全面分析,以确定系统在可能条件下的反应包括PARs在内的适当设计氢控制系统可减轻氢和一氧化碳燃烧失效的风险
引用
EPRI,MAAP5代码修订版maAP5.04用户手册,FAI/16-0951EPRI产品号:3002007340,Palo Alto,2016年9月
