游泳池式反应堆堵流事故研究

《游泳池式反应堆堵流事故研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、游泳池式反应堆堵流事故研究　　【摘要】燃料组件异物堵塞对于游泳池式反应堆来说虽然发生概率很小，但其事故后果比较严重。本文利用系统分析程序对游泳池式反应堆燃料组件堵塞事故进行了研究，结果表明，该类型反应堆可应对一定程度的异物堵塞，具有很好的安全性，可为燃料组件堵塞事故的预防和缓解提供技术支持。　　【关键词】游泳池式反应堆；系统分析程序；异物堵塞事故　　0引言　　游泳池式反应堆是将整个反应堆堆芯置于水池中。由于水池能够提供足够的冷却能力，泳池堆具有很好的安全性，因此被广泛用于反应堆特别是研究堆的设计中。然而由于泳池堆的堆水池并非完全封闭，因此，泳池堆有一定概率发生燃料组件被异物堵塞的事故，该事故是

2、泳池堆中后果最严重的事故之一，有必要在安全分析中进行研究，并考虑此事故的应对和缓解措施。　　本文将采用系统分析程序，对游泳池式反应堆的燃料组件堵塞事故进行分析，以研究泳池堆的安全性。　　1游泳池式反应堆简介　　游泳池堆整个堆芯泡在堆水池内，水池结构示意见图1。5　　正常工况下，堆芯冷却水由上而下流经燃料组件，并从组件下部集水箱的出水管引出，从水池上部进入反应堆一回路，经过换热器后由进水管重新进入堆水池进行循环。　　2堵流事故分析　　考虑到堆水池的结构，假设异物落入水池中堵塞燃料组件，将造成燃料组件冷却状况恶化，温度有可能突破限值，从而造成燃料元件熔化甚至放射性物质释放。本文将假设单盒燃料组件被

3、堵塞，并且热通道正好位于此盒组件中，无其他任何动作触发停堆，不考虑由于慢化剂和燃料元件温度升高以及空泡引入的负反应性，分析泳池堆在一盒组件被堵塞时的安全性。　　事故分析以某游泳池式反应堆为例，采用系统分析程序RELAP5/MOD3.2对此泳池堆进行模块划分。堆芯部分分为堆芯旁路、平均通道A、平均通道B、堵塞通道和热通道。正常运行时辐照孔道和堆芯旁路流量作为漏流处理。模型中还包括主泵等回路部分。　　2.1保守假设　　分析时采用的保守假设：实际情况下堆热功率小于核功率，计算采用的是核功率的102%；堆芯衰变热取ANS73标准的120%；由于事故后主要是单盒组件状态发生变化，因此不考虑其引发的任何负

4、温度效应和空泡效应，以得到更加保守的计算结果。　　2.2初始条件　　堆核功率：3.5MW；　　堆水池温度：318.15K；　　系统冷却剂流量：1000m3/h；　　热通道焓升工程因子：1.1；5　　燃料包壳熔化温度限值：923.15K；　　燃料芯块熔化温度限值：924.15K。　　2.3分析结果　　本报告中选取了不同的堵塞比例（堵塞面积占单盒组件面积的20%、50%、80%、90%及100%）进行了计算，得到以下结果并与未发生堵塞（即稳态）时的燃料包壳和芯块最高温度比较，列于表1，从结果中可以看出，当单盒燃料组件面积被堵塞90%时，燃料包壳峰值温度和芯块最高温度仍低于相应的熔化温度；燃料组件堵

5、塞面积达到100%，及被完全堵塞时，当堵塞发生20秒后，燃料包壳峰值温度和芯块最高温度分别达到1008.2K和1028.K，超过了包壳和芯块的熔化温度，燃料元件被烧毁。　　2.4讨论　　2.4.1瞬态变化　　当单盒组件未被完全堵塞时（堵塞面积20%、50%、80%、90%），随着堵塞面积的增大，燃料组件内流量逐渐减少，从而燃料元件包壳和芯块温度逐渐增大。然而，虽然燃料组件入口处被堵塞，但燃料组件内冷却剂流速较低，由堵塞的局部形阻所造成的压头损失相对较小，因此通道内流量损失较小，燃料元件包壳和芯块温度仍然远低于限值。　　当单盒组件被完全堵塞时，由于各燃料组件间相互隔离，不存在组件间的横流，组件内

6、冷却剂不断被加热，最终沸腾，燃料元件包壳和芯块温度迅速升高，如图2所示，在20秒时就超出限值，燃料元件烧毁。　　2.4.2应对措施5　　由系统冷却剂流量变化可以看出，发生堵流事故时无法依靠流量测量的方法进行监测，因为单盒组件即使被完全堵塞，所造成的堆芯流动阻力增加很小，而且相比于整个堆芯装载量，单盒组件被堵塞的影响很小，因此堆芯流量的几乎不变，但燃料组件冷却剂沸腾所形成的空泡变化较大，并形成流量和空泡份额的波动，可以针对此现象进行相关的监控及预警，但燃料组件温度超出限值时间仅为20秒，因此即可用于调节和控制的时间较短，但本分析并未考虑温度效应、多普勒效应和空泡效应，因此本分析的事故后果应比实际

7、发生堵塞时的事故后果更加保守和严重。　　2.4.3纵深防御　　虽然堆水池并非完全封闭，但其布置在密封厂房内，有着严格的操作规程，同时，堆水池上方盖有金属盖板，可有效的防止异物进入堆水池。　　即使发生小概率的异物落入水池事件，异物堵塞单盒燃料组件面积小于90%时，反应堆仍然可以保证燃料元件的冷却。　　对于单盒燃料组件被完全堵塞的情况，即使燃料元件熔化，单盒组件内的放射性物质首先进入堆水池，其中一部分