非能动专设安全设施应急余热排出试验研究

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 非能动专设安全设施应急余热排出 试验研究 【摘 要】根据海水淡化堆的原 型，本文建立了海水淡化堆非能动专设 安全设施综合模拟试验装置，并开展了 应急余热排出试验研究，分析了蓄压水 池的初始水位对应急余热排出模拟试验 自然循环的建立和余热的导出的影响。 本文建立了海水淡化堆非能动专设安全 设施综合模拟试验装置，并开展了应急 余热排出试验研究，分析了蓄压水池的 初始水位对应急余热排出模拟试验自然 循环的建立和余热的导出的影响。 中国论文网 /8/view-12934738.htm 【关键词】海水淡化 自然循环 应急余热排出 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 1 引言 海水淡化是解决未来人类淡水危 机的一个可靠途径。目前世界上在运行 的海水淡化装置以燃烧化石燃料为主， 为了保护环境，继续建造燃烧化石燃料 的大型海水淡化装置是不可行的，未来 的海水淡化必须使用核能或者其他可再 生能源。核反应堆能够提供海水淡化需 要的热能和电能，同时，核能海水淡化 已经积累了超过 150 堆年的运行经验， 其中，日本有八座配有海水淡化工程的 核反应堆，印度、墨西哥和巴基斯坦等 国都建造了核能海水淡化装置。 随着世界范围内核能海水淡化技 术的发展和需求的增长，中国也开始发 展自己的核能海水淡化反应堆。某核能 海水淡化厂的反应堆系统由中国核动力 研究设计院设计，该反应堆采用池壳式 布置，在低温、常压下运行，具有设备 简化、系统简单、运行方便的特点，其 专设安全设施包括应急堆芯冷却分系统、 应急余热排出分系统以及应急注硼分系 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 统，具有良好的固有安全性。 海水淡化堆非能动专设安全设施 综合模拟试验装置（以下简称综合模拟 试验装置）能够模拟该核能海水淡化厂 的非能动专设安全设施，试验内容主要 包括模拟断电事故工况下，反应堆功率 的堆芯衰变热下自然循环投入的过渡过 程和自然循环能力，验证非能动专设安 全设施的余热导出能力。本文在综合模 拟试验装置上，对应急余热排出瞬态工 况进行了模拟，对比了蓄压水池初始水 位分别在 23 米和 18 米的 2 个不同工况 计算结果，分析了蓄压水池的初始水位 对应急余热排出模拟试验自然循环的建 立和余热的导出的影响，为海水淡化堆 非能动专设安全设施初步设计提供试验 参考。 2 试验装置 综合模拟试验装置采用修正的功 率容积比例法进行设计，并采用实时模 拟方法，即试验装置功率容积比满足同 一个比例因子（本试验装置为 1/45） ， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 试验装置采用与原型相同的工质、运行 工况，试验装置在高度和相对高度上保 持与原型一致。 试验装置主回路由两条并联运行 的闭合回路组成，用于模拟海水淡化堆 的一回路系统。每条回路包括主管道、 主泵、反应堆容器模拟体（堆芯模拟容 器和环腔模拟容器） 、主换热器模拟体、 堆外环腔及回路外部空间模拟水箱、阀 门、文丘里流量计以及管道。 非能动专设安全设施主要包括蓄 压水池（也充当系统的稳压器，用于维 持回路运行压力） 、安注管、波动管、 余热排出上升管及相应的管路、附件等， 堆芯外部空腔模拟水箱在破口事故时模 拟堆外环境。综合模拟试验装置流程图 如图 1 所示。 3 试验方法 事故信号发出后，通过变频器控 制主泵转速，使其按预先设定的转速变 化曲线变化（模拟主泵惰转流量） ，同 时控制堆芯模拟容器内电加热元件功率， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 从 15%反应堆功率（600kW）开始，使 其按预先设定的功率变化曲线变化（模 拟堆芯余热） 。开启余热排出上升管及 安注管上气动隔离阀，堆芯模拟容器出 口一部分流体进入应急余热排出上升管， 形成“堆芯出口 应急余热排出上升管 蓄压水池模拟体波动管一回路冷 段管道环腔模拟容器堆芯模拟容器” 的与一回路并列的循环系统。 随着主泵惰转和惯性流量动压头 的减小直至消失，反应堆下降环腔对安 注管口的反向动压头也消失，最终形成 “蓄压水池模拟体 安注管 环腔模拟 容器堆芯模拟容器应急余热排出上 升管蓄压水池模拟体” 、 “蓄压水池模 拟体波动管一回路冷段环腔模拟 容器堆芯模拟容器应急余热排出上 升管蓄压水池模拟体” 和 “堆芯模拟容 器一回路系统堆芯模拟容器”三个 并列的自然循环系统，将堆芯的剩余释 热导入蓄压水池。 4 结果及分析 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 本文在综合模拟试验装置上，对 应急余热排出瞬态工况进行了模拟，对 比了蓄压水池初始水位分别在 23 米和 18 米的 2 个不同工况计算结果，分析了 蓄压水池的初始水位对应急余热排出模 拟试验自然循环的建立和余热的导出的 影响。瞬态试验初始条件见表 1，功率 衰变曲线见图 3。 自然循环的建立是依靠驱动压头 克服回路上升段和下降段的压力而产生 的。而自然循环的流量可以由水循环基 本方程式来决定1，即： pe=pdc=pd-pup 如D2 ，其中：pe 为有效驱动 压头， pdc 为下降段的压力损失， pd 为总的驱动压头，pup 为上升段的驱 动压头。因此，在应急余热排出试验中， 堆芯出口温度和自然循环流量是相互影 响的，因为堆芯出口温度决定了上升段 中流体的温度和密度，进而影响上升段 的压力损失。当堆芯出口温度升高，自 然循环流量增加，自然循环流量增加又 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 会促使堆芯出口温度降低。 从图 3图 5 可以看出，CASE 1 和 CASE 2 工况在自然循环建立之初， 堆芯出口温度略有升高，随着自然循环 的建立以及自然循环流量的增加，堆芯 出口温度逐渐降低，堆芯衰变热能够被 顺利导出。随着堆芯出口温度的降低， 自然循环的流量也开始下降，最终趋于 稳定。 同时还可以看出，CASE 1 和 CASE 2 工况在自然循环建立之初系统 的瞬态特性有较大区别，自然循环流量 和堆芯出口温度的变化趋势都有明显的 差异，自然循环稳定后，自然循环流量 及堆芯出口温度的变化基本同步。在自 然循环建立之初，由于 CASE 2 中蓄压 水池水位较低，为 18 米，余热排出上 升管中压力也较低，从堆芯经自然循环 排出的热水温度很快超过了余热排出上 升管处的饱和温度，余热排出上升管中 出现了汽化现象，在试验中观察到了余 热排出上升管中液体沸腾的“咕咕” 声， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 余热排出上升管也因为热冲击而咔咔作 响。虽然此时 CASE 2 余热排出上升管 进出口压差有所降低（如图 6 所示） ， 但主要是由于有蒸汽的产生余热排出上 升管中重力压头降低引起的，自然循环 流的驱动压头却是增加的，因此，自然 循环流量在汽化阶段是明显增加的（如 图 4 所示） 。在 CASE 1 中，由于蓄压 水池水位较高，没有产生汽化现象。 5 结语 根据海水淡化堆的原型，本文建 立了海水淡化堆非能动专设安全设施综 合模拟试验装置，并开展了应急余热排 出试验研究，分析了蓄压水池的初始水 位对应急余热排出模拟试验自然循环的 建立和余热的导出的影响。结果表明： 非能动专设安全设施在应急余热排出模 拟试验启动之初，可以迅速建立自然循 环；自然