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CARR停堆冷却问题及措施分析

作　者: 庄毅
导　师: 李彦水；柯国土；郎瑞峰
学　校: 中国原子能科学研究院
专　业: 核能科学与工程
关键词: 停堆冷却应急堆芯冷却自然循环中国先进研究堆
分类号: TL411
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

正在设计建造中的中国先进研究堆(CARR)，是一座多用途，高性能，高安全可靠性的研究堆，堆功率为60MW，CARR堆芯结构紧凑、功率密度高、热流密度高，冷却剂流速快。停堆后冷却问题是CARR堆重要的安全问题之一，冷却措施的实施对CARR堆的安全和建设投资有比较重要的影响。 CARR停堆冷却的目标是确保在正常停堆工况和事故停堆工况下维持堆芯可冷却几何，使堆芯在停堆后的各个阶段得到充分冷却，确保燃料元件最小DNBR不超过限值。本文按照冷却过程的先后顺序将停堆冷却过程分为三个阶段：停堆初期冷却阶段，应急堆芯冷却系统投入冷却阶段和停堆后期冷却阶段。针对各阶段的主要问题和所采取的方案和措施进行分析，证明CARR停堆冷却是安全、经济和先进的。主循环泵转动惯量的取值是停堆初期冷却阶段的关键问题。转动惯量取值应综合考虑反应堆安全、加工特点、抗震要求、运行要求、应急流量等因素，在满足反应堆安全的要求的前提下，转动惯量应越小越好。CARR主泵转动惯量取值为450 kg.m~2，应急堆芯冷却系统接入流量取值为150m~3/h，选取始发事件对该过程进行事故分析，分析结果表明以上取值是安全、经济的，能满足事故停堆冷却的要求并能提高主泵的抗震性能、降低制造难度。停堆冷却过程中运行时间最长、问题最复杂的是应急堆芯冷却系统投入冷却阶段，是整个冷却过程中最关键的阶段。应急热阱的选择、系统的供电方式、系统可靠的接入和确保各种工况下流量如何匹配满足停堆冷却的要求以及防止应急泵气蚀是应急堆芯冷却系统投入冷却阶段的关键问题．选取700m~3堆池水为事故工况下应急热阱，系统两台应急泵采用不间断电源(UPS)供电并随堆运行；系统旁路阀门设计为常开状态，系统主管路靠止回阀与反应堆冷却剂系统入堆总管相连，系统在正常工况执行池水冷却功能，事故工况执行应急堆芯冷却功能。通过对以上的措施进行分析和系统各种工况下阻力计算证明系统的运行是稳定的，事故工况之间的切换是完全非能动的，系统管路流量能够自动匹配实现停堆冷却的功能要求。CARR应急堆芯冷却系统多功能运行和事故工况下无需操作员干预，流量自动匹配满足要求的设计为国内研究堆相关系统的设计开拓了思路，积累了宝贵的经验。在停堆后期冷却阶段，自然循环瓣阀的结构设计是关键问题。自然循环瓣阀设计中国原子能科学研究院硕士学位论文为非能动的，不需要人为操作，完全通过瓣阀自身部件间的相互配重，靠堆芯流量和导流箱内外压差自动开启和关闭。分析表明自然循环瓣阀非能动的设计完全满足正常运行和事故运行的自然循环冷却要求。本文同时还对停堆冷却相关的措施进行了分析，主要包括调试方面的问题分析等。本文系统地论述了CARR停堆冷却问题并对所设计的冷却方案进行了深入地分析评价，证明了CARR停堆冷却方案是安全的、经济的、先进的。这对目前正在建设的CARR工程的施工设计、设备订货、试验验收、安装调试乃至运行等有实际指导意义。关键字:停堆冷却应急堆芯冷却自然循环中国先进研究堆

全文目录

第一章概述  9-15
  1．1 引言  9-10
  1．2 国内外停堆冷却问题研究现状  10-13
  1．3 本课题的意义及主要工作  13-15
第二章 CARR停堆冷却主要问题分析  15-26
  2．1 CARR停堆工况及其特点  15-20
    2．1．1 CARR概况  15-17
    2．1．2 CARR工况分类和始发事件清单  17-19
    2．1．3 CARR停堆工况及其特性分析  19-20
  2．2 CARR停堆冷却主要问题分析  20-26
    2．2．1 停堆冷却三个阶段的划分与相互之间衔接  21-23
    2．2．2 停堆初期冷却阶段问题分析  23-24
    2．2．3 应急堆芯冷却系统投入冷却阶段问题分析  24
    2．2．4 停堆后期冷却阶段问题分析  24-26
第三章 CARR停堆冷却方案及其评价  26-54
  3．1 停堆冷却三个阶段划分与相互连接的合理性分析  26-27
  3．2 停堆初期冷却阶段主要措施分析  27-33
    3．2．1 CARR反应堆冷却剂系统主循环泵概况  27-28
    3．2．2 与主泵转动惯量相关的事故分析  28-33
      3．2．2．1 失流事故  29-30
      3．2．2．2 电网低频率事故  30-31
      3．2．2．3 外电源丧失事故  31-32
      3．2．2．4 外电源丧失ATWS事故  32
      3．2．2．5 事故分析结论  32-33
    3．2．3 结论  33
  3．3 应急堆芯冷却系统投入冷却阶段主要措施分析  33-46
    3．3．1 核安全导则的规定和CARR应急堆芯系统的主要功能  34-35
      3．3．1．1 核安全导则的规定  34-35
      3．3．1．2 CARR应急堆芯冷却系统功能  35
    3．3．2 应急堆芯冷却系统主要停堆冷却措施分析  35-43
      3．3．2．1 应急堆芯冷却系统主要参数及流程介绍  35-36
      3．3．2．2 应急热阱选择及系统供电方式设计分析  36-38
      3．3．2．3 系统的运行方式分析  38-39
      3．3．2．4 事故情况下系统流量自动匹配分析  39-42
      3．3．2．5 系统吸入管路气蚀余量分析  42-43
    3．3．3 应急堆芯冷却系统典型事故分析  43-44
      3．3．3．1 反应堆冷却剂流量过低事故  43
      3．3．3．2 丧失外电源事故  43
      3．3．3．3 热阱丧失事故  43-44
      3．3．3．4 破口事故  44
    3．3．4 应急堆芯冷却系统性能评价  44-46
  3．4 停堆后期冷却阶段主要措施分析  46-52
    3．4．1 自然循环能力理论分析  46-48
    3．4．2 自然循环瓣阀结构分析  48-52
      3．4．2．1 自然循环瓣阀性能参数简介  48-49
      3．4．2．2 自然循环瓣阀结构分析  49-51
      3．4．2．3 结论  51-52
  3．5 几点建议  52-54
    3．5．1 主泵的抗震分析  52
    3．5．2 自然循环瓣阀验证实验和抗震试验  52
    3．5．3 自然循环瓣阀的在线监测、平衡调节、定期试验和在役检查  52-54
第四章停堆冷却问题其它相关措施分析  54-58
  4．1 应急堆芯冷却系统保护信号的选取分析  54-56
  4．2 停堆冷却装置相关调试分析  56-58
    4．2．1 主循环泵惰转的调试  56
    4．2．2 应急堆芯冷却系统的调试  56-57
    4．2．3 自然循环瓣阀的调试  57
    4．2．4 停堆冷却装置综合调试  57-58
第五章主要结论  58-61
  5．1 主要结论  58-61
    5．1．1 CARR停堆冷却综述  58-59
      5．1．1．1 正常停堆冷却综述  58
      5．1．1．2 事故停堆冷却综述  58-59
    5．1．2 CARR停堆冷却措施综述  59-61
      5．1．2．1 主循环泵的转动惯量满足停堆冷却的要求  59
      5．1．2．2 事故情况下应急堆芯冷却系统自动、可靠投入，流量自动匹配  59
      5．1．2．3 自然循环瓣阀结构设计满足堆芯冷却要求  59-61
参考文献  61-63
致谢  63

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