核電廠安全課件-第六章核電廠典型事故

6.1各類運(yùn)行工況的平安準(zhǔn)那么正常運(yùn)行與運(yùn)行瞬變：燃料不應(yīng)受到損壞；不應(yīng)要求啟動(dòng)任何保護(hù)系統(tǒng)或?qū)ＴO(shè)平安設(shè)施。預(yù)期運(yùn)行事件：燃料不應(yīng)受到損壞；任何一道屏障不應(yīng)受到損壞〔屏障本身出故障除外〕；采取糾正措施后機(jī)組應(yīng)能重新啟動(dòng)；不應(yīng)開展成為后果更為嚴(yán)重的事故第6章核電廠典型事故稀有事故：一些燃料元件可能損壞，但其數(shù)量應(yīng)是有限的；一回路和平安殼的完整性不應(yīng)受到影響；不應(yīng)開展成為更為后果更為嚴(yán)重的事故。極限事故：燃料元件可能有損壞，但數(shù)量應(yīng)有限；一回路、平安殼的功能在專設(shè)平安設(shè)施作用下應(yīng)能保證。6.2三道屏障的完整性燃料棒的完整性〔燃料芯塊熔化、沸騰危機(jī)、芯塊-包殼間的相互作用〕一回路承壓邊界的完整性平安殼的完整性設(shè)計(jì)和建造核電廠時(shí)所研究的事故與事件可分為兩類：1〕以損失一回路或二回路的流體為特征的管道破裂事故。如蒸汽管道破裂事故、給水管道破裂事故、失水事故。2〕沒有流體流失的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故。如反響性引入事故、一回路流量不正常事故、一回路壓力不正常事故、蒸汽流量不正常事故、蒸汽發(fā)生器給水不正常事故。6.3沒有流體流失的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故6.3.1反響性引入事故定義：快慢兩種反響性調(diào)節(jié)方式的不正確運(yùn)行所直接引起的事故。包括：反響堆次臨界調(diào)節(jié)棒束失控提升〔Ⅱ〕反響堆功率運(yùn)行情況下調(diào)節(jié)棒束失控抽出〔Ⅱ〕硼酸失控稀釋〔Ⅱ〕功率運(yùn)行情況下單個(gè)調(diào)節(jié)棒束失控提升〔Ⅲ〕一個(gè)調(diào)節(jié)棒束彈出〔Ⅳ〕反響性引入事故原因：機(jī)械故障、電氣故障、人因故障后果：〔1〕DNBR下降，沸騰危機(jī)；〔2〕燃料元件內(nèi)超功率，燒毀；〔3〕當(dāng)不均勻時(shí)，更為嚴(yán)重；反響性引入事故設(shè)計(jì)保護(hù)方法：設(shè)計(jì)與自動(dòng)保護(hù)措施〔1〕不能同時(shí)提升3組棒〔2〕短周期保護(hù)〔3〕超溫保護(hù)〔4〕超功率保護(hù)操作本卷須知：〔1〕注意周期變化〔2〕注意同時(shí)觀察：功率、冷卻劑溫度反響性引入事故反響性引入機(jī)理超功率瞬變超瞬發(fā)臨界瞬變反響堆啟動(dòng)事故反響性引入事故定義：反響性引入事故是指向堆內(nèi)突然引入一個(gè)意外的正反響性，導(dǎo)致反響堆功率急劇上升而發(fā)生的事故。這種事故如果發(fā)生在啟動(dòng)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)瞬發(fā)臨界，反響堆有失控的危險(xiǎn)；如果發(fā)生在功率運(yùn)行工況下，堆內(nèi)嚴(yán)重過熱，可能造成一回路系統(tǒng)壓力邊界的破壞。反響性引入事故調(diào)節(jié)方式的不正確運(yùn)行所直接引起的反響性引入事故反響性引入機(jī)理反響性引入事故按潛在因素可分為：控制棒失控提升〔提棒事故〕控制棒彈出〔彈棒事故〕硼酸的失控稀釋反響性引入機(jī)理反響性引入事故起因提棒事故控制棒不受控抽出連續(xù)引入反響性彈棒事故控制棒被破口造成內(nèi)外壓差彈出階躍引入反響性硼失控稀釋無硼純水引入一回路反響性引入速率受泵的容量、管道大小和純水系統(tǒng)限制控制棒控制系統(tǒng)故障控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)失靈控制棒驅(qū)動(dòng)器密封罩殼破裂誤操作設(shè)備故障控制系統(tǒng)失靈反響性引入機(jī)理啟動(dòng)時(shí)，可能會(huì)發(fā)生瞬發(fā)臨界反響堆失控。功率運(yùn)行時(shí)，堆內(nèi)過熱壓力邊界破壞。反響性引入事故后果反應(yīng)性引入事故保護(hù)方式功率保護(hù)壓力保護(hù)溫度保護(hù)由于壓水堆固有的負(fù)反響效應(yīng)和設(shè)置多重停堆保護(hù)系統(tǒng)，因此反響性引入事故不會(huì)對(duì)堆芯造成過份的有害影響，更不會(huì)象原子彈那樣爆炸。超功率瞬變反響性引入事故按反響性引入速率和大小分為：準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)瞬變超緩發(fā)臨界瞬變超瞬發(fā)臨界瞬變按反響性引入方式分為：階躍變化線性變化模型：點(diǎn)堆動(dòng)態(tài)方程超功率瞬變準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)瞬變向堆內(nèi)引入的反響性比較緩慢，以至于這個(gè)反響性能夠被溫度反響效應(yīng)和控制棒的自動(dòng)調(diào)節(jié)所補(bǔ)償?shù)乃沧?。?zhǔn)穩(wěn)態(tài)瞬變例：滿功率時(shí)控制棒慢速抽出控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)量反應(yīng)性反饋線性引入：反應(yīng)性引入::,:0)()()(fbciicfbittttrrrrrrrrr&==++=假設(shè)停堆保護(hù)系統(tǒng)尚未動(dòng)作反響性反響由燃料溫度反響和冷卻劑溫度反響兩局部組成。超功率瞬變準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)瞬變時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)特性功率變化十分緩慢，反響堆周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于堆芯時(shí)間常數(shù)，因此堆內(nèi)溫度可以近似地用穩(wěn)態(tài)分布來描述；反響性引入速率比較小，所以冷卻劑溫度和功率上升得都不太快，由冷卻劑平均溫度過高保護(hù)觸發(fā)反響堆緊急停閉，此時(shí)功率峰值未到達(dá)超功率保護(hù)整定值〔118%額定功率〕；穩(wěn)壓器壓力和冷卻劑平均溫度的上升幅度較大，最小DNBR下降比較顯著，偏離泡核沸騰的裕量變小。超功率瞬變超緩發(fā)臨界瞬變引入堆內(nèi)的正反響性較快，以至反響性反響效應(yīng)和控制系統(tǒng)已不能完全補(bǔ)償，使總的反響性大于零，但又不超過的瞬變。超緩發(fā)臨界瞬變例：滿功率時(shí)兩組控制棒失控抽出系統(tǒng)響應(yīng)特性超緩發(fā)臨界瞬變功率增長(zhǎng)曲線向上彎曲，到達(dá)118%額定功率，超功率保護(hù)緊急停堆。穩(wěn)壓器的壓力和冷卻劑平均溫度變化較小。缺乏以損壞燃料元件(溫度、壓力變化較小)。超功率瞬變超溫停堆信號(hào)超功率保護(hù)停堆信號(hào)118%堆功率冷卻劑平均溫度準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)瞬變與超緩發(fā)臨界瞬變的瞬態(tài)響應(yīng)超瞬發(fā)臨界瞬變瞬發(fā)臨界超瞬發(fā)臨界瞬變彈棒事故，極限事故〔＋小破口〕：反響性引入事故合并小LOCA響應(yīng)特性反響堆周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于堆芯時(shí)間常數(shù)，堆內(nèi)傳熱近似為絕熱過程，大量的熱能積聚在堆芯；堆功率呈指數(shù)規(guī)律增減;引入的反響性很大，超過了瞬發(fā)臨界的程度所引起的堆內(nèi)瞬變。忽略緩發(fā)中子，堆功率瞬態(tài)響應(yīng)示意圖超瞬發(fā)臨界瞬變響應(yīng)特性功率峰值反比于中子代時(shí)間，快堆功率峰值較壓水堆大，壓水堆功率峰值比重水堆大；功率峰值反比于瞬發(fā)反響性系數(shù)，負(fù)的反響性系數(shù)對(duì)擬制堆功率增長(zhǎng)及反響堆穩(wěn)定性有重要的作用；產(chǎn)生功率振蕩現(xiàn)象；造成堆芯功率分布的嚴(yán)重畸變。超瞬發(fā)臨界瞬變功率振蕩現(xiàn)象事故開始時(shí)，由于功率很低，隨著反響性的不斷引入，周期變短，功率上升速率增加，到達(dá)一定程度出現(xiàn)反響性反響效應(yīng)，且越來越明顯，使反響性減小，變?yōu)樨?fù)值時(shí)，功率轉(zhuǎn)而下降，于是在某一時(shí)刻出現(xiàn)第一個(gè)功率峰值；之后，隨著功率的下降，反響效應(yīng)減弱，反響性出現(xiàn)正值，開始了第二功率峰值的增長(zhǎng)過程；由于緩發(fā)中子的存在，使得功率振蕩逐漸衰減，最終到達(dá)一個(gè)平衡值。超瞬發(fā)臨界瞬變彈棒事故定義控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)密封罩殼的破裂，使得全部壓差作用到控制棒驅(qū)動(dòng)軸上，從而引起控制棒迅速彈出堆芯的事故。后果由于快速引入反響性，造成堆內(nèi)核功率激增，使燃料元件發(fā)生很大變化，形成堆芯很大的功率不均勻因子，因此會(huì)出現(xiàn)一個(gè)大的局部功率峰值。同時(shí)，造成一個(gè)小破口失水事故〔當(dāng)量直徑82mm〕，從失水事故角度來看，后果不嚴(yán)重。分析對(duì)象：反響性引入超瞬發(fā)臨界瞬變事故描述開始的短時(shí)間內(nèi)，功率激增產(chǎn)生的大局部能量?jī)?chǔ)存在UO2芯塊內(nèi)部，將使最熱的芯塊熔化，釋放出的氣體在燃料棒內(nèi)部形成高壓，使燃料棒瞬時(shí)破裂。熱能—〉機(jī)械能—〉沖擊波—〉造成堆芯和一回路系統(tǒng)的損壞熱量傳遞到元件包殼，可造成局部包殼發(fā)生DNB，可能影響堆芯完整性。熱量傳遞到冷卻劑，冷卻劑系統(tǒng)溫度和壓力升高，形成一回路壓力頂峰。彈棒事故的主要特征是功率脈沖，其關(guān)心的主要問題是燃料破損問題。超瞬發(fā)臨界瞬變熱點(diǎn)處燃料芯塊比焓不得超過942kJ/kg，對(duì)于輻照燃料必須低于837kJ/kg。系統(tǒng)峰值壓力不超過設(shè)計(jì)壓力的110%。熱點(diǎn)的包殼溫度低于未氧化包殼開始顯著脆化的溫度1482℃。進(jìn)入DNB的燃料棒數(shù)不超過燃料棒總數(shù)的10%。經(jīng)驗(yàn)性準(zhǔn)那么超瞬發(fā)臨界瞬變彈棒事故下熱通道燃料溫度變化<1482℃中心溫度燃料平均溫度包殼外表面溫度反響堆啟動(dòng)事故反響堆啟動(dòng)事故是指在反響堆啟動(dòng)過程〔尤其是初次啟動(dòng)〕中，由于設(shè)備故障或操作錯(cuò)誤引起控制棒失控抽出，以一定反響性引入速率向堆內(nèi)持續(xù)引入反響性，致使反響堆從次臨界迅速到達(dá)臨界、又變?yōu)樗舶l(fā)臨界的事故。反響堆啟動(dòng)事故是一種十分容易發(fā)生又十分危險(xiǎn)的、典型的反響性引入事故。反響堆啟動(dòng)是通過向堆內(nèi)引入反響性〔提升控制棒，增加燃料棒數(shù)目等〕，使keff從小于1到等于1和大于1，最后穩(wěn)定在所需功率水平的過程。反響堆啟動(dòng)過程中，隨著堆內(nèi)反響性的增加，反響堆功率相應(yīng)上升。在到達(dá)瞬發(fā)臨界之前，功率上升速度比較緩慢；一旦接近瞬發(fā)臨界，功率增加異常迅速。反響堆啟動(dòng)事故反響堆啟動(dòng)事故控制反應(yīng)性引入速率是確保反應(yīng)堆啟動(dòng)安全的關(guān)鍵。反應(yīng)性引入速率大小決定了反應(yīng)堆達(dá)到臨界和進(jìn)入瞬發(fā)臨界所經(jīng)歷時(shí)間的長(zhǎng)短。某反應(yīng)堆啟動(dòng)：當(dāng)從臨界到瞬發(fā)臨界只需約1秒；當(dāng)從臨界到瞬發(fā)臨界要經(jīng)歷約70秒；反響堆啟動(dòng)事故反響堆啟動(dòng)事故必須依靠反響堆緊急停閉來終止。停堆信號(hào)取自于高功率水平Pt保護(hù)。因控制棒下插需要一段時(shí)間，保護(hù)功率Pt的選擇直接影響功率上升幅度。保護(hù)功率Pt高于啟動(dòng)功率P(0)的數(shù)量級(jí)越小，周期越長(zhǎng)，功率增長(zhǎng)速度越慢，實(shí)現(xiàn)緊急停堆的時(shí)間余度越多；反之，在發(fā)生反響堆啟動(dòng)事故時(shí)，功率水平有十幾個(gè)數(shù)量級(jí)變化，那么周期很短，即使發(fā)出超功率緊急停堆，反響堆功率還是會(huì)上升到相當(dāng)可觀的數(shù)值。降低Pt和P(0)之間的比值有兩個(gè)方法：增加外中子源強(qiáng)度〔裕度不大〕，二是采用可調(diào)的功率保護(hù)整定值。反響堆啟動(dòng)事故到達(dá)保護(hù)功率時(shí)的周期/s反響堆啟動(dòng)事故隨著堆功率的增長(zhǎng)，溫度效應(yīng)〔尤其是燃料的多普勒效應(yīng)〕逐漸明顯，溫度效應(yīng)起著自動(dòng)擬制功率增長(zhǎng)的作用。當(dāng)反響堆功率上升到這樣一點(diǎn)時(shí)，即溫度反響的負(fù)反響性超過啟動(dòng)事故引起的正反響性，那么功率水平轉(zhuǎn)而下降。溫度系數(shù)負(fù)值越大，到達(dá)的功率峰值越低。溫度反響的影響溫度反響的影響負(fù)的溫度系數(shù)可降低功率峰值6.3.2一回路流量不正常事故1.引起原因：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩消失〔失去電源〕；電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩下降〔電壓下降或頻率以小于2.5Hz/s的速度下降〕；電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩成了阻力矩〔電源頻率以大于2.5Hz/s的速度下降〕；摩擦力矩增大；電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩增大。這些事件可能影響一臺(tái)、兩臺(tái)或全部三臺(tái)主泵的運(yùn)行。2.危險(xiǎn)性：流量下降——蒸汽含量上升——臨界熱流密度下降——出現(xiàn)膜態(tài)沸騰的概率增大——可能導(dǎo)致燃料破裂事故。流量增大——堆芯溫度降低——反響性和功率上升——出現(xiàn)沸騰危機(jī)。3.保護(hù)〔停堆〕一回路流量降低的情況下：主泵轉(zhuǎn)速極低保護(hù)；一回路的一個(gè)環(huán)路內(nèi)流量低保護(hù)；主泵電源斷路器跳開的保護(hù)。一回路流量增大的情況下〔一個(gè)不運(yùn)行環(huán)路的主泵啟動(dòng)〕：通過功率量程的中子注量率密度信號(hào)，產(chǎn)生緊急停堆；通過中子注量率密度增加率高信號(hào)，產(chǎn)生緊急停堆；通過流量低信號(hào)和同時(shí)出現(xiàn)P8允許線路的信號(hào)〔功率>30%Pn，有一個(gè)環(huán)路的流量<88.8%額定流量〕，產(chǎn)生緊急停堆。6.3.3一回路壓力不正常事故1.原因機(jī)械故障導(dǎo)致穩(wěn)壓器的一個(gè)主噴淋閥、一個(gè)輔助噴淋閥或一個(gè)平安閥的意外翻開。壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)出故障。〔造成控制穩(wěn)壓器壓力的主噴淋閥和一個(gè)平安閥翻開，停止電加熱器的控制線路出現(xiàn)控制作用不正確；控制穩(wěn)壓器的其他兩個(gè)平安閥翻開翻開的控制線路出現(xiàn)控制作用不正確。〕2.危險(xiǎn)性一回路壓力劇烈下降期間，DNBA的數(shù)值下降，堆芯出現(xiàn)燒毀現(xiàn)象的概率上升。在沒有禁忌停堆的情況下，有可能出現(xiàn)燃料棒包殼的破裂事故，從而導(dǎo)致放射性產(chǎn)物釋放到一回路內(nèi)。3.保護(hù)通過超溫ΔT線路產(chǎn)生緊急停堆信號(hào)。穩(wěn)壓器的隔離閥自動(dòng)關(guān)閉。如果三個(gè)壓力測(cè)量值中有兩個(gè)小于固定的整定值〔13.9MPa〕，將產(chǎn)生該操作。通過穩(wěn)壓器內(nèi)壓力低信號(hào)產(chǎn)生緊急停堆。平安注入。6.3.4蒸汽流量不正常事故蒸汽流量不正常包括兩種：蒸汽流量意外上升使一回路過冷，在這個(gè)研究中不包括蒸汽管道破裂事故。蒸汽流量意外下降使一回路欠冷，這里蒸汽流量可能一直降到零。導(dǎo)致蒸汽流量不正常的原因〔不考慮破口事故〕：負(fù)荷過分增加甩負(fù)荷和〔或〕汽輪機(jī)脫扣屬II類事故引起蒸汽流量上升原因有：操縱員的誤操作；蒸汽旁路控制系統(tǒng)出故障；汽輪機(jī)速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)出故障。引起蒸汽流量下降原因有：蒸汽隔離閥關(guān)閉〔機(jī)械故障、保護(hù)系統(tǒng)出故障、錯(cuò)誤的關(guān)閉信號(hào)〕；汽輪機(jī)主汽門關(guān)閉〔保護(hù)系統(tǒng)出故障、汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)出故障、降負(fù)荷線路出故障、機(jī)械故障、反響堆和汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的要求〕；汽輪機(jī)截止閥關(guān)閉〔保護(hù)系統(tǒng)出故障、在緊急停堆以后反響堆保護(hù)系統(tǒng)的要求、在汽輪發(fā)電機(jī)脫扣以后汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的要求〕。事故分析蒸汽流量上升的情況物理特性：蒸汽流量上升——一回路降溫降壓——反響堆功率上升〔慢化劑溫度負(fù)反響效應(yīng)〕，表現(xiàn)在燃料溫度上升——反響堆穩(wěn)定在大于初始功率的新功率水平。危險(xiǎn)性：1〕一回路壓力下降可能出現(xiàn)偏離泡核沸騰，燃料包殼有損壞危險(xiǎn)；2〕負(fù)反響作用下功率上升可能導(dǎo)致線功率密度超過設(shè)計(jì)值；3〕緊急停堆后，如降溫原因不消失，反響堆可能重返臨界。保護(hù)方法：1〕在設(shè)計(jì)上通過最小值選擇器控制汽輪機(jī)的主汽門的開度〔汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)線路、ΔT保護(hù)線路、負(fù)荷限制器〕；2〕自動(dòng)保護(hù)〔緊急停堆、汽輪機(jī)脫扣、汽動(dòng)給水泵跳閘、隔離給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)、平安注入、安注信號(hào)出現(xiàn)后啟動(dòng)輔助給水系統(tǒng)〕；3〕手動(dòng)保護(hù)〔在功率上升期間，操縱員應(yīng)該調(diào)整流量限制器的整定值，通過限制功率10%階躍變化來進(jìn)行這樣的調(diào)整〕。蒸汽流量下降的情況物理特性：蒸汽流量下降——一回路升溫升壓、穩(wěn)壓器內(nèi)水位升高。另外由于蒸汽不斷產(chǎn)生，蒸汽流量下降將引起二回路壓力將上升。危險(xiǎn)性：1〕一回路溫度上升對(duì)防止偏離泡核沸騰不利，而壓力上升有利于推遲可能出現(xiàn)的偏離泡核沸騰。但最后效果無法預(yù)計(jì)，總之燃料包殼有損壞危險(xiǎn)；2〕一回路壓力上升可能危及一回路的完整性；3〕蒸汽發(fā)生器內(nèi)壓力升高可能危及二回路的設(shè)備系統(tǒng)。3.保護(hù)方法：1〕設(shè)計(jì)上，根據(jù)失去全部負(fù)荷的原那么設(shè)計(jì)超壓保護(hù)措施。2〕自動(dòng)保護(hù)——觸發(fā)緊急停堆〔汽輪機(jī)脫扣，旁路閥不翻開、穩(wěn)壓器壓力高、超溫ΔT高、穩(wěn)壓器水位高〕。6.3.5蒸汽發(fā)生器給水不正常事故主給水系統(tǒng)運(yùn)行不正常時(shí)，造成給水不正常事故，分兩類：給水流量降低〔電廠全部失去供電，引起主泵停運(yùn)、一臺(tái)主給水泵停運(yùn)、調(diào)節(jié)閥門意外關(guān)閉〕；給水超流量〔調(diào)節(jié)系統(tǒng)功能出故障、給水調(diào)節(jié)閥意外翻開〕。給水流量降低的情況：物理特性：給水流量降低——導(dǎo)熱能力下降——一回路升溫升壓、穩(wěn)壓器水位上升。危險(xiǎn)性：可能出現(xiàn)偏離泡核沸騰、超功率、一回路超壓。保護(hù)：自動(dòng)保護(hù)：降低堆芯產(chǎn)生的熱量〔緊急停堆——SG水位極低/SG水位低同時(shí)給水流量和蒸汽流量出現(xiàn)不平衡信號(hào)/失去電源所發(fā)出的信號(hào)〕、保證導(dǎo)出一回路產(chǎn)生的熱量〔輔助給水系統(tǒng)供水〕、保護(hù)汽輪機(jī)〔汽輪機(jī)脫扣〕；輔助給水系統(tǒng)最小流量的設(shè)計(jì)。主給水超流量或過冷的情況：物理特性：給水流量增加——導(dǎo)熱能力上升——一回路降溫降壓——由于溫度負(fù)反響效應(yīng)反響堆功率上升——導(dǎo)致新的升溫度升壓。危險(xiǎn)性：1〕可能出現(xiàn)偏離泡核沸騰、超功率、一回路超壓。2〕二回路中水進(jìn)入汽輪機(jī)可能損壞汽輪機(jī)。保護(hù)：根據(jù)SG水位極高信號(hào)實(shí)施以下保護(hù)緊急停堆；啟動(dòng)輔助給水系統(tǒng)；隔離主給水系統(tǒng)和停止啟動(dòng)給水泵的運(yùn)行。6.4蒸汽發(fā)生器傳熱管破裂事故定義：蒸汽發(fā)生器傳熱管破裂〔RTGV〕，包括一根和多根傳熱管破裂，也包括冷卻劑輕微連續(xù)泄漏的管子裂紋?？赡芤餝G傳熱管斷裂的主要原因：管子承受機(jī)械和熱應(yīng)力；二回路水產(chǎn)生腐蝕，特別是由于管板處的沉積物，使管板上方的管壁局部變薄及傳熱管發(fā)生裂紋；一回路水產(chǎn)生的腐蝕；頸縮效應(yīng)〔支撐管板的縫隙由逐漸長(zhǎng)大的腐蝕產(chǎn)物所淤塞，并引起ＳＧ傳熱管收縮〕。為了減少SG傳熱管斷裂的風(fēng)險(xiǎn)，采取措施：采用高韌性材料因科鎳INCoNEL-600〔690〕的傳熱管；對(duì)二回路給水進(jìn)行全揮發(fā)的化學(xué)處理，防止傳熱管腐蝕；改進(jìn)管束底部流動(dòng)情況〔縮小低速區(qū)〕；改變U傳熱管支撐隔板的幾何形狀〔采用四瓣梅花形孔，縮小傳熱管與管板之間的接觸面積〕；在U型管與SG管板接觸的全部高度上進(jìn)行脹管。事故過程1.無人干預(yù)時(shí)的物理性能〔最初30min內(nèi)〕一回路：破口出現(xiàn)——一回路冷卻劑流失——一回路壓力下降——上充流量缺乏以補(bǔ)償破口流失流量壓力繼續(xù)下降——緊急停堆后壓力急劇下降——安注投入后壓力繼續(xù)下降——當(dāng)安注的流量大于破口流量時(shí)壓力上升并穩(wěn)定在某個(gè)值。二回路：二回路有來自一回路的水和能量——假設(shè)汽機(jī)脫扣，通向凝汽器的旁路系統(tǒng)不可用，將導(dǎo)致二回路壓力增高。2.操縱員干預(yù)識(shí)別事故，找出故障SG；隔離故障SG，以限制蒸汽向大氣排放，開啟故障ＳＧ排污水系統(tǒng)；由兩個(gè)完好SG導(dǎo)出熱量；必要時(shí)停止安注；調(diào)整輔助給水流量；對(duì)穩(wěn)壓器噴淋進(jìn)行操作。事故可能造成的后果：1〕一回路冷卻劑污染二回路，假設(shè)凝汽器不可用，放射性氣體將釋放到環(huán)境；2〕SG滿溢，放射性水可能排放到環(huán)境，較蒸汽排放更危險(xiǎn)〔質(zhì)量流量更大〕；3〕SG滿溢，平安閥帶水操作可能卡在開啟位置，從而造成更嚴(yán)重的放射性物質(zhì)向環(huán)境釋放；4〕RTGV也具有使使堆芯冷卻缺乏的風(fēng)險(xiǎn)；5〕故障SG隔離后，泄漏方向可能逆轉(zhuǎn)，一回路硼稀釋，可能使堆芯重返臨界的危險(xiǎn)。３.保護(hù)自動(dòng)保護(hù)和報(bào)警系統(tǒng)出現(xiàn)事故時(shí)，會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)壓器壓力低、SG排污水或凝汽器結(jié)水抽取系統(tǒng)放射性劇烈增加的報(bào)警信號(hào)。根據(jù)這些信號(hào)產(chǎn)生緊急停堆等一系列自動(dòng)動(dòng)作。手動(dòng)保護(hù)即操縱員干預(yù)，按事故處理規(guī)程操作。6.4.4事故處理規(guī)程A3識(shí)別和隔離出故障的SG；一回路的冷卻和降壓。6.4.5事故實(shí)例1.DOEL核電廠的RTGV事故1979年6月25日，比利時(shí)核電廠2號(hào)機(jī)組發(fā)生SG段管事故。在操縱員正確的干預(yù)下，故障完全被控制住了，并對(duì)環(huán)境和設(shè)備沒有任何影響。2.GINNA核電廠RTGV事故1982年1月25日，紐約州Rochester附近的GINNA核電廠發(fā)生ＳＧ段管事故，最后美國(guó)ＮＲＣ估計(jì)有１３６ｔ一回路冷卻劑流到二回路。SG向大氣釋放53t水和蒸汽；釋放到大氣中的總放射性為122ci。6.5蒸汽管道破裂事故定義：蒸汽回路一管道〔主管道或管嘴〕出現(xiàn)破口或蒸汽回路上一個(gè)閥門意外翻開所導(dǎo)致的事故?！氨Ｗo(hù)段〞：建筑布局上采取措施確保高度可靠性，不考慮平安殼與支座之間發(fā)生破口。6.5蒸汽管道破裂事故起因二回路上的一個(gè)閥門意外翻開：調(diào)節(jié)系統(tǒng)的誤動(dòng)作機(jī)械故障運(yùn)行人員誤操作對(duì)純粹的蒸汽管道破裂來說，其原因可來自：過大的機(jī)械應(yīng)力或熱應(yīng)力制造缺陷內(nèi)部飛射物地震等6.5蒸汽管道破裂事故按照破口的大小，蒸汽管道破裂事故可以是第2類，第3類或第4類事故。第2類事故：破口尺寸小于二回路上的一個(gè)閥門翻開所構(gòu)成的破口；第3類事故：破口尺寸大于二回路上的一個(gè)閥門翻開所構(gòu)成的破口，且不能自動(dòng)將蒸汽管道隔離。第4類事故：更為嚴(yán)重的蒸汽管道破裂事故。分類對(duì)于破口最大的2類事故，反響堆不應(yīng)重返臨界。對(duì)于破口最大的4類事故，燒毀比〔DNBR〕大于1.3。6.5蒸汽管道破裂事故通過一、二回路之間強(qiáng)烈地耦合，事故從如下幾個(gè)方面影響核電廠平安：蒸汽管道破裂增加了蒸汽發(fā)生器從反響堆冷卻劑系統(tǒng)中取走的熱量，引起一回路冷卻劑溫度和壓力下降；緊急停堆后，由于一回路冷卻劑溫度迅速下降，假設(shè)慢化劑的負(fù)溫度反響系數(shù)很大，那么反響堆有重返臨界的危險(xiǎn)；如果破口側(cè)在平安殼內(nèi)，大量蒸汽排放可能使平安殼升溫超壓；如果在事故前整汽發(fā)生器傳熱管有破損，一回路水向二回路泄漏，裂變產(chǎn)物可能釋放到堆外環(huán)境中去。6.5蒸汽管道破裂事故事故描述〔破口直徑大于15mm〕第一階段：事故發(fā)生之初；蒸汽流量突增，二回路系統(tǒng)導(dǎo)出熱量超過反響堆的發(fā)熱量，導(dǎo)致堆芯入口溫度下降—〉反響堆功率自動(dòng)上升，以維持一、二回路之間的熱量平衡；一回路冷卻劑平均溫度降低，穩(wěn)壓器內(nèi)壓力和水位也相應(yīng)下降，當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)到達(dá)保護(hù)整定值時(shí)，實(shí)現(xiàn)反響堆超功率緊急停堆和穩(wěn)壓器低壓停堆，汽輪機(jī)也緊急停機(jī)。第二階段：緊急停堆、停機(jī)后，蒸汽管道隔離之前；蒸汽繼續(xù)流失，蒸汽管道出現(xiàn)低壓，一回路冷卻劑平均溫度不斷下降—〉正反響性不斷引入—〉停堆深度逐漸減小，如果價(jià)值最大的控制棒組卡死于堆頂，那么反響堆有可能重返臨界，堆內(nèi)功率分布出現(xiàn)嚴(yán)重畸變，局部峰值處元件包殼過熱燒毀。6.5蒸汽管道破裂事故無人為干預(yù)情況下的物理變化過程二回路側(cè)〔假設(shè)事故發(fā)生之前全部蒸汽管道都沒有隔離〕：事故初始階段，破口的蒸汽溢出由三臺(tái)蒸汽發(fā)生器對(duì)稱供給(受影響的蒸汽發(fā)生器蒸汽直接從破口溢出，另外兩臺(tái)不相關(guān)的蒸汽發(fā)生器的蒸汽反向流出破口)。根據(jù)破口的所處位置及是否能隔離，破口蒸汽的供給或被阻止或僅由一臺(tái)相關(guān)的蒸汽發(fā)生器供給，后者使三臺(tái)蒸汽發(fā)生器變成物理不對(duì)稱。蒸汽管道隔離后，不相關(guān)蒸汽發(fā)生器的水位將趨于穩(wěn)定。6.5蒸汽管道破裂事故無人為干預(yù)情況下的物理變化過程一回路側(cè)：蒸汽管道破裂導(dǎo)致對(duì)一回路功率需求的急劇上升，使一回路溫度和壓力相應(yīng)下降，由于慢化劑的溫度負(fù)效應(yīng)，向堆芯引入正的反響性。如果全部控制棒束都插入堆芯，蒸汽管道破裂事故不會(huì)造成使堆芯臨界狀態(tài)的危險(xiǎn)。如果假設(shè)負(fù)反響性最高的—個(gè)棒組卡在最高位置。這種情況可能出現(xiàn)在事故發(fā)生初期〔機(jī)組停機(jī)狀態(tài)下〕或者由緊急停堆信號(hào)〔在功率運(yùn)行狀態(tài)下〕產(chǎn)生的落捧時(shí)刻。這一情況將導(dǎo)致：后備負(fù)反響性貯備減少，因而堆芯有重返臨界狀態(tài)的危險(xiǎn)；卡棒部位周圍的中子通量分布出現(xiàn)嚴(yán)重畸變(DNB的危險(xiǎn))。6.5蒸汽管道破裂事故運(yùn)行人員的干預(yù)識(shí)別事故，并鑒別與事故相關(guān)的SG；如果破口很小，運(yùn)行人員應(yīng)隔離破口，并按正常操作將反響堆停堆；如果破口很大，事故將導(dǎo)致安注系統(tǒng)投入，運(yùn)行人員應(yīng)采取的主要操作如下：如果保護(hù)系統(tǒng)沒有執(zhí)行關(guān)閉主蒸汽隔離閥，將其關(guān)閉隔離相關(guān)的蒸汽發(fā)生器的給水〔堆芯過冷〕限制一回路的壓力增加和穩(wěn)壓器充水〔由于安注的投入〕通過安注向堆芯加硼〔20000ppm〕操作。運(yùn)行人員的目的是：使機(jī)組過渡到余熱導(dǎo)出系統(tǒng)冷卻的停堆狀態(tài)。6.5蒸汽管道破裂事故排熱在蒸汽管道破裂之后，給水和蒸汽管道被隔離，只有受影響的蒸汽發(fā)生器繼續(xù)排放。其結(jié)果只是受影響的蒸汽發(fā)生器完全排空，其余兩臺(tái)蒸汽發(fā)生器在該瞬變終止后仍可用于排除余熱。主蒸汽管道隔離閥遵照主蒸汽隔離信號(hào)將蒸汽發(fā)生器和主蒸汽管道隔離。主蒸汽隔離閥裝在每臺(tái)蒸汽發(fā)生器出來的主蒸汽管道中平安殼外平安卸壓閥的下游。受影響的蒸汽發(fā)生器完全排空，蒸汽直接向大氣排放〔破口在平安殼外〕。余下的兩臺(tái)蒸汽發(fā)生器可以用通過卸壓閥把蒸汽排放到大氣的方法來排除堆芯的衰變熱。排汽一直繼續(xù)到反響堆冷卻劑的溫度和壓力降到余熱排出系統(tǒng)投入運(yùn)行條件為止。保護(hù)性措施6.5蒸汽管道破裂事故兩個(gè)目的：限制過冷和限制反響性引入限制過冷就是限制二回路功率以限制一回路冷卻程度設(shè)計(jì)上的考慮在平安殼外安裝蒸汽隔離閥〔5s內(nèi)關(guān)閉，由蒸汽管道隔離信號(hào)觸發(fā)隔離行動(dòng)〕在蒸汽發(fā)生器為蒸汽出口安裝限流器，限制最大蒸汽排放量主蒸汽管道的加固(保護(hù)段)操縱員的干預(yù)盡快找出破口位置盡早停止與受損蒸汽發(fā)生器相關(guān)的輔助給水保護(hù)性措施6.5蒸汽管道破裂事故限制堆芯反響性引入設(shè)計(jì)上的考慮注射高濃硼水〔其硼水濃度為＝20000ppm)；足夠的控制棒以保證緊急停堆后的后備反響性。自動(dòng)保護(hù)動(dòng)作上的考慮設(shè)置安注系統(tǒng)投入信號(hào)：蒸汽管線蒸汽流量高；蒸汽發(fā)生器蒸汽壓力低；蒸汽管線蒸汽流量高，一回路平均溫度低；蒸汽管線壓力差＞o.7MPa〕操縱員的干預(yù)尋找對(duì)一回路加硼的可能性6.5蒸汽管道破裂事故事故對(duì)三道屏障的危害第一道屏障：元件包殼堆芯功率的不可控增加可能導(dǎo)致燒毀現(xiàn)象及元件包殼的損壞。第二道屏障：一回路承壓邊界—回路構(gòu)件的突然冷卻造成冷沖擊，從而導(dǎo)致熱應(yīng)力的產(chǎn)生。蒸汽發(fā)生器的突然卸壓，蒸汽發(fā)生器U型管束產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)，從而產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力。第三道屏障：平安殼如果破口發(fā)生在平安殼內(nèi)，平安殼內(nèi)溫度和壓力會(huì)隨之升高。平安殼設(shè)計(jì)包容事故是LOCA事故，能承受蒸汽管道破裂事故。6.5蒸汽管道破裂事故前提條件：熱態(tài)零功率、有外電源、冷卻劑滿流量、平安殼外蒸汽管道破裂:反響堆停閉后，二回路蒸汽大量流失，冷卻劑平均溫度不斷下降，負(fù)溫度效應(yīng)，次臨界度逐漸減小，大約經(jīng)29s重返臨界；大約45s后20000ppm濃硼酸溶液到達(dá)冷卻劑環(huán)路，延遲包括：接收和發(fā)出平安注射信號(hào)4s,翻開平安注射管道上閥門10s，消除平安注射管道中留有的2000ppm硼水31s.事故發(fā)生后，截止閥能在幾秒內(nèi)快速關(guān)閉使蒸汽從破口排放量相應(yīng)地急劇下降；瞬變中堆芯功率峰值的熱流密度約為額定值的7.2%。冷卻劑平均溫度冷卻劑壓力蒸汽管道破裂事故的瞬變2004年8月9日，日本關(guān)西電力公司的美濱核電站3號(hào)機(jī)組渦輪室發(fā)生蒸汽泄漏事故。反響堆為增壓輕水反響堆，功率826MW，事故發(fā)生后警報(bào)裝置發(fā)生作用，反響堆自動(dòng)停止發(fā)電。核電站周圍監(jiān)測(cè)輻射的儀器沒有發(fā)現(xiàn)異常，可以認(rèn)為沒有輻射泄漏。渦輪室為三層建筑，工人們正往二樓搬運(yùn)檢測(cè)裝置。位于二層天花板附近的配水管道破裂，導(dǎo)致二層充滿高溫高壓蒸氣〔溫度在200℃以上〕泄漏。死亡的４名工作人員倒在漏氣的配水管道附近，因管道周圍溫度過高，救援人員無法接近，直至事故發(fā)生約30分鐘后，救援人員才抬出這４名死者。事后日本關(guān)西電力公司暫時(shí)關(guān)閉其全部11座核電站，以進(jìn)行全面平安檢查。日本美濱核電站蒸汽管道破裂事故6.6給水管道破裂事故造成原因：機(jī)械應(yīng)力或熱應(yīng)力引起破裂。給水管道破裂事故屬第IV類事故，要求30min內(nèi)一回路水沒有出現(xiàn)整體沸騰。事故后果：二回路給水喪失引起一回路冷卻惡化，可能導(dǎo)致一回路出現(xiàn)整體沸騰；穩(wěn)壓器平安閥開啟一起一回路冷卻劑損失，使得堆芯局部露出水面，從而有包殼破損危險(xiǎn)；從破口流出的流體會(huì)引起平安殼內(nèi)溫度和壓力上升〔破口發(fā)生在平安殼內(nèi)局部〕。事故過程：給水管破裂——SG的給水中斷——受影響的SG很快排空，由于短暫時(shí)期內(nèi)蒸汽流量增大導(dǎo)致一回路過冷——但很快由于二回路導(dǎo)熱能力下降導(dǎo)致一回路升溫升壓。保護(hù)方法設(shè)計(jì)方面：在SG入口設(shè)計(jì)止回閥防止SG排空及有效保證輔助給水正常供水。自動(dòng)保護(hù)：緊急停堆、隔離蒸汽、啟動(dòng)輔助給水、啟動(dòng)安注、啟動(dòng)平安殼噴淋。手動(dòng)保護(hù)。事故處理規(guī)程1.識(shí)別并隔離受影響的SG；2.主泵和高壓安注的操作；3.遠(yuǎn)期的操作。

冷卻劑喪失事故的特點(diǎn)

輕水堆失水事故6.7失水事故冷卻劑喪失事故的特點(diǎn)定義：冷卻劑喪失事故是指：反響堆主回路壓力邊界產(chǎn)生破口或發(fā)生破裂，一局部或大局部冷卻劑泄露的事故通常稱為：失水事故〔LOCA〕

LossofCoolantAccident事故起因失水事故是由以下原因引起的：一回路一根管道或輔助系統(tǒng)的管道破裂；一回路系統(tǒng)上的一個(gè)閥門意外翻開(或不能關(guān))；泵的軸封或閥桿泄漏；蒸汽發(fā)生器管子的破裂。以下原因可能誘發(fā)失水事故：地震，回路上的機(jī)械壓力或熱應(yīng)力，制造上的缺陷，內(nèi)部飛射物。

運(yùn)行人員的錯(cuò)誤，控制或調(diào)節(jié)系統(tǒng)的故障，設(shè)備故障。分類根據(jù)斷裂特性，即破口位置和破口尺寸，LOCA可分為：中小破口此時(shí)，一回路減壓過程相對(duì)緩慢些。平安注入系統(tǒng)按設(shè)計(jì)流量向一回路注入的水量，一般能防止堆芯裸露。大破口引起一回路壓力迅速下降直至等于平安殼內(nèi)的壓力，平安注入箱和低壓平安注入系統(tǒng)相繼投入工作，向一回路注水，力圖使堆芯淹沒。汽腔小破口SGTR失水事故的極限——設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故最嚴(yán)重的失水事故：堆芯壓力容器在堆芯水位以下的災(zāi)難性破裂：堆芯附近不再有冷卻水，所以無法防止堆芯熔化。失水事故的極限——設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故管道雙端剪切斷裂。在平安分析中，設(shè)想最嚴(yán)重的情況是一根主管道發(fā)生脆性斷裂，管道在一瞬間內(nèi)完全斷開并錯(cuò)位。這時(shí)冷卻劑從斷開的兩個(gè)端口、即相當(dāng)于兩倍主管道截面積的開口同時(shí)噴出，這種斷裂叫做“雙端斷裂〞。在焊口處〔例如在主管道與壓力容器接管連接處〕發(fā)生這種斷裂的可能性最大。由于在設(shè)計(jì)與制造期間采取了措施，不用考慮壓力容器的破裂。管道破口的類型設(shè)上游容器壓力p0保持不變，流體溫度與比容也都是定值t0、0。當(dāng)外部壓力〔背壓〕pb下降到低于容器中流體壓力時(shí)〔曲線1〕，流體便自通道內(nèi)向外流出，并在通道內(nèi)自p0至通道出口壓力pex之間建立一壓力梯度，這時(shí)的pex=pb。當(dāng)pb進(jìn)一步降低時(shí)，pex隨之下降，且其值等于變化后的pb，出口流速隨之相應(yīng)增大〔曲線2〕。這個(gè)關(guān)系一直保持到某一個(gè)pb值，在該pb值下通道出口處流體的速度等于該處溫度和壓力下的聲速a時(shí)為止〔曲線3〕。此后，pb進(jìn)一步降低，出口流速不會(huì)再加大，pex也不會(huì)再降低〔曲線4和5〕，這時(shí)的流動(dòng)就叫做臨界流。臨界流概念

臨界流簡(jiǎn)介任一流動(dòng)系統(tǒng)放空速率取決于流體從出口〔或破口〕流出速率，即質(zhì)量流量。當(dāng)流體自系統(tǒng)中流出的速率不再受下游壓力下降的影響時(shí)，這種流動(dòng)就稱為臨界流，對(duì)于單相流也稱聲速流。臨界流時(shí)，出口〔或破口〕質(zhì)量流量亦達(dá)最大值，該流量稱為臨界流量。在大多數(shù)實(shí)際工況中，兩相臨界流動(dòng)的臨界流速比相應(yīng)工況下任一相的單相臨界流速低得多。在現(xiàn)代核動(dòng)力反響堆的平安分析研究中，常常要求分析處于高溫高壓下的液體或者氣液兩相混合物向處于低壓下的容器或環(huán)境排放時(shí)的暫態(tài)過程。這一排放量對(duì)動(dòng)力反響堆的卸壓速率、平安傳熱、平安殼升壓率以及反響堆容器、堆內(nèi)構(gòu)件和相關(guān)管道的受力有重大影響。反響堆失水事故情況下，管道突然斷裂，在破口處會(huì)迅即形成一幅度很大的膨脹壓力脈沖，并迅速向上游傳播。實(shí)驗(yàn)說明，在失水事故噴放階段中，較長(zhǎng)時(shí)間處于兩相臨界流動(dòng)狀態(tài)，其臨界流速主要受上游工況變化控制，因而需要計(jì)算反響堆冷卻劑流失過程及系統(tǒng)響應(yīng)。臨界流對(duì)冷卻劑喪失事故的影響：破口處的臨界流量大小決定冷卻劑喪失速率與系統(tǒng)卸壓速率。而卸壓速率是過程的主宰量。在冷卻劑管道發(fā)生雙端斷裂時(shí)，兩個(gè)破裂端口上游不同，一個(gè)是反響堆壓力容器下降段，一個(gè)是主泵與蒸汽發(fā)生器。由于臨界流量是破口上游工況決定，故兩個(gè)破裂的端口臨界流量不同。最終會(huì)影響回路中流動(dòng)滯止點(diǎn)的位置，而滯止點(diǎn)位置強(qiáng)烈影響堆芯的冷卻劑流量，從而影響到堆芯的冷卻，破裂環(huán)路與完整環(huán)路之間流動(dòng)特性與流量分配的不同使得堆芯流量的預(yù)測(cè)更加復(fù)雜化。噴放時(shí)形成的壓力涉及破口處的噴射力對(duì)回路內(nèi)部構(gòu)件、冷卻劑管道、平安殼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生巨大的作用力，可能造成這些部件結(jié)構(gòu)上的損壞。力學(xué)效應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)破口時(shí)，會(huì)形成一個(gè)降壓波在一回路中傳播，破口面積上的壓力在每一段中下降一定數(shù)量，這樣形成的壓力波傳到整個(gè)系統(tǒng)。在傳播的過程中壓力波逐漸衰減。但當(dāng)破口出現(xiàn)在熱端時(shí)，壓降波那么幾乎沒有衰減就傳到壓力容器。大破口失水事故小破口失水事故1、大破口失水事故設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故：反響堆冷卻劑系統(tǒng)冷管段或熱管段出現(xiàn)大孔直至雙端剪切斷裂同時(shí)失去廠外電源的事故。事故序列：噴放再灌水再淹沒長(zhǎng)期冷卻1、噴放階段欠熱泄壓飽和泄壓沸騰工況轉(zhuǎn)變第一包殼峰值溫度殘留熱源和冷卻惡化應(yīng)急堆芯冷卻旁通階段噴放結(jié)束〔旁通結(jié)束〕低壓注射系統(tǒng)啟動(dòng)15.510.05.00.001241020406080〔1〕欠熱泄壓噴放階段-卸壓由于欠熱卸壓，系統(tǒng)壓力在幾十毫秒內(nèi)降到流體局部飽和壓力。卸壓波穿過一次冷卻系統(tǒng)和壓力容器傳播，使堆芯吊籃發(fā)生動(dòng)態(tài)形變。15.510.05.00.001241020406080流量變化破口在熱管段，通過堆芯的冷卻水流量將加速破口在冷管段，減速很快M/M001241020406080S破口在冷管段破口在熱管段15.510.05.00.001241020406080〔2〕飽和泄壓過冷〔欠熱〕噴放階段的時(shí)間很短，大約在5-100毫秒之間。在冷卻劑壓力降到低于局部飽和壓力以后，冷卻劑開始沸騰，其結(jié)果是以一個(gè)慢得多的速率繼續(xù)卸壓過程。沸騰前沿從上部堆芯和上腔室內(nèi)最熱位置開始，向整個(gè)一次冷卻系統(tǒng)傳播。飽和噴放系統(tǒng)流動(dòng)圖〔熱段、冷段〕破口在冷管段時(shí)，堆芯進(jìn)口很快卸壓，冷卻劑從下腔室大量反流到破口，使堆芯的冷卻劑由向上流動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛳铝鲃?dòng)堆芯水位降低非常迅速，在安注投入以前堆芯已全部裸露噴放應(yīng)急堆芯旁通堆芯在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)維持一定的水裝量〔3〕沸騰工況轉(zhuǎn)變-偏離泡核沸騰當(dāng)堆芯冷卻劑開始汽化時(shí)，冷卻劑的流動(dòng)狀態(tài)就從單相流變?yōu)閮上嗔鳎挥捎诶鋮s劑沸騰堆芯內(nèi)產(chǎn)生大量汽泡，反響堆會(huì)由于負(fù)的空泡反響而自動(dòng)停堆，使堆芯功率下降到衰變熱的水平。盡管如此，由于流開工況急劇惡化，仍然會(huì)出現(xiàn)沸騰臨界現(xiàn)象，瞬間包殼溫度迅速上升。10005003000.001241020406080在冷管段破口，由于冷卻劑流量大大下降，甚至倒流，DNB發(fā)生的很早〔〕在熱管段破口，DNB發(fā)生較晚，要在幾秒之后?！?〕第一包殼峰值溫度由于DNB的發(fā)生，燃料棒排熱突然惡化，燃料內(nèi)的大量?jī)?chǔ)熱就要再分布，使其內(nèi)部溫度分布拉平，包殼溫度開始突然上升。破口在熱管段，同破口在冷管段相比，堆芯到破口位置之間流動(dòng)阻力要小，因而流過堆芯的有效冷卻劑的質(zhì)量流量要大得多。表現(xiàn)在包殼溫度形狀的差異：上升斜率和所達(dá)最高溫度都不相同。10005003000.001241020406080M/M001241020406080S破口在冷管段破口在熱管段〔5〕殘留熱源和冷卻惡化熱源：儲(chǔ)熱、衰變熱、鋯水反響的釋熱儲(chǔ)熱>衰變熱,在第1分鐘內(nèi)，衰變熱與這段時(shí)間釋放的儲(chǔ)熱在同一量級(jí)；當(dāng)溫度在11000C左右時(shí)，1分鐘內(nèi)鋯水反響產(chǎn)生的熱量可能與衰變熱同一數(shù)量級(jí)；儲(chǔ)熱再分配使溫度拉平，隨后包殼溫度性狀主要取決于產(chǎn)生的衰變熱與傳給冷卻劑的熱量之間的不平衡，包殼溫度不再上升〔短暫過程〕最終由于冷卻條件的惡化，包殼溫度最終還是由于衰變熱而上升。10005003000.001241020406080〔6〕應(yīng)急堆芯冷卻階段〔安注箱〕安注箱啟動(dòng)，向堆芯注水(大約在10-15s)15.510.05.00.001241020406080安注旁通再灌水應(yīng)急堆芯旁通〔6〕安注旁通在注入冷管段的應(yīng)急冷卻劑中，很大一局部被下降段環(huán)形通道上部周圍的完好環(huán)路冷管段出來的蒸汽流夾帶到破口并不通過下降段，而直接被帶到破口流出；逆流汽水混合物的作用：在下降段環(huán)形通道中汽和水的逆向流動(dòng)：在堆芯倒流期間，從堆芯排出的蒸汽與下腔室內(nèi)水繼續(xù)蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽一起，通過下降段向上流動(dòng)，阻礙從冷管段注入的應(yīng)急冷卻水穿過下降段；熱壁效應(yīng)使這個(gè)效應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)。只有等到汽水混合物流出的速度降低下來以后，應(yīng)急冷卻水才能注入到堆芯中去?；谏鲜霈F(xiàn)象，在進(jìn)行失水事故分析時(shí)，作為保守的估計(jì)，有時(shí)假設(shè)在整個(gè)噴放階段結(jié)束之前，應(yīng)急冷卻水達(dá)不到下腔室。安注旁通大大推遲了下腔室的再灌水。15.510.05.00.001241020406080安注旁通再灌水〔8〕噴放結(jié)束〔旁通結(jié)束〕當(dāng)一次系統(tǒng)與平安殼之間的壓力到達(dá)平衡，破口質(zhì)量流量變得很小時(shí)，噴放階段結(jié)束〔30～40秒出現(xiàn)〕。冷管段破裂情況下，這時(shí)，重力開始超過夾帶力，應(yīng)急水穿過下降段向壓力容器再灌水。15.510.05.00.001241020406080安注旁通再灌水應(yīng)急堆芯旁通〔9〕低壓安注系統(tǒng)啟動(dòng)大約30s或系統(tǒng)壓力降到1MPa后，低壓安注系統(tǒng)投入運(yùn)行。取水途徑：安注箱換料水箱平安殼地坑2、再灌水階段應(yīng)急冷卻水注入壓力容器之后，首先要把下腔室充滿。待水位到達(dá)堆芯底部之后才開始進(jìn)入堆芯。應(yīng)急冷卻水充滿下腔室這段時(shí)間叫作再灌水階段。在這段時(shí)間內(nèi)，燃料元件只靠殘存在下腔室中的水產(chǎn)生的蒸汽對(duì)流和向周圍進(jìn)行熱輻射來散熱，傳熱條件極差。在衰變熱的作用下，其溫度不斷提高。2、再灌水-絕熱上升絕熱上升，上升速率8～120C/s有可能到達(dá)1100oCLOCA事故過程中堆芯冷卻最差的階段。10005003000.001241020406080第二峰值包殼溫度應(yīng)急水進(jìn)入堆芯的同時(shí)，被加熱開始沸騰。在堆芯底部以上0.5m的地方，由于包殼外表很熱，沸騰過程十分劇烈，蒸汽快速流過堆芯。夾帶相當(dāng)數(shù)量的水滴，為堆芯提供初始的冷卻。隨著水位上升，冷卻效果越來越好，包殼溫度上升速率逐漸減小，最后熱點(diǎn)的溫度開始下降。3、再淹沒階段10005003000.001241020406080驟冷進(jìn)入堆芯的冷卻水潤(rùn)濕燃料包殼壁面、到達(dá)冷卻的目的要經(jīng)歷一個(gè)“驟冷〞傳熱過程。包殼只有經(jīng)過驟冷后，其外表才算是被淹沒。驟冷點(diǎn)〔稱為驟冷前沿〕前進(jìn)的速度受包殼的軸向?qū)崽匦院腕E冷前沿附近的復(fù)雜傳熱過程所制約，所以冷卻水真正淹沒堆芯的速度并不等于它進(jìn)入堆芯的速度，而是等于驟冷前沿推進(jìn)的速度。蒸汽粘結(jié)應(yīng)急冷卻水注入堆芯的速度取決于注入壓頭和冷卻水從堆芯出口到破口的流動(dòng)阻力。在冷段管道破裂的情況下，由于多余的水會(huì)繞過堆芯周圍的環(huán)形空間從破口溢出，所以蓄水的高度不會(huì)太大，注水壓頭不會(huì)太高。冷卻水進(jìn)入堆芯以后被蒸發(fā)，形成高速的汽流。這局部汽流在經(jīng)過蒸汽發(fā)生器時(shí)被二次水加熱，流速進(jìn)一步提高，最后經(jīng)過主泵從破口流出。由于流程長(zhǎng)、流速高，汽流在流出破口之前的這段管道阻力相當(dāng)大。這個(gè)阻力在堆芯上腔室造成一個(gè)背壓。該背壓的存在會(huì)大大降低冷卻水進(jìn)入堆芯的速度。4、長(zhǎng)期冷卻低壓安注再循環(huán)繼續(xù)運(yùn)行總

結(jié)大破口失水事故所造成的嚴(yán)重后果總結(jié)在管道斷開的一瞬間，冷卻劑在斷口處突然失壓，會(huì)在一回路系統(tǒng)內(nèi)形成一個(gè)很強(qiáng)的沖擊波。這種沖擊波在系統(tǒng)內(nèi)傳播，可能會(huì)使堆芯結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞，其后果可能是控制棒插不進(jìn)去，或使一局部冷卻劑通道發(fā)生堵塞。由于冷卻劑迅速流失，冷卻劑液面可能降到堆芯頂面以下，這樣一來就使堆芯傳熱工況嚴(yán)重惡化，從而有可能使堆芯燒毀或熔化。如果堆芯大量燃料元件發(fā)生了熔化，熔融燃料同殘存在壓力容器內(nèi)的水相接觸，進(jìn)行劇烈的放熱化學(xué)反響。在水被蒸干以后，熔融燃料就可能會(huì)把壓力殼熔穿。熔融燃料進(jìn)入平安殼后同水接觸，會(huì)產(chǎn)生沖擊波，它有可能把平安殼破壞。高溫高壓的冷卻劑大量噴放到平安殼，有可能造成平安殼的破壞。作為燃料元件包殼的鋯在高溫時(shí)會(huì)與水蒸汽發(fā)生劇烈的化學(xué)反響。一回路大破口事故的保護(hù)保護(hù)：穩(wěn)壓器低壓力引起反響堆緊急停堆；穩(wěn)壓器低低壓力或平安殼高壓力引起安注啟動(dòng)，并引起平安殼第一階段隔離；平安殼壓力繼續(xù)升高，引起主蒸汽管道隔離；平安殼壓力繼續(xù)升高，引起平安殼噴淋，平安殼第二階段隔離。大破口失水事故驗(yàn)收準(zhǔn)那么最大包殼氧化包殼總氧化率不超過總厚度的17％。峰值包殼溫度為了防止包殼脆化，峰值包殼溫度不能超過限值(1204℃)。最大產(chǎn)氫量如果除了腔室周圍襯里以外，所有包圍燃料的包殼中的金屬都與水或汽發(fā)生化學(xué)反響，由此得到一個(gè)假想的產(chǎn)氫量。算出的包殼與水或汽發(fā)生化學(xué)反響后的產(chǎn)氫量不能超過該假想產(chǎn)氫量的1%倍。堆芯幾何構(gòu)形堆芯幾何構(gòu)形變化仍能保持其可冷卻性。長(zhǎng)期冷卻平安注射系統(tǒng)開始成功運(yùn)行后，堆芯溫度保持在可接受的低值下，并將長(zhǎng)壽命放射性物質(zhì)留在堆芯內(nèi)所需期間都能排出衰變熱。2、小破口失水事故在冷卻劑喪失事故瞬變期間,根據(jù)一次系統(tǒng)的壓力要求反響堆保護(hù)系統(tǒng)產(chǎn)生以下動(dòng)作：一次側(cè):穩(wěn)壓器低壓信號(hào)觸發(fā)緊急停堆根據(jù)系統(tǒng)壓力低低信號(hào)啟動(dòng)高壓安注泵