第八章-三道屏障的完整性(十二次课)

核安全基础,核动力仿真研究中心,第八章三道屏障的完整性,8.1燃料棒的完整性8.2一回路压力边界的完整性8.3安全壳的完整性,包容,8.1燃料棒的完整性,燃料棒包壳破坏的3种可能:1燃料芯块熔化：t2260(、)2沸腾危机：导致锆水反应3芯块与包壳间的相互作用：主要是燃料芯块与包壳的机械作用,思考：燃料元件选择碟形的复杂几何形状原因？,锆水反应、包壳氧化,氧化侵蚀、氧化壳支撑、共晶反应,熔化：在瞬态或LOCA中导致冷却剂装量的损失，堆芯裸露后，燃料中的衰变热将引起燃料元件温度上升。沸腾危机：由于燃料棒与蒸汽之间的传热性能较差，此时燃料元件温度上升较快；机械作用：如果主系统压力较低，由于燃料棒内气体的压力上升会导致包壳肿胀。锆水反应：燃料温度继续上升并超过1300k，则锆合金包壳开始与水或水蒸气氧化反应,包壳肿胀和破裂包壳氧化和过热氧化速度的增强（增强2.6倍）包壳直径肿胀1.3倍破裂和内层面积的加入流道的变形对流动的影响,变形原理,内外应力驱动引起塑性变形内部裂变气体（燃料棒内气体的压力上升导致包壳肿胀）高温包壳变形1220K,燃料棒包壳变形,后果,氧化过程,特点放热反应产生氢气蒸汽减少支撑材料（如包壳）的厚度、强度变化,Zr+H2O蒸气ZrO2+H2+热量,8.2一回路压力边界的完整性,压力边界：反应堆压力容器内部构件以及与之相连的一回路管系。,工况：调节系统使稳压器压力保持在额定值附近。工况：稳压器不满水，以免损坏阀门阻碍其回座；避免稳压器卸压箱膜片破裂；一回路中任何点的压力不得超过设计压力。工况和：保持回路完整；一回路最大压头部位（主泵出口）的压力不得超过设计压力的1.1倍。,8.2一回路压力边界的完整性,影响压力容器完整性的因素,稳态载荷作用下，过度塑性变形，包括失稳和屈曲；疲劳：材料受交变载荷作用，会产生累积损伤，进而出现表面裂纹，扩展，导致断裂。脆性断裂：可能从一些初始的缺陷出开始，毫无征兆的发生裂缝的快速传播而导致破坏。,主回路管道,特点：1.不承受强烈的中子辐照，易于检测和维修2.管道的焊接和检验多在现场进行。规范：美国ASME标准锅炉和压力容器规范核动力装置承压部件,一回路泄露率不得超过以下数值：定量泄露率小于2300L/h非定量泄露率小于230L/h每一台蒸汽发生器传热管泄露小于44L/h,正常运行时一回路压力边界完整性的监控大亚湾,8.3安全壳的完整性,：近期安全壳的内压不超过5bars：远期限制安全壳的热应力：事故热负载及时导出（贮能、核瞬变能、衰变能、化学能、与厂址有关的能量）：安全壳能抵御假想的设计基准事故：事故工况下的泄漏率低于0.1%,思考：鉴于安全的重要，为什么不再提高一些安全壳的承压设计值？,安全壳在0.06bar时:总泄露不能超过10Nm3/hLOCA事故中：VOL0.3%/day正常运行：1.1bar,安全壳的设计规范大亚湾,讨论：,三里岛事故中的三道屏障完整性,1979年3月28日在美国滨州首府哈里斯堡东南16公里处，发生了美国商用核电历史上最严重的事故三哩岛事故！,汽轮机冷凝水给水泵故障,控制棒插入堆内，功率降低,三台备用泵给蒸汽发生器补水，由于阀门误关闭，未能实现,蒸汽发生器烧干！,一次侧压力升高，稳压器安全阀打开,稳压器安全泄压阀未能回落，冷却剂继续流出,高压注入系统在运行两分钟后被操作人员减小了流量,由于蒸汽含量增加，主泵震动，操作员关闭了主泵,三哩岛事故后果,无人员伤亡；3人受到略高于半年的