陸雅哲 李 峰 程 坤 初 曉 陳宏霞

(核反應(yīng)堆系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610213)

0 前言

對(duì)熱工水力現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)是研究核電廠在事故工況下響應(yīng)的前提，也是程序適用性驗(yàn)證的基礎(chǔ)[1]。 本文針對(duì)華龍一號(hào)的電廠設(shè)計(jì)， 遵循美國(guó)核管會(huì)發(fā)布的導(dǎo)則REGULATORY GUIDE 1.203[2]以及國(guó)家核安全局發(fā)布的 《核動(dòng)力廠安全分析用計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)與應(yīng)用》[3]所提供的評(píng)價(jià)模型開(kāi)發(fā)與評(píng)估過(guò)程（EMDAP）建立現(xiàn)象識(shí)別和分級(jí)表（PIRT）。通過(guò)對(duì)所涉及的現(xiàn)象進(jìn)行識(shí)別，并按這些現(xiàn)象對(duì)性能指標(biāo)的影響進(jìn)行重要度的等級(jí)劃分， 從而避免對(duì)事故相關(guān)的所有部件和所有現(xiàn)象進(jìn)行詳細(xì)評(píng)價(jià)。 通過(guò)對(duì)目標(biāo)電廠建立PIRT 表的過(guò)程，可以得到對(duì)事故進(jìn)程有重要影響的物理現(xiàn)象，同時(shí)可以用于指導(dǎo)哪些重要現(xiàn)象需要程序進(jìn)行精確的模擬[4，5]。

1 華龍一號(hào)技術(shù)特點(diǎn)

華龍一號(hào)充分借鑒融合了“三代”核電技術(shù)的先進(jìn)設(shè)計(jì)理念和我國(guó)現(xiàn)有壓水堆核電站設(shè)計(jì)、 建造、調(diào)試、運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，以及近年來(lái)核電發(fā)展及研究領(lǐng)域的成果，滿足我國(guó)最新核安全法規(guī)要求和國(guó)際、國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)參考國(guó)際先進(jìn)輕水堆核電廠用戶要求，滿足三代核電技術(shù)的指標(biāo)要求，具備完善的嚴(yán)重事故預(yù)防與緩解措施，并考慮了應(yīng)對(duì)福島核電站事故的相關(guān)改進(jìn)和措施。

2 非失水瞬態(tài)事故現(xiàn)象及重要度分級(jí)

華龍一號(hào)非失水瞬態(tài)事故主要包含二回路排熱增加類(lèi)、二回路排熱減少類(lèi)及冷卻劑強(qiáng)迫流量喪失類(lèi)事故、反應(yīng)性和功率分布異常事故、冷卻劑裝量增加事故和未能緊急停堆的預(yù)期瞬態(tài)。

針對(duì)不同部件識(shí)別重要現(xiàn)象并進(jìn)行重要度劃分。非失水瞬態(tài)事故中，考慮三個(gè)重要度等級(jí)，包括高（H）、中（M）、低（L）。

下面給出現(xiàn)象等級(jí)劃分的定義：

H：表示該現(xiàn)象被認(rèn)為具有高重要度。該現(xiàn)象必須被精確的模擬，以正確地預(yù)測(cè)瞬態(tài)過(guò)程，預(yù)測(cè)該進(jìn)程的模型必須要進(jìn)行驗(yàn)證。

M：表示該現(xiàn)象被認(rèn)為具有中等重要度。 盡管該現(xiàn)象對(duì)整個(gè)瞬態(tài)的影響水平低于高重要度的現(xiàn)象，但所用模型仍需使模擬結(jié)果盡量接近此現(xiàn)象。

L：表示該現(xiàn)象被認(rèn)為具有低重要度。 該現(xiàn)象應(yīng)被模擬或以足夠詳細(xì)的方法進(jìn)行解釋?zhuān)刹豢紤]其精度對(duì)于整個(gè)瞬態(tài)的影響。

N/A：表示該現(xiàn)象對(duì)某個(gè)部件在某個(gè)瞬態(tài)階段不適用。

2.1 主蒸汽系統(tǒng)事故卸壓及蒸汽管道破裂事故現(xiàn)象識(shí)別與分級(jí)

本文以二回路排熱增加類(lèi)事故中的主蒸汽系統(tǒng)事故卸壓及蒸汽管道破裂為例，闡述非失水事故現(xiàn)象識(shí)別與建立分級(jí)表的過(guò)程。

2.1.1 事故現(xiàn)象

（1）主蒸汽系統(tǒng)事故卸壓

對(duì)主蒸汽系統(tǒng)事故卸壓而言，導(dǎo)致最嚴(yán)重的堆芯后果的是單個(gè)汽機(jī)旁路閥，大氣釋放閥或蒸汽發(fā)生器安全閥意外打開(kāi)。 該事故引起的蒸汽釋放，先使蒸汽流量增加，然后隨著蒸汽壓力下降，蒸汽流量減少。 事故過(guò)程中反應(yīng)堆冷卻劑的溫度和壓力降低，由于負(fù)慢化劑溫度系數(shù)的作用，使得堆芯功率增加、堆芯停堆裕量減少并且有重返臨界的危險(xiǎn)，可能發(fā)生偏離泡核沸騰（DNB）。

（2）蒸汽管道破裂事故

一條環(huán)路的蒸汽系統(tǒng)管道破裂引起的蒸汽排放，初期蒸汽流量增加，而后由于蒸汽壓力下降，蒸汽流量減小。 二回路帶熱導(dǎo)致冷卻劑的溫度和壓力下降，由于負(fù)慢化劑溫度系數(shù)的作用，降溫導(dǎo)致正反應(yīng)性引入。 若反應(yīng)堆處于熱停堆狀態(tài)，反應(yīng)堆將會(huì)重返臨界。此時(shí)核功率較低，同時(shí)由于非對(duì)稱冷卻效應(yīng)，堆芯功率形狀畸變嚴(yán)重，可能出現(xiàn)局部DNB。 通過(guò)安全注入系統(tǒng)向堆芯注射硼酸，引入負(fù)反應(yīng)性，使反應(yīng)堆停堆。若反應(yīng)堆處于功率運(yùn)行，正反應(yīng)性引入導(dǎo)致反應(yīng)堆功率上升，可能出現(xiàn)局部DNB。與熱停堆狀態(tài)相比，反應(yīng)堆功率運(yùn)行的事故后果沒(méi)有那么嚴(yán)重，此時(shí)反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)所具備熱慣性推遲了達(dá)到相應(yīng)于零功率的溫度和停堆裕量的時(shí)間。

重要現(xiàn)象總結(jié)如表1 所示。

表1 主蒸汽系統(tǒng)事故卸壓及蒸汽管道破裂事故重要現(xiàn)象

2.1.2 現(xiàn)象分級(jí)

主蒸汽系統(tǒng)事故卸壓和蒸汽管道破裂事故的主要風(fēng)險(xiǎn)是堆芯發(fā)生泡核沸騰，造成堆芯包殼損壞。 針對(duì)該性能指標(biāo)，確定事故主要現(xiàn)象重要度分級(jí)。

（1）燃料

燃料現(xiàn)象包含了中子學(xué)現(xiàn)象、構(gòu)件儲(chǔ)熱等。中子學(xué)現(xiàn)象主要為裂變功率計(jì)算和熱工參數(shù)反饋， 該現(xiàn)象影響了堆芯核功率，進(jìn)而影響了熱流密度計(jì)算，定義為重要度高（H）。 構(gòu)件儲(chǔ)熱與熱傳導(dǎo)模型影響燃料溫度，進(jìn)而影響核反饋和核功率計(jì)算，定義為重要度中（M）。

（2）堆芯

堆芯現(xiàn)象包含了熱工水力現(xiàn)象，主要為強(qiáng)迫對(duì)流換熱，定義為重要度高（H）。這是因?yàn)槭鹿曙L(fēng)險(xiǎn)主要是發(fā)生偏離泡核沸騰現(xiàn)象。 強(qiáng)迫對(duì)流換熱計(jì)算決定了當(dāng)前熱流密度。

（3）壓力容器

壓力容器內(nèi)現(xiàn)象主要為冷卻劑在下降段和下腔室內(nèi)的攪混。該現(xiàn)象定義為重要度高（H）。蒸汽管道破裂事故過(guò)程中，來(lái)自不同環(huán)路、溫度不同的流體進(jìn)入壓力容器后在下降段和下腔室內(nèi)攪混， 然后流入堆芯，引起堆芯的非對(duì)稱冷卻。 非對(duì)稱冷卻效應(yīng)將會(huì)引起堆芯功率分布的畸變，進(jìn)而影響局部熱流密度和偏離泡核沸騰比（DNBR）計(jì)算。

（4）SG

SG 一次側(cè)和二次側(cè)熱工水力現(xiàn)象主要為一次側(cè)強(qiáng)迫對(duì)流換熱、SG 二次側(cè)單相和兩相換熱、汽水分離器行為。 上述現(xiàn)象定義為重要度高（H）。 SG 換熱現(xiàn)象影響了對(duì)一回路冷卻劑的冷卻效果，一回路冷卻劑冷卻結(jié)合核功率反饋現(xiàn)象會(huì)引起核功率上升，同時(shí)冷卻結(jié)合穩(wěn)壓器熱工水力現(xiàn)象會(huì)影響壓力結(jié)果，進(jìn)而影響臨界熱流密度。

（5）穩(wěn)壓器

穩(wěn)壓器熱工水力現(xiàn)象主要為一回路冷卻導(dǎo)致的水體積收縮，穩(wěn)壓器內(nèi)部流體流入到熱段中。 穩(wěn)壓器內(nèi)水裝量下降，引起壓力下降。 該現(xiàn)象定義為重要度中（M）。 該現(xiàn)象導(dǎo)致的壓力下降將影響臨界熱流密度計(jì)算，進(jìn)而影響DNBR。

（6）破口

破口主要現(xiàn)象為臨界流。 該現(xiàn)象定義為重要度高（H）。 破口排放是引發(fā)事故的重要現(xiàn)象，該現(xiàn)象決定了SG 換熱現(xiàn)象、一回路溫度分布及堆芯重返臨界水平。

（7）硼輸運(yùn)

硼輸運(yùn)現(xiàn)象定義為重要度中（M）。事故后，安注系統(tǒng)向反應(yīng)堆注入高濃度的含硼水，作為良好的中子吸收體，含硼水流入堆芯后，會(huì)引入負(fù)反應(yīng)性，抑制反應(yīng)堆功率上升水平。

其余現(xiàn)象定義為重要度低（L）。

主蒸汽系統(tǒng)事故卸壓和蒸汽管道破裂事故現(xiàn)象識(shí)別與分級(jí)表結(jié)果如表2 所示。

3 結(jié)論

本文對(duì)華龍一號(hào)非失水瞬態(tài)事故下的現(xiàn)象進(jìn)行了識(shí)別和重要度分級(jí)研究，得到了事故PIRT 表，獲得對(duì)事故進(jìn)程有重要影響的物理現(xiàn)象，可用于指示需要程序精確模擬的現(xiàn)象，為非失水瞬態(tài)計(jì)算程序的驗(yàn)證提供基礎(chǔ)。

表2 主蒸汽系統(tǒng)事故卸壓和蒸汽管道破裂事故PIRT 表