[發(fā)明專利]核反應堆斷電模擬系統(tǒng)及其方法

有效

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• 申請日: 2013-05-14
• 公開（公告）號: CN103246205A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發(fā)明（設計）人: 曹學武;佟立麗;陳金波;宮海光;鄒杰
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

技術領域

本發(fā)明涉及的是一種核工業(yè)技術領域的裝置及方法，具體是一種用于在實驗回路中模擬核電廠全廠斷電工況下加熱功率與流量變化情況的核反應堆斷電模擬系統(tǒng)及其方法。

背景技術

隨著人類社會的不斷發(fā)展，對能源的需求越來越大。由于傳統(tǒng)的化石燃料帶來了巨大的環(huán)境污染問題，近年來對能源清潔性的要求越來越高。由于核能的溫室氣體排放幾乎為零，并具有能量密度高、能量輸出穩(wěn)定、技術日益成熟且已得到大規(guī)模應用等優(yōu)點。因此，核能成為了除傳統(tǒng)化石能源外的重要能源來源選擇之一。在核能利用中，由于其特殊性，安全問題是首先予以考慮的。其中核電廠全場斷電事故對核反應堆的安全性有重大威脅。核電廠在發(fā)生全場斷電事故后，主泵失去動力，開始在轉(zhuǎn)子飛輪的慣性驅(qū)動下惰轉(zhuǎn)，反應堆停堆，隨后汽輪機脫扣，主給水關閉。雖然短時間穩(wěn)壓器壓力會快速下降，但是主給水關閉后，若輔助給水同時失效，主系統(tǒng)熱量無法有效導出，一回路壓力會迅速上升。因安注系統(tǒng)無法啟動，壓力容器水位下降導致堆芯裸露并熔化；壓力容器下封頭因熔融物的加熱發(fā)生蠕變失效，引起安全殼內(nèi)的壓力和溫度大幅上升并最終導致安全殼失效，造成大規(guī)模放射性物質(zhì)泄漏，危害公眾的安全。因此，研究核電廠在發(fā)生全場斷電事故初期反應堆主系統(tǒng)內(nèi)熱工水力現(xiàn)象有著重要的意義，該工況下反應堆主系統(tǒng)最主要的特點有兩點，一是堆芯衰變熱作為系統(tǒng)的熱源在不斷衰減，但仍對系統(tǒng)有顯著的加熱效果；二是主泵作為系統(tǒng)內(nèi)流體流動的動力源，雖然失去了直接動力，但在一定時間內(nèi)發(fā)生惰轉(zhuǎn)現(xiàn)象，可以繼續(xù)提供一定的流量。因此，合理的模擬全場斷電事故初期主系統(tǒng)內(nèi)的加熱功率和流量的聯(lián)動變化情況是研究該工況下反應堆熱工水利特性的基礎。

目前，許多研究者利用軟件程序模擬堆芯衰變和主泵惰轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，取得了一定的成果，但是因程序自身編程與計算上的缺陷，無法真實反映核反應堆中真正的熱工水力變化情況；國內(nèi)外建立了一些大型試驗裝置，模擬核反應堆主系統(tǒng)，但主要用來模擬破口事故中或自然循環(huán)工況下反應堆的熱工水力特性，缺少對全廠斷電事故的研究。

經(jīng)過對現(xiàn)有技術的檢索發(fā)現(xiàn)，“原子能科學技術”2011年10月第45卷第10期公開了“AP1000主回路系統(tǒng)熱工水力瞬態(tài)計算程序RETAC的開發(fā)”，該技術計算了全部屏蔽泵同時失電惰轉(zhuǎn)并觸發(fā)停堆后反應堆中熱工水力參數(shù)的變化情況。研究發(fā)現(xiàn)在無控制系統(tǒng)、非能動安全系統(tǒng)和啟動給水系統(tǒng)投入的情況下，燃料中心最高溫度和MDNBR未超過規(guī)定限值，滿足安全準則要求。但該方案缺乏實驗數(shù)據(jù)。

另外，“Nuclear?Engineering?and?Design”215期(2002年)中公開了“Restart?of?natural?circulation?in?a?PWR-PKL?test?results?and?S-RELAP5calculations”，該技術利用PKL實驗裝置研究小破口事故后的熱工水力現(xiàn)象，并最終成功建立自然循環(huán)；但該實驗裝置并未模擬核電廠全場斷電事故下核反應堆熱工水力現(xiàn)象，無法揭示反應堆在事故初期的主系統(tǒng)狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，提供一種核反應堆斷電模擬系統(tǒng)及其方法，模擬核反應堆堆芯停堆后一定時間內(nèi)持續(xù)釋放衰變熱的現(xiàn)象以及核主泵失去外來電源后一定時間內(nèi)發(fā)生惰轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。從而為研究核反應堆全廠斷電事故提供可行的實驗工況，為核反應堆自主化設計與建設提供技術支持。

本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明涉及一種核反應堆斷電模擬系統(tǒng)及其方法，包括：提供系統(tǒng)熱量的熱源、提供系統(tǒng)壓力的穩(wěn)壓容器、用于系統(tǒng)冷卻的冷源、提供系統(tǒng)介質(zhì)循環(huán)動力的驅(qū)動裝置、用于控制熱源功率變化的加熱功率控制模塊、用于系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和控制的數(shù)據(jù)控制器、用于控制驅(qū)動裝置頻率變化以調(diào)節(jié)管路流量的頻率控制模塊、用于調(diào)節(jié)主回路流量的第一電動調(diào)節(jié)閥和用于保護驅(qū)動裝置的第二電動調(diào)節(jié)閥，其中：

穩(wěn)壓容器分別與熱源的第一端口、冷源的第一端口相連形成主回路熱段；第一電動調(diào)節(jié)閥的兩端分別與熱源的第二端口和驅(qū)動裝置的輸出端相連，冷源的第二端口與驅(qū)動裝置的輸入端相連，第二電動調(diào)節(jié)閥的兩端分別與驅(qū)動裝置的輸入端、輸出端相連，形成主回路旁路，這是由于驅(qū)動裝置不能在很低的流量參數(shù)下運行，但是主回路主路的需求在逐漸減少至0，設置旁路分擔驅(qū)動裝置提供的流量，避免驅(qū)動裝置流量過低。

所述的數(shù)據(jù)控制器接收外接計算機的指令并同時控制加熱功率控制模塊和頻率控制模塊，或者數(shù)據(jù)控制器控制加熱功率控制模塊，同時根據(jù)設定的目標開度值與時間的對應關系，控制第一電動調(diào)節(jié)閥的開度，從而實現(xiàn)熱量衰減與流量衰減的聯(lián)動控制。