AP1000典型事故工況瞬態(tài)熱工水力特性研究.pdf

1、作為第三代改進型壓水堆的代表，AP1000創(chuàng)新性地采用了一系列自然力，包括重力、自然循環(huán)、自然對流和壓縮氣體膨脹等來保證其非能動安全性。根據(jù)國家核電發(fā)展戰(zhàn)略，我國將在引進、消化、吸收AP1000核電技術(shù)的基礎(chǔ)上，推出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的更大功率的先進壓水堆CAP1400和CAP1700。目前CAP1400的概念設(shè)計已初步完成。本文采用不同分析工具針對AP1000典型事故工況瞬態(tài)熱工水力特性的若干關(guān)鍵問題進行了不同層次的研究。
　　首

2、先根據(jù)AP1000的具體結(jié)構(gòu)和運行特點，建立了一套合理完善的數(shù)學物理模型，包括：堆芯模型、自然循環(huán)蒸汽發(fā)生器模型、電加熱穩(wěn)壓器模型、主泵模型、非能動余熱排出系統(tǒng)模型、臨界流模型和輔助模型。與美國西屋公司針對 AP600和 AP1000開發(fā)的非LOCA瞬態(tài)熱工水力系統(tǒng)程序LOFTRAN相比，在蒸汽發(fā)生器的模型方面，LOFTRAN采用蒸汽發(fā)生器二次側(cè)集總參數(shù)兩區(qū)模型，而本文采用更先進也更符合實際的蒸汽發(fā)生器二次側(cè)分布參數(shù)模型；在穩(wěn)壓器的模型

3、方面，相比于 LOFTRAN兩區(qū)不平衡模型，本文配備了可供選擇的三區(qū)不平衡模型和多區(qū)不平衡模型。另外，本文從基本的質(zhì)量、動量和能量守恒方程出發(fā)，創(chuàng)新性地建立了AP1000非能動余熱排出系統(tǒng)模型。本文進一步采用FORTRAN程序設(shè)計語言，開發(fā)了AP1000非LOCA瞬態(tài)熱工水力系統(tǒng)程序RETAC（REactor Transient Analysis Code）。RETAC采用模塊化編程技術(shù)，便于修改和二次開發(fā)。
　　在建立的數(shù)學物理

4、模型基礎(chǔ)上，對AP1000主回路系統(tǒng)及非能動余熱排出系統(tǒng)進行控制體劃分，采用吉爾（Gear）方法對所獲得的常微分方程組進行數(shù)值求解。RETAC程序計算獲得的穩(wěn)態(tài)結(jié)果與西屋公司設(shè)計控制文件（DCD）給定的額定值符合較好。本文進而針對汽輪機跳閘事故及自動降壓系統(tǒng)誤開啟事故進行分析，分別與大型商用程序RELAP5及西屋公司LOFTRAN程序的計算結(jié)果進行對比，對比結(jié)果符合良好，證明了RETAC程序建模的合理性與準確性。
　　進一步將RE

5、TAC程序應用于AP1000典型非LOCA事故，包括失流事故（部分失流、完全失流與主泵卡軸）、蒸汽發(fā)生器二次側(cè)給水溫度降低事故、非能動余熱排出系統(tǒng)PRHRS誤開啟事故及自動降壓系統(tǒng)ADS誤開啟事故（廠外電源可用和不可用兩種情況）的分析計算。計算結(jié)果表明，堆芯最小偏離核態(tài)沸騰比（MDNBR）始終高于1.5的安全分析限值，滿足安全準則要求。其中，非能動余熱排出系統(tǒng)誤開啟事故的計算結(jié)果與西屋公司LOFTRAN程序及GSE公司THEATRe/J

6、Topmeret程序的對比分析證明了本文非能動余熱排出系統(tǒng)建模的合理性。
　　采用大型商用程序RELAP5/MOD3.4建立了AP1000主回路系統(tǒng)及非能動安全系統(tǒng)（包括堆芯補水箱CMT、安注箱ACC、安全殼內(nèi)置換料水箱IRWST、非能動余熱排出系統(tǒng)PRHRS和自動降壓系統(tǒng)ADS）的分析模型。針對AP1000小破口失水事故典型工況，包括冷腿底部5.08cm（2英寸）、10.16cm（4英寸）、20.32cm（8英寸）和25.40c

7、m（10英寸）小破口進行分析。分析結(jié)果表明，在 AP1000小破口失水事故工況下，堆芯最大空泡份額基本不會超出α=0.9的安全分析限值，不會發(fā)生干涸（dry out）型臨界熱流密度（CHF）。包殼峰值溫度（PCT）遠低于附錄K中1478K/2200℉的安全分析限值。證明在AP1000小破口過程中，非能動安全系統(tǒng)作用可以有效帶出堆芯衰變熱，從而保證反應堆安全。
　　最后針對AP1000小破口失水事故后期自動降壓系統(tǒng)第四級（ADS-4

8、）的液滴夾帶特性進行分析。通過ADS-4的液滴夾帶作為小破口失水事故過程中重要的熱工水力現(xiàn)象，決定了一次側(cè)系統(tǒng)冷卻劑裝量，影響一次側(cè)環(huán)路及堆芯的冷卻。本文采用俄勒岡州立大學（OSU）在 ATLATS實驗裝置上獲得的液滴夾帶起始與夾帶含氣率關(guān)系式，對RELAP5/MOD3.0可編譯版本的液滴夾帶子程序hzflow進行修改編譯。將修改后的RELAP5版本應用于AP10005.08cm（2英寸）典型小破口失水事故的分析計算。RELAP5程序修