第八章-三道屏障的完整性(十二次课)

核安全基础核动力仿真研究中心核科学与技术学院CollegeofNuclearScienceandTechnology第八章三道屏障的完整性§8.1燃料棒的完整性§8.2一回路压力边界的完整性§8.3安全壳的完整性包容核科学与技术学院CollegeofNuclearScienceandTechnology8.1燃料棒的完整性燃料棒包壳破坏的3种可能:1燃料芯块熔化：t2260℃(Ⅰ、Ⅱ)2沸腾危机：导致锆水反应3芯块与包壳间的相互作用：主要是燃料芯块与包壳的机械作用思考：燃料元件选择碟形的复杂几何形状原因？核科学与技术学院CollegeofNuclearScienceandTechnology锆水反应、包壳氧化氧化侵蚀、氧化壳支撑、共晶反应表面干涸H2燃料元件熔化：在瞬态或LOCA中导致冷却剂装量的损失，堆芯裸露后，燃料中的衰变热将引起燃料元件温度上升。沸腾危机：由于燃料棒与蒸汽之间的传热性能较差，此时燃料元件温度上升较快；机械作用：如果主系统压力较低，由于燃料棒内气体的压力上升会导致包壳肿胀。锆水反应：燃料温度继续上升并超过1300k，则锆合金包壳开始与水或水蒸气氧化反应包壳肿胀元件/包壳核科学与技术学院CollegeofNuclearScienceandTechnology•包壳肿胀和破裂包壳氧化和过热•氧化速度的增强（增强2.6倍）包壳直径肿胀1.3倍破裂和内层面积的加入•流道的变形对流动的影响变形原理•内外应力驱动引起塑性变形内部裂变气体（燃料棒内气体的压力上升导致包壳肿胀）•高温包壳变形1220K燃料棒包壳变形包壳后果核科学与技术学院CollegeofNuclearScienceandTechnology氧化过程•特点放热反应产生氢气蒸汽减少支撑材料（如包壳）的厚度、强度变化Zr+H2O蒸气ZrO2+H2+热量核科学与技术学院CollegeofNuclearScienceandTechnology8.2一回路压力边界的完整性压力边界：反应堆压力容器内部构件以及与之相连的一回路管系。核科学与技术学院CollegeofNuclearScienceandTechnology工况Ⅰ：调节系统使稳压器压力保持在额定值附近。工况Ⅱ：稳压器不满水，以免损坏阀门阻碍其回座；避免稳压器卸压箱膜片破裂；一回路中任何点的压力不得超过设计压力。工况Ⅲ和Ⅳ：保持回路完整；一回路最大压头部位（主泵出口）的压力不得超过设计压力的1.1倍。8.2一回路压力边界的完整性核科学与技术学院CollegeofNuclearScienceandTechnology影响压力容器完整性的因素稳态载荷作用下，过度塑性变形，包括失稳和屈曲；疲劳：材料受交变载荷作用，会产生累积损伤，进而出现表面裂纹，扩展，导致断裂。脆性断裂：可能从一些初始的缺陷出开始，毫无征兆的发生裂缝的快速传播而导致破坏。核科学与技术学院CollegeofNuclearScienceandTechnology主回路管道特点：1.不承受强烈的中子辐照，易于检测和维修2.管道的焊接和检验多在现场进行。规范：美国ASME标准《锅炉和压力容器规范》→《核动力装置承压部件》核科学与技术学院CollegeofNuclearScienceandTechnology一回路泄露率不得超过以下数值：定量泄露率小于2300L/h非定量泄露率小于230L/h每一台蒸汽发生器传热管泄露小于44L/h正常运行时一回路压力边界完整性的监控——大亚湾核科学与技术学院CollegeofNuclearScienceandTechnology8.3安全壳的完整性Ⅰ：近期安全壳的内压不超过5barsⅡ：远期限制安全壳的热应力Ⅲ：事故热负载及时导出（贮能、核瞬变能、衰变能、化学能、与厂址有关的能量）Ⅳ：安全壳能抵御假想的设计基准事故Ⅴ：事故工况下的泄漏率低于0.1%思考：鉴于安全的重要，为什么不再提高一些安全壳的承压设计值？核科学与技术学院CollegeofNuclearScienceandTechnology安全壳在0.06bar时:总泄露不能超过10Nm3/hLOCA事故中：VOL×0.3%/day正常运行：1.1bar安全壳的设计规范——大亚湾核科学与技术学院CollegeofNuclearScienceandTechnology讨论：三里岛事故中的三道屏障完整性核科学与技术学院CollegeofNuclearScienceandTechnology1979年3月28日在美国滨州首府哈里斯堡东南16公里处，发生了美国商用核电历史上最严重的事故——三哩岛事故！核科学与技术学院CollegeofNuclearScienceandTechnology汽轮机冷凝水给水泵故障控制棒插入堆内，功率降低三台备用泵给蒸汽发生器补水，由于阀门误关闭，未能实现蒸汽发生器烧干！一次侧压力升高，稳压器安全阀打开稳压器安全泄压阀未能回落，冷却剂继续流出高压注入系统在运行两分钟后被操作人员减小了流量由于蒸汽含量增加，主泵震动，操作员关闭了主泵核科学与技术学院CollegeofNuclearScienceandTechnology三哩岛事故后果无人员伤亡；3人受到略高于半年的容许剂量的辐照；公众所受剂量不到1年天然本底辐照的1%；反应堆已关闭，放射性燃料已清除并处理；相临反应堆仍在运行，预计到2014年退役。核科学与技术学院CollegeofNuclearScienceandTechnologyTHEEND