缓解严重事故后果的反应堆压力容器金属保温层设计和研究

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1、缓解严重事故后果的反应堆压力容器金属保温层设计和研究缓解严重事故后果的反应堆压力容器金属保温层设计和研究口陶金（上海核工程研究设计院,2〜233）摘要木文叙述了核电站反应堆压力容器金属保温层的工作原理与结构设计，重点介绍了为缓解严重事故后果的堆腔注水条件下金属保温层的结构设计改进，并对保温层结构作了应力分析.关键词核电站金属保温层严重事故1刖B秦山一期30万千瓦核电站反应堆压力容器金属保温层在20世纪80年代后期由H本尼恰斯（Niehi〜）公司设计制造.90年代中期,C1工程反应堆压力容器金属保温层在秦山一期基础上由国内攻关小组首

2、次成功完成了国产化设计及制造.rMI一2事故证明，在严重事故期间,堆芯熔融物有可能坍塌至压力容器下封头，威胁压力容器完整性.另外，根据ALWR-URD的要求，在发生堆芯融化的严重事故时,反应堆冷却剂系统（RCS）应快速卸压至1.82MPa,并在堆芯熔融物坍塌至砌）v下封头之前,向砒丫外堆腔注水.使堆腔处于淹没状态.注入堆腔的冷却水.通过冷却）V将堆内熔融物的衰变热带走，以缓解事故后果.C2工程反应堆压力容器金属保温层设计为满足严重事故下提供冷却水到达压力容器外壁.并将产生的水蒸气及时排出保温层与压力容器间的环腔的要求,在秦山期和C

3、1工程的基础上.对保温层结构作了相应改进•现已通过设计评审并完成施工设计.2保温原理与结构设计任何一个物体的热量传递一般通过3种基木方式•即辐射,对流和传导.对于反应堆压力容器，这3部分热损失所占比例分别为65%,28%和7%.反射型金属保温层能有效地减少反应堆压力容器的热损失，提高反应堆运行的经济性，同时避免堆腔混凝土温度过高而引起失水.压力容器金属保温层采取特殊的结构和材23—磁电互程与旌朱2007年第1朝料表面状态设计•毎块保温块的框架和面板均选用不锈钢薄板,相邻两层金屈保温块的框架开有若干个圆孔,并用金属箔从框架内部将圆孔

4、覆盖，从而减少相邻保温块的接触面积•另外在保温块的内表面设置间距板•防止反应堆运行期间压力容器与金属保温层的直接接触.通过这些措施有效地减少了热传导.保温块内部的金属箔被压制成波纹状.相互交叉叠放，保温块内部的空腔被分隔成许多小单元，从而减少了对流传热•由于金属箔层与层之间设计成”点”接触.有利于减少金属保温层的热传导•另外在相邻保温块Z间设置了搭接板,除因结构上相互连接固定的需要外，也直接减少接缝处的散热损失•同时，保温块在有构件贯穿部分均塞入保温填料，并加盖密封板.保温块所使用的不锈钢而板和金属箔具有很小的表面粗糙度和很高的表

5、面光亮度•通常达到”镜面”状态•可反射大部分热辐射.保温块的内部设置多层金属箔•根据资料介绍,如采用3层金属箔•能将热辐射从65%降低至2.2%.而压力容器金属保温块内部的金属箔数量达到15层或20层.从而大大减少了压力容器的热损失.金属保温层根据反应堆压力容器结构•分成6个部件和2个支架，即:顶盖球冠保温层，顶盖法兰区保温层筒体保温层,接管保温层，支座保温层,底封头保温层，筒体保温层支架和底封头保温层支架（见图1）.金属保温层有77ram和102ram两种厚度的保温块•前者内部放置15层金属箔,后者保温块内部放置20层金属箔，其

6、余结构和似.保温块主要有框架，内盖板,外盖板，加强板,搭接板，间距板和金属箔等组成（见图2）.3考虑堆腔注水的保温层结构设计改进考虑严重事故时堆腔注水的需要,压力容器金属保温层的设计应满足下述功能要求：a.允许冷却水从下封头底部自由地注入保温层与反应堆压力容器外表面Z间的空间；b.允许压力容器表面热传导产生的水和蒸汽混合物从压力容器和保温层之间的空间排24—图I金属保温层的总体结构图2金属保温块的典型结构放到安全壳内；c.简体保温层支架设计应保持金展保温层与压力容器外表面Z间留有足够的间隙；d.确保金属保温层结构的完整性,防止冷却

7、水或水蒸汽作用而引起保温层变形,从而导致水，蒸汽流道堵塞；匕底封头支架设计应防止底封头保温层在严重事故工况下堆腔注水时向上浮起.为满足上述要求，结构设计改进的重点是进水设计与排汽设计.(1)进水设计陶金:缓解严重事故后果的反应堆压力容器金属保温层设计和研究先进压水堆APlOOo的压力容器金属保温层设计目标是始终保证与反应堆压力容器接触处水层的合适流动•以促进反应堆压力容器壁泡核沸腾传热.API000反应堆压力容器金属保温层底部.有一块进水用的多孔板•每个孔顶部的导向装置内放置不锈钢浮球•球足够重,使得堆腔正常通风时空气不能将球吹起

8、•冷却堆腔的空气不会流到保温层和反应堆压力容器之间.只能流过保温层外壁•通过反应堆压力容器支承和接管廊道，进入冋路隔间•从而保证堆腔混凝土，堆外核测量通道和反应堆压力容器支承的有效冷却.但在堆腔充水时，球会浮起，允许冷却水进入保温层内表面和压力容器