HTR-PM进气事故缓解措施初步分析

发布时间：2019-11-07 19:49

【摘要】：热气导管双端断裂(DEGB)事故因其可能造成的严重后果逐渐引起研究者的大量关注。对于200 MWe球床模块式高温气冷堆(HTR-PM),DEGB进气事故是其事故安全分析中重点关注的事故类型。针对HTR-PM DEGB进气事故,提出了从装料管注入一定流量的氮气或氦气以缓解事故后果的方案,并利用系统分析程序TINTE-TIIXUW,计算分析了注入不同流量氮气和氦气对进气事故的缓解效果。分析结果表明,注入氮气时,注气流量需达到一定值才能起到缓解效果,而注入氦气时,注气流量小或大均能有效缓解事故后果,这为后续的实际工程应用提供了很好的参考和帮助。
【图文】：

示意图,装料管,注气,时气

ＴＲ－ＰＭＤＥＧＢ进气事故，本文以Ｎ２和Ｈｅ为候选气体，利用ＴＩＮＴＥ－ＴＩＩＸＵＷ程序［１０］分别分析从装料管注入不同流量的Ｎ２和Ｈｅ对ＤＥＧＢ进气事故的缓解效果。１理论分析对于ＨＴＲ－ＰＭ，进气事故的主要危害在于自然循环建立后，堆芯及反射层等石墨材料会被氧化性气体腐蚀，进而造成放射性释放增加或堆内结构材料机械性能降低。因此在采取从装料管注气等缓解措施时，主要从阻止或延缓自然循环的建立来考虑。从装料管注气的气体流向示意图示于图１。图１从装料管注气时气体流向示意图Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｆｌｏｗｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｉｎｊｅｃｔｅｄｇａｓｆｒｏｍｆｕｅｌｃｈａｒｇｉｎｇｔｕｂｅ图１中，虚线为发生ＤＥＧＢ事故后建立稳定自然循环时混合气体的流向，实线为从装料管注入Ｈｅ或Ｎ２时的气体流向。从装料管注入的气体一部分流向堆芯，一部分经冷氦联箱流向侧反射层冷却剂通道。若流经堆芯的气体可到达堆芯底部甚至从热气导管内管流出，则可有效阻止自然循环的建立。从装料管注入一定流量的气体，忽略气体在装料管的重位压降和摩擦压降，若从装料管注入的气体可到达堆芯底部，，由能量守恒得到：Ｇ２ｉｎ２ρｉｎＡ２ｉｎ＋ρｉｎｇＨｃｏｒｅ≥Ｗｃｏｒｅ＋Ｗｊ＋Ｗｒｅｆ（１）２１６６原子能科学技术第５１卷

注气,堆芯,流场分布,流量

图２不同Ｎ２注气流量时堆芯流场分布Ｆｉｇ．２ＦｌｏｗｆｉｅｌｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｒｅａｃｔｏｒｃｏｒｅｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔＮ２ｍａｓｓｆｌｏｗｓ力，一旦注气立即形成自然循环，反而加速了自然循环的建立。因此由图２可知，在５１ｈ注入１．０ｋｇ／ｓＮ２时，注气后立即形成了自然循环。在５１ｈ注入１．５ｋｇ／ｓＮ２时，克服了堆芯球床的阻力，混合气体在堆芯球床区域向下流动。但随着侧反射层冷却剂通道温度的降低，在某一时间后，侧反射层冷却剂通道内混合气体和堆芯内混合气体的密度差足以克服沿程阻力时，又重新建立了自然循环，即１４４ｈ时１．５ｋｇ／ｓ的堆芯流常注入２．０ｋｇ／ｓＮ２时的情况与注入１．５ｋｇ／ｓ时的情况类似。图３为注入不同流量Ｎ２时，反应堆内石墨总氧化量随时间的变化。图３不同Ｎ２流量时反应堆内总氧化量随时间的变化Ｆｉｇ．３ＴｏｔａｌｇｒａｐｈｉｔｅｏｘｉｄａｔｉｏｎｏｆｒｅａｃｔｏｒｖｅｒｓｕｓｔｉｍｅｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔＮ２ｍａｓｓｆｌｏｗｓ如图３所示，相比未注入Ｎ２时的情况，在５１ｈ以１．０ｋｇ／ｓ注入Ｎ２时，反应堆内的总氧化量反而增加，而以１．５ｋｇ／ｓ或２．０ｋｇ／ｓ注入Ｎ２时，反应堆内的总氧化量减校这是由于在５１ｈ注入１．０ｋｇ／ｓＮ２时，立即形成自然循环，相比未注气时，提前进入了长期氧化阶段，因此反应堆内的总氧化量增加。在５１ｈ以１．５ｋｇ／ｓ注入Ｎ２时，流过堆芯的气体可到达堆芯底部，抑制了自然循环的形成，相当于延缓了进入长

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