專利名稱:鈉冷快堆核電站冷卻劑系統(tǒng)和部件的設(shè)計瞬態(tài)確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于快裂變反應(yīng)堆技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種鈉冷快堆核電站卻劑系統(tǒng)和部件的設(shè)計瞬態(tài)確定方法。
背景技術(shù)：
設(shè)計是核電站建設(shè)所有工作的龍頭，而在電站設(shè)計工作中，總體設(shè)計是設(shè)計工作的核心內(nèi)容。設(shè)計瞬態(tài)指核電站冷卻劑系統(tǒng)和部件在設(shè)計壽期內(nèi)經(jīng)受的各種瞬態(tài)情況， 設(shè)計瞬態(tài)工況是設(shè)計瞬態(tài)按一定規(guī)則的分類，往往與冷卻劑系統(tǒng)和部件的力學(xué)評定規(guī)范有關(guān)，確定設(shè)計瞬態(tài)工況是反應(yīng)堆總體設(shè)計的主要工作。
總體設(shè)計思路和方案隨著所設(shè)計核電站的反應(yīng)堆堆型不同而不同，壓水堆核電站是目前世界上的主流核電站，其設(shè)計瞬態(tài)的確定方法和結(jié)果已經(jīng)基本成熟，并在美國等有關(guān)法規(guī)和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中固化下來，而鈉冷快堆的情況則不同。從上世紀(jì)四、五十年代開始到現(xiàn)在，全世界建成了 21座鈉冷快堆，其中18座為鈉冷快堆，而且這些快堆中具有發(fā)電功能的有13座。但是由于這些快堆設(shè)計幾乎都在上世紀(jì)80年代之前完成，當(dāng)時的核安全法規(guī)和規(guī)范還沒有對電站的系統(tǒng)和設(shè)備的可靠性設(shè)計提出更高的管理要求。因此，已經(jīng)建成的13 座具有發(fā)電功能的鈉冷快堆，對于是否需要確定設(shè)計瞬態(tài)以及如何確定設(shè)計瞬態(tài)還沒有涉及到。目前，由于我國還沒有針對快堆的核安全規(guī)范和導(dǎo)則，只能參考壓水堆適用的相關(guān)導(dǎo)則。但是，由于反應(yīng)堆原理和冷卻劑的不同，壓水堆電站的設(shè)計瞬態(tài)確定方法和結(jié)果對鈉冷快堆顯然是不適合的。
發(fā)明內(nèi)容
(一)發(fā)明目的
針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明旨在提供一種鈉冷快堆核電站冷卻劑系統(tǒng)和部件的設(shè)計瞬態(tài)確定方法。
( 二 )技術(shù)方案
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案。
一種鈉冷快堆核電站冷卻劑系統(tǒng)和部件的設(shè)計瞬態(tài)確定方法，包括三個步驟，分別是明確冷卻劑系統(tǒng)和部件所采用的設(shè)計規(guī)范，確定設(shè)計瞬態(tài)的分類原則，確定設(shè)計瞬態(tài)工況及其循環(huán)次數(shù)，其中，所采用的設(shè)計規(guī)范是美國機械工程鍋爐與壓力容器規(guī)范(簡稱 ASME)和法國的RCC-M規(guī)范，關(guān)鍵在于，鈉冷快堆的設(shè)計瞬態(tài)工況分為五類，分別是正常運行工況、中等頻率事故工況、稀有事故工況、極限事故工況、試驗工況。所述的確定某一個工況在反應(yīng)堆壽期內(nèi)的循環(huán)次數(shù)是一個冷卻劑系統(tǒng)和部件在反應(yīng)堆壽期內(nèi)預(yù)期所經(jīng)受的瞬態(tài)沖擊的目標(biāo)值。
(三)發(fā)明效果
本發(fā)明給出了給出了確定鈉冷快堆設(shè)計瞬態(tài)工況的方法以及鈉冷快堆設(shè)計瞬態(tài)工況在分析時需考慮的初始假設(shè)，滿足鈉冷快堆總體設(shè)計需要。[0011]實施方式
下面通過具體實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步闡述。
熱功率65MWt、試驗發(fā)電功率20Mwe池式鈉冷快堆，通過三個步驟確定其設(shè)計瞬態(tài)的方法并得到普遍可用的設(shè)計瞬態(tài)工況。具體步驟如下
步驟1，明確冷卻劑系統(tǒng)和部件所采用的設(shè)計規(guī)范
設(shè)計瞬態(tài)強烈地倚賴于所分析電站對冷卻劑系統(tǒng)和部件所采用設(shè)計規(guī)范。世界上最普遍的用于鈉冷快堆的規(guī)范是美國機械工程鍋爐與壓力容器規(guī)范(簡稱ASME)和法國的 RCC-M規(guī)范。
以ASME規(guī)范為例，其對機械設(shè)備和系統(tǒng)的失效模式劃分了若干極限許可準(zhǔn)則，不同類別的分析結(jié)果通過對比是否滿足相應(yīng)的極限許可準(zhǔn)則而確定其設(shè)計是否滿足規(guī)范。這種分類進行結(jié)構(gòu)完整性評價的許可準(zhǔn)則就是確定設(shè)計瞬態(tài)的依據(jù)。
步驟2，確定設(shè)計瞬態(tài)的分類原則
基于通用的ASME規(guī)范，鈉冷快堆的設(shè)計瞬態(tài)可劃分為五類，起定義和分類原則如下
a.正常運行工況(A類工況)
如電廠啟動，功率運行，熱態(tài)零功率，熱停堆，冷停堆，換料，維修，運行試驗等。設(shè)計要求反應(yīng)堆處于本工況時，各項參數(shù)與保護定值之間應(yīng)留有適當(dāng)裕量。
b.中等頻率事故工況(B類工況)
每年可能發(fā)生一次或幾次偏離正常運行工況的一般事故，如操作或控制失誤、設(shè)備故障、甩負(fù)荷、失去廠外電源等。設(shè)計要求發(fā)生這種瞬態(tài)時最多只引起緊急停堆，采取校正措施后即可恢復(fù)運行，燃料棒不會額外破損，阻止放射性物質(zhì)泄漏的任何屏障不應(yīng)失效。
c.稀有事故工況(C類工況)
在電廠設(shè)計的壽命期內(nèi)可能發(fā)生的大事故，如二回路管道泄漏、大型鈉水反應(yīng)、 反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)全部失流等。設(shè)計要求發(fā)生這種瞬態(tài)時，燃料元件的額外破損只是少量的，對環(huán)境造成的放射性后果不應(yīng)大到妨礙或限制居民使用禁止居住區(qū)以外的區(qū)域。
d.極限事故工況(D類工況)
極限事故是預(yù)期在壽期內(nèi)不會發(fā)生，但設(shè)計中假想的重大事故，如主管道破裂、 主蒸汽管道破裂、給水管道破裂、主泵轉(zhuǎn)子卡住等。設(shè)計要求發(fā)生這種瞬態(tài)時，專設(shè)安全設(shè)施和有關(guān)的安全保護系統(tǒng)不能喪失功能，并能確保冷停堆，計算的對環(huán)境造成的放射性后果不得規(guī)定限值。
e.試驗工況
試驗瞬態(tài)是指系統(tǒng)、設(shè)備按設(shè)計規(guī)定進行的水壓試驗、氣壓試驗、檢漏試驗和汽輪機初始轉(zhuǎn)動試驗等。
步驟3，確定設(shè)計瞬態(tài)工況及其循環(huán)次數(shù)
確定了設(shè)計瞬態(tài)的分類及其原則后，就可根據(jù)電站的常見設(shè)計瞬態(tài)工況確定每一類設(shè)計瞬態(tài)所包括的工況及其循環(huán)次數(shù)。
確定某一個工況屬于哪一個設(shè)計瞬態(tài)類別的主要方法是根據(jù)步驟2給出的分類原則并考慮該工況發(fā)展過程中反應(yīng)堆的動態(tài)情況。
確定某一個工況在反應(yīng)堆壽期內(nèi)的循環(huán)次數(shù)的主要方法是過去同類電站的經(jīng)驗
4和對于本電站的工程判斷。實際上這是一個對冷卻劑系統(tǒng)和機械設(shè)備在反應(yīng)堆壽期內(nèi)預(yù)期所經(jīng)受的瞬態(tài)沖擊的確定一個設(shè)計目標(biāo)值。最終，這個瞬態(tài)次數(shù)要寫入電站的運行技術(shù)規(guī)格書中得到國家核安全監(jiān)管部門的監(jiān)管。
同時，對各類瞬態(tài)進行分析時，應(yīng)考慮一定的保守假設(shè)。一般情況下，這些保守假設(shè)與事故分析用的保守假設(shè)是不同的，事故分析假設(shè)的著重點在于三道屏障的完整性，特別是燃料元件包殼的完整性和放射性物質(zhì)向環(huán)境的釋放，而設(shè)計瞬態(tài)的假設(shè)是以能造成反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)或部件的最大應(yīng)力狀態(tài)為重點。
為鈉冷快堆冷卻劑系統(tǒng)和部件設(shè)計瞬態(tài)所做的基本假設(shè)涉及如下方面
■控制系統(tǒng)運行；
■反應(yīng)堆保護系統(tǒng)運行；
■專設(shè)安全設(shè)施運行；
■操縱員動作。
幾類主要工況的基本假設(shè)如下
1)正常運行工況
控制系統(tǒng)起作用；
不需要保護系統(tǒng)動作；
不需要專設(shè)安全設(shè)施動作；
考慮操縱員的可能動作。
2)中等頻率事故工況
大量反應(yīng)堆控制系統(tǒng)未起作用或它們的動作被認(rèn)為相當(dāng)保守；
反應(yīng)堆保護系統(tǒng)正確地起作用；
專設(shè)安全設(shè)施可能啟用。
3)稀有事故工況和極限事故工況
事故出現(xiàn)的短期內(nèi)不考慮調(diào)節(jié)系統(tǒng)，除非這些系統(tǒng)的功能會加劇瞬態(tài)過程。如果控制系統(tǒng)的功能對改變反應(yīng)堆冷卻劑溫度和壓力參數(shù)極為重要，則在長期中要考慮其作用；
保護裝置運行。分析中所取的保護定值應(yīng)偏保守地區(qū)別于其標(biāo)稱值兩者的偏差代表測量通道的誤差以及整定值的校正誤差。對通道的滯后時間也應(yīng)保守地取值，使瞬態(tài)偏于惡化。
應(yīng)考慮廠外電源喪失，此時所考慮的柴油發(fā)電機組啟動時間應(yīng)使瞬態(tài)偏于惡化。
在對不同的系統(tǒng)或部件進行瞬態(tài)工況分析時，還可根據(jù)部件在瞬態(tài)過程中的狀態(tài)，增加必要的補充假設(shè)條件，這些假設(shè)條件應(yīng)詳細(xì)地列在各系統(tǒng)和部件的反應(yīng)堆設(shè)計瞬態(tài)計算書中。
依據(jù)以上方法，確定的該鈉冷快堆的設(shè)計瞬態(tài)工況如下
權(quán)利要求
1.一種鈉冷快堆核電站冷卻劑系統(tǒng)和部件的設(shè)計瞬態(tài)確定方法，包括三個步驟，分別是明確冷卻劑系統(tǒng)和部件所采用的設(shè)計規(guī)范，確定設(shè)計瞬態(tài)的分類原則，確定設(shè)計瞬態(tài)工況及其循環(huán)次數(shù)，其中，所采用的設(shè)計規(guī)范是ASME規(guī)范和RCC-M規(guī)范，其特征在于，所述鈉冷快堆的設(shè)計瞬態(tài)工況分為五類，分別是正常運行工況、中等頻率事故工況、稀有事故工況、極限事故工況、試驗工況；正常運行工況是指電廠啟動、功率運行、熱態(tài)零功率、熱停堆、冷停堆、換料、維修、運行試驗；中等頻率事故工況是指每年可能發(fā)生一次或幾次偏離正常運行工況的一般事故；稀有事故工況是指在電廠設(shè)計的壽命期內(nèi)可能發(fā)生的大事故；極限事故工況是指預(yù)期在壽期內(nèi)不會發(fā)生，但設(shè)計中假想的重大事故；試驗工況是指系統(tǒng)、設(shè)備按設(shè)計規(guī)定進行的水壓試驗、氣壓試驗、檢漏試驗和汽輪機初始轉(zhuǎn)動試驗；所述的循環(huán)次數(shù)是冷卻劑系統(tǒng)和部件在反應(yīng)堆壽期內(nèi)預(yù)期所經(jīng)受的瞬態(tài)沖擊的目標(biāo)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的鈉冷快堆核電站冷卻劑系統(tǒng)和部件的設(shè)計瞬態(tài)確定方法，其特征在于分析設(shè)計瞬態(tài)工況的基本假設(shè)涉及控制系統(tǒng)運行、反應(yīng)堆保護系統(tǒng)運行、專設(shè)安全設(shè)施運行、操縱員動作四個方面。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的鈉冷快堆核電站冷卻劑系統(tǒng)和部件的設(shè)計瞬態(tài)確定方法，其特征在于所述的正常運行工況基本假設(shè)為，控制系統(tǒng)起作用；不需要保護系統(tǒng)動作；不需要專設(shè)安全設(shè)施動作；考慮操縱員的可能動作。
4.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的鈉冷快堆核電站冷卻劑系統(tǒng)和部件的設(shè)計瞬態(tài)確定方法，其特征在于所述的中等頻率事故工況基本假設(shè)為，大量反應(yīng)堆控制系統(tǒng)未起作用或它們的動作被認(rèn)為相當(dāng)保守；反應(yīng)堆保護系統(tǒng)正確地起作用；專設(shè)安全設(shè)施可能啟用。
5.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的鈉冷快堆核電站冷卻劑系統(tǒng)和部件的設(shè)計瞬態(tài)確定方法，其特征在于所述的稀有事故工況和極限事故工況基本假設(shè)為，事故出現(xiàn)的短期內(nèi)不考慮調(diào)節(jié)系統(tǒng)，除非這些系統(tǒng)的功能會加劇瞬態(tài)過程，如果控制系統(tǒng)的功能對改變反應(yīng)堆冷卻劑溫度和壓力參數(shù)極為重要，則在長期中要考慮其作用；保護裝置運行，分析中所取的保護定值應(yīng)偏保守地區(qū)別于其標(biāo)稱值，兩者的偏差代表測量通道的誤差以及整定值的校正誤差，對通道的滯后時間也應(yīng)保守地取值，使瞬態(tài)偏于惡化；應(yīng)考慮廠外電源喪失，此時所考慮的柴油發(fā)電機組啟動時間應(yīng)使瞬態(tài)偏于惡化。
專利摘要
本發(fā)明屬于快裂變反應(yīng)堆技術(shù)領(lǐng)域：
，它公開了一種鈉冷快堆核電站卻劑系統(tǒng)和部件的設(shè)計瞬態(tài)確定方法。該方法包括三個步驟，分別是明確冷卻劑系統(tǒng)和部件所采用的設(shè)計規(guī)范，確定設(shè)計瞬態(tài)的分類原則，確定設(shè)計瞬態(tài)工況及其循環(huán)次數(shù)。其中，所采用的設(shè)計規(guī)范是美國機械工程鍋爐與壓力容器規(guī)范(簡稱ASME)和法國的RCC-M規(guī)范。鈉冷快堆的設(shè)計瞬態(tài)工況分為五類，分別是正常運行工況、中等頻率事故工況、稀有事故工況、極限事故工況、試驗工況。確定某一個工況在反應(yīng)堆壽期內(nèi)的循環(huán)次數(shù)是一個冷卻劑系統(tǒng)和部件在反應(yīng)堆壽期內(nèi)預(yù)期所經(jīng)受的瞬態(tài)沖擊的目標(biāo)值。本方法滿足鈉冷快堆總體設(shè)計需要。
文檔編號G21C15/00GKCN101546612 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請?zhí)朇N 200910130945
公開日2011年8月24日 申請日期2009年4月21日
發(fā)明者徐銤, 楊紅義 申請人:中國原子能科學(xué)研究院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (1), 非專利引用 (4),