基于RELAP5的海上浮动电站二次侧非能动余热排出系统设计与研究

摘要

由于浮动核电站的孤岛特征，在发生失电事故后，不能依靠能动系统排出堆芯余热，因此，非能动余热排出系统对确保海上浮动核电站的安全性尤为重要。本文提出了一种完整的二次侧非能动余热排出系统设计方法，并设计了三种非能动余热排出方案，使用RELAP5系统分析程序，分析比较了三种方案在同一事故工况下的性能特点，选定C型冷凝器方案在静止条件下进一步研究了事故后72小时内系统的运行性能。在此基础上，通过在RELAP5程序中添加海洋条件计算模块，对该程序进行了再开发，采用验证后的程序对C型冷凝器方案开展了倾斜、摇摆等典型海洋条件下的性能分析。在横倾-22.5°条件下，开展了非能动余热排出系统非计划投运、延时投运、单列回路投运不成功等故障特性分析。 静止条件下三种方案的对比分析表明，在同一事故序列条件下，C型冷凝器方案在对一回路稳压器和二回路蒸汽发生器的减温降压方面性能最好，水箱外方案中冷却水箱内的水装量利用效果最好，三种方案中一回路和非能动余热排出回路的自然循环稳定性差别不大，C型冷凝器方案可以保证在72小时内稳定导出反应堆衰变余热。 典型海洋条件下的模拟结果表明，横倾会削弱系统排出事故后堆芯剩余发热的能力，横倾-22.5°的影响大于横倾22.5°;纵倾10°会增强一回路的自然循环能力，纵倾-10°反之，但影响幅度都不大;尽管摇摆会导致流量等参数发生周期性的波动，但对事故工况下的稳压器压力、蒸汽发生器压力、冷却剂温度等安全相关热工参数影响不大。 在横倾-22.5°条件下引入不同故障的模拟结果显示，满功率正常运行时，余热排出系统的意外故障投运和停运对主系统的影响有限;全厂失去动力电源时，余热排出系统的延时投入运行会导致一些参数类似地延时，如稳压器压力和蒸汽发生器压力等，为确保堆芯安全，应控制所允许的延迟时长;全厂失去动力电源时，如果蒸汽发生器出口蒸汽隔离阀按要求关闭，但单列余热排出回路无法投运，稳压器泄压阀和蒸汽发生器安全阀将超压开启，但仍可以将堆芯余热有效排出;如果出现非能动余热排出系统投运正常，但有一列蒸汽发生器出口的蒸汽隔离阀未按要求关闭的情况，堆芯余热仍能被有效导出。

目录

声明

摘要

主要符号表

第1章绪论

1．1课题的背景及意义

1．2国内外研究状况

1．2．1国内研究现状

1．2．2国外研究现状

1．2．3海洋条件下二次侧非能动余热排出系统的研究

1．3当前研究存在的不足

1．4本文的主要工作

第2章系统方案设计

2．1系统简介

2．2冷却水箱设计

2．3冷凝器设计

2．3．1确定换热管壁厚

2．3．2换热面积及传热管根数

2．3．3冷凝器设计结果

2．4回路管道的设计

2．5本章小结

第3章设计方案对比及性能分析

3．1系统建模

3．1．1反应堆压力容器建模

3．1．2蒸汽发生器建模

3．1．3稳压器建模

3．1．4冷却水箱建模

3．1．5余排换热器建模

3．1．6全系统节点模型

3．2系统稳态调试

3．3方案对比

3．4系统72小时性能分析

3．5本章小结

第4章海洋条件下系统性能分析

4．1．1 RELAP5源程序简介

4．1．2海洋条件下的二次开发

4．1．3海洋条件计算程序框架

4．1．4程序验证

4．2系统建模及空间布置情况

4．3倾斜对非能动佘热排出系统特性的影响

4．3．1横倾对非能动余热排出系统特性的影响

4．3．2纵倾对非能动余热排出系统特性的影响

4．4摇摆对非能动余热排出系统特性的影响

4．4．1横摇对非能动余热排出系统特性的影响

4．4．2纵摇对非能动余热排出系统特性的影响

4．5本章小结

第5章海洋条件下系统故障分析

5．1正常运行时系统意外投运和退出

5．2全厂断电时系统延时投运

5．3全厂断电时单列余热排出回路的隔离阀故障未开启

5．4全厂断电时单列蒸汽发生器出口蒸汽隔离阀故障未关闭

5．5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及取得的科研成果

致谢