一回路流量不正常事故仿真實驗報告

1、壓水堆核電廠一回路流量不正常事故仿真實驗報告一、實驗目的核電廠具有堆芯放射性、高溫高壓等運行特點,為進行核電廠運行、平安類課程的實體實驗帶來巨大的挑戰(zhàn),比方電廠一回路系統(tǒng)具有不可接近性、復雜的電廠系統(tǒng)實體難于分解展示、實體實驗平臺建設(shè)本錢高和實驗的平安性保證難.因此利用虛擬仿真技術(shù)取代局部核電廠電廠系統(tǒng)平安分析實體實驗,可以幫助學生充分理解電廠的運行和事故對策分析、降低實驗本錢,還可以提升實驗的平安性,也拉近了學生和先進電廠技術(shù)之間的距離,為科研成果促進教學開展提升了條件.核反響堆平安分析課程是核工程與核技術(shù)專業(yè)重要的專心核心課程;核反響堆平安分析課程實臉是西安交通大學核電廠與火電廠系統(tǒng)國家級

2、虛擬仿真實臉教學中央重點課程實驗之一,涵蓋壓水堆核電廠平安分析報告中重要的八大類實驗.壓水堆核電廠一回路流量不正常事故仿真實驗是這八大類實險之一,也是一個典型的實驗,重點解決在流量不正常工況下一回路產(chǎn)熱與蒸汽發(fā)生器釋熱水平不平衡造成的平安問題,教學安排4個學時.實驗目的包括：1 .支撐核反響堆平安分析課程學習,熟悉壓水堆核電廠運行過程；2 .掌握反響堆冷卻劑系統(tǒng)流量降低事故工況的運行過程和險收準那么；3 .掌握一臺主泵惰轉(zhuǎn)、三臺主泵同時惰轉(zhuǎn)、一臺主泵卡軸的事故現(xiàn)象的區(qū)別；4,掌握主泵半時間、停堆延遲時間等參數(shù)對事故進程影響規(guī)律,獲取平安分析的保守假設(shè)重要參數(shù).二、實驗原理核電廠的設(shè)計和平安分析

3、是以試臉和計算機程序為支撐的.在比例試驗裝置上開展的試驗,能夠研究核電廠相關(guān)系統(tǒng)的物理行為,還能夠?qū)⑺@得的試驗數(shù)據(jù)用于計算機程序的評價；計算機程序那么用于模擬各種事故過程,分析部件或系統(tǒng)的響應,預測事故結(jié)果,臉證擬定的保護舉措,從而確認滿足核平安法規(guī)的要求.中子動力學熱工水力模型守恒方程U型管蒸汽發(fā)生器模型穩(wěn)壓器模型事故模擬限制系統(tǒng)與安全系統(tǒng)整定值事故分析DNBR驗收準貝IJ圖1實驗原理圖本實險基于西安交通大學自主研發(fā)的壓水堆核電廠事故仿真器NUSOLSIM.該軟件具有模型簡單可靠、運行操作簡單、涵蓋事故類型多等特點.其根本原理涵蓋能獲得反響堆功率變化的中子動力學模型,能獲得核電廠系統(tǒng)典型參

4、數(shù)(如溫度、流量等)變化的熱工水力模型以及核電廠的典型限制系統(tǒng).實驗原理如圖1所示.(1)中子動力學模型堆芯采用點堆中子動力學模型,描述具有6組緩發(fā)中子的堆芯中子動力學行為,用一維傳導模型求解棒狀燃料元件芯塊和包殼的溫度.點堆中子動力學模型：等=強4(少沁(,)等=*n(,)-4C060=Z艮i=式中,N中子密度；G-第i組緩發(fā)中子先驅(qū)核濃度；京-第i組緩發(fā)中子的有效份額；iA-第i組緩發(fā)中子先驅(qū)核的衰變常數(shù)；A-中子的平均代時間；P-反響性.2)熱工水力模型穩(wěn)壓器模型將穩(wěn)壓器中工質(zhì)分為3個區(qū)域,分別為波動水區(qū),主水區(qū)和蒸汽區(qū),基于質(zhì)量和能量守恒方程建立模型.U型管蒸汽發(fā)生器模型為集總參數(shù)動態(tài)

5、模型,將蒸汽發(fā)生器視為一個圓柱體,根據(jù)熱力系統(tǒng)動力學原理和根本的質(zhì)量、能量守恒方程,建立一種簡化的兩相集總參數(shù)動態(tài)數(shù)學模型,實現(xiàn)對UTSG快速實時仿真.對環(huán)路建立動量守恒方程,關(guān)聯(lián)泵的壓頭模型,計算環(huán)路流量.環(huán)路動量守恒方程：吼普嗎+g3)i圖%二°其中：Aar1""+才曲=四c+曲堆芯能量守恒方程：di7cdMchc-Vcp人4dhe助z7八l_££T2=M-V=Wh-Wh.+Od/d/CAtCdtcegC3"c穩(wěn)壓器質(zhì)量守恒與能量守恒方程：dvdpdvdhfH1叼拓石+拓=吃飽2-j%M-/+瓦-"J*2=-町-叫色+h

6、+Qhcalatat環(huán)路質(zhì)量與能量守恒方程：=-VLjECCS-WW-WurgeletdownsprayLR/些&二例也+力也-p包山Ml,出+生出憶力=例LJ77+h,i他CCS+匕ha停一%2-Wx1c岫加一%ray-%LR)-憶?C4Cu型管蒸汽發(fā)生器集總參數(shù)動態(tài)模型：分別列出體積守恒,質(zhì)量守恒和能量守恒方程J7=L+JZ"=,+"+?"HIq+g*-g也=幺片p方+p"p""-yp)LGV(3)DNBR驗收準那么一回路流量不正常事故可以分為堆芯冷卻劑流量局部喪失(喪失一臺RCP泵)、反響堆冷卻劑強迫流量全部喪失和反響堆

7、冷卻劑泵轉(zhuǎn)子卡住(卡軸)或反響堆冷卻劑泵軸斷裂分別屬于DBC事故中的第二、三和四類事故,具有典型性.DNBR是重要的臉收準那么.鑒于棒束CHF關(guān)系式為各大核電公司的商業(yè)機密,本科生實臉也不需要詳細的形式,本實驗采用的棒束CHF關(guān)系式為通用的W3關(guān)系式.6如u=354x1()6(2.022-6.238X10,)+(0.1722-1.43x10-)xexp(18.177-5.987x10-7p)xjj0.2664+0.8357exp(-l24Q,)xO.l484一1.596乙+0.1729xJxJ)x.*G+1037(.57_o.869xe)x10.8258+0.341x10"(/k_力

8、,(w/m1)(4)限制系統(tǒng)與平安系統(tǒng)整定值反響堆的限制系統(tǒng)與平安系統(tǒng)的整定值根據(jù)具體的對象具體設(shè)計.學生在進行實驗時,可以進行具體的設(shè)置.以表達不同限制系統(tǒng)、不同平安整定值對事故進程的影響.基于以上模型,整理出本實驗需要掌握的3個知識點：1)壓水堆核電廠的堆芯釋熱與系統(tǒng)釋熱水平的關(guān)系2)一回路流量下降導致的系統(tǒng)動態(tài)響應3)不同失效方式的區(qū)別三、根本操作步驟3.1.實驗方法描述壓水堆核電廠一回路流量不正常事故仿真實驗工程是以NUSOLSIM軟件為平臺開展“一回路流量不正常的虛擬實驗仿真.通過壓水堆核電廠一回路流量不正常事故分析模擬實驗可以讓學生更形象深入地掌握核電廠運行的狀態(tài),更形象生動的體險

9、壓水堆核電廠一回路流量不正常事故分析的全過程,提出有效的防范與處置方案,深入理解事故預防和緩解舉措,深入了解核反響堆事故分析.學生通過使用軟件,獲取并分析軟件后臺保存的運行參數(shù)文件,掌握實險工況中反響堆的運行過程和驗收準那么,并通過修改主泵半時間、停堆延遲時間等運行參數(shù)總結(jié)參數(shù)對事故進程的影響規(guī)律,加深對反響堆運行進程的理解.同時獲取平安分析的保守假設(shè)重要參數(shù).32操作步驟說明1點擊進入“我的實驗二點擊?增加實險；2填寫完實驗名稱之后,點擊“保存并開始實臉;即可進入實驗界面；3開啟事故的方式有兩種,分別是在屏幕復選框checkbox選擇故障的泵及其失效方式和在最上方故障模擬選擇；4首先選擇一臺

10、泵惰轉(zhuǎn),主泵半時間和停堆延遲時間為默認值.開始事故；5點擊“畫圖二觀察三個環(huán)路的流量,進出口溫度.系統(tǒng)壓力,核功率與熱功率,DNBR隨時間的變化.重點關(guān)注環(huán)路逆流過程中冷卻劑溫度、停堆過程中熱功率與核功率,DNBR的變化規(guī)律,記錄相關(guān)的數(shù)據(jù)與截圖；6在反響堆停堆約60s后停止運行；7翻開實險日志,查看事故過程中的主要系統(tǒng)動作,保存實驗數(shù)據(jù)；8將主泵惰轉(zhuǎn)時間分別修改為10s和30s,停堆延遲修改為1s和3s,重新運行.記錄相關(guān)數(shù)據(jù)與截圖；并與第5步操作進行比照分析；9分別選擇三臺泵惰轉(zhuǎn)、一臺泵卡軸事故,主泵半時間和停堆延遲時間為默認值進行分析,獲得一臺泵惰轉(zhuǎn)、三臺泵惰轉(zhuǎn)、一臺泵卡軸三個事故對電廠

11、的影響規(guī)律.記錄相關(guān)數(shù)據(jù)與截圖；并與第5步操作進行比照分析；10將主泵惰轉(zhuǎn)時間分別修改為10s和30s,停堆延遲修改為1s和3s,重新運行三臺泵惰轉(zhuǎn).二記錄相關(guān)數(shù)據(jù)與截圖；并與第9步操作進行比照分析；11將停堆延遲修改為1s和3s,重新運行三臺泵惰轉(zhuǎn).記錄相關(guān)數(shù)據(jù)與截圖；并與第9步操作進行比照分析；12完成實驗數(shù)據(jù)記錄整理.總結(jié)實驗結(jié)果,編寫實險報告.四、實驗結(jié)果上一臺泵惰轉(zhuǎn),主泵半時間默認,停堆延遲時間默認停堆時間：8秒汽輪機脫扣時間：8秒主給水泵脫扣：8秒流量變化：流量1迅速降低,20秒出現(xiàn)逆流；流量2、3梢有升高后趨向穩(wěn)定進出口溫度：出口溫度先升高后降低；進口溫度逐漸升高,最后進出口溫度

12、都趨于穩(wěn)定進出口溫度系統(tǒng)壓力：先增加,13秒后降低核功率與熱功率：起初稍有降低,13秒左右.開始驟降,核功率低于熱功率DNBR隨時間的變化：前12秒稍有降低,13秒開始快速升高逆流過程冷卻劑溫度：逆流前1回路冷段溫度持續(xù)下降,逆流后有所上升并趨于定值；逆流前1回路熱段溫度持續(xù)下降,逆流后逐漸停止下降并趨于定值；最后冷熱段溫度趨于一致2.一臺泵惰轉(zhuǎn),主泵半時間10s,停堆延遲時間IsvsnMnauR14710U1®W22J571&ooo-ACOOZOOO2000ya63DN8R"JIA5S9rasa(F1U4V*«M4549S)MSYoO65MP0M4245

13、4&il乂S73NM停堆時間：7秒汽輪機脫扣時間：7秒主給水泵脫扣：7秒流量變化：流量1迅速降低,16秒出現(xiàn)逆流；流量2、3稍有升高后趨向穩(wěn)定進出口溫度：出口溫度先升高后降低；進口溫度逐漸升高,最后進出口溫度都趨于穩(wěn)定如下列圖進出口溫度系統(tǒng)壓力：先逐漸增加,10秒左右開始降低核功率與熱功率：起初稍有降低,9秒左右開始驟降,核功率低于熱功率DNBR隨時間的變化：前10秒稍有降低,10秒開始快速升高逆流過程冷卻劑溫度：逆流前1回路冷段溫度先升高后降低,逆流后溫度上升并趨于定值；逆流前1回路熱段溫度先升高后降低,逆流后逐漸停止下降并趨于定值；最后冷熱段溫度趨于一致與默認比照：停堆脫扣時間提前

14、1秒,系統(tǒng)壓力提前下降,功率提前下降,DNBR提前升高,出口溫度提前下降.3-臺泵惰轉(zhuǎn),主泵半時間30s,停堆延遲時間3s停堆時間：13秒汽輪機脫扣時間：13秒主給水泵脫扣：13秒流量變化：流量1迅速降低,29秒出現(xiàn)逆流,30秒出現(xiàn)大流量逆流,31秒階躍回正流量；流量2、3稍有升高,30驟降后出現(xiàn)逆流,31秒逐漸增長后趨向穩(wěn)定進出口溫度：進出口溫度變化較為平穩(wěn),30-40每秒各自有波動,最后進出口溫度都趨于同一值如下列圖進出口溫度500050005000500332211系統(tǒng)壓力：先逐漸增加,18秒左右開始降低并持續(xù)降低核功率與熱功率：起初稍有降低,16秒左右.開始驟降,核功率低于熱功率DNB

15、R隨時間的變化：總體逐漸遞增,29-31秒之間有一次大幅度起落逆流過程冷卻劑溫度：逆流過程中冷熱管段溫度均升高與默認比照：停堆脫扣時間滯后5秒,系統(tǒng)壓力滯后下降,功率滯后下降,DNBR滯后升高,出口溫度滯后下降.4.三臺泵惰轉(zhuǎn),主泵半時間默認,停堆延遲時間默認停堆時間：3秒汽輪機脫扣時間：3秒主給水泵脫扣：3秒流量變化：流量1、2、3迅速降低,但未出現(xiàn)逆流進出口溫度：出口溫度先升高,7秒后降低；進口溫度先升高,7秒后降低,最后進出口溫度都趨于穩(wěn)定如下列圖進出口溫度系統(tǒng)壓力：迅速降低,21秒開始平穩(wěn)核功率與熱功率：起初稍有降低,5秒左右開始驟降,核功率低于熱功率DNBR隨時間的變化：前8秒稍有降

16、低,8秒開始快速升高與一臺泵惰轉(zhuǎn)比照：停堆脫扣時間提前,系統(tǒng)壓力提前持續(xù)下降,功率提前下降,DNBR提前升高,出口溫度提前下降.DN8R4g)任力5-臺泵卡軸,主泵半時間默認,停堆延遲時間默認冷：戈777489g：77.7485kgM停堆時間：3秒汽輪機脫扣時間：3秒主給水泵脫扣：3秒流量變化：流量1迅速降低,5秒出現(xiàn)逆流；流量2、3稍有升高后趨向穩(wěn)定進出口溫度：出口溫度先升高后降低：進口溫度逐漸升高,最后進出口溫度都趨于穩(wěn)定如下列圖進出口溫度系統(tǒng)壓力：先逐漸增加,7秒左右開始降低核功率與熱功率：起初稍有降低,5秒左右.開始驟降,核功率低于熱功率DNBR隨時間的變化：前7秒稍有降低,7秒開始快

17、速升高逆流過程冷卻劑溫度：逆流前1回路冷段溫度先升高后降低,逆流后溫度上升并趨于定值；逆流前1回路熱段溫度升高,逆流后逐漸下降并趨于定值：最后冷熱段溫度趨于一致與一臺泵情轉(zhuǎn)比照：停堆脫扣時間提前,系統(tǒng)壓力提前持續(xù)下降,功率提前下降,DNBR提前升高,出口溫度提前下降.6.三臺泵惰轉(zhuǎn),主泵半時間10s,停堆延遲時間Is停堆時間：2秒汽輪機脫扣時間：2秒主給水泵脫扣：2秒流量變化：流量1、2、3迅速降低,未出現(xiàn)逆流進出口溫度：出口溫度先升高后降低：進口溫度先升高后降低,最后進出口溫度都趨于穩(wěn)定如下列圖進出口溫度系統(tǒng)壓力：先逐漸增加,6秒左右,開始降低核功率與熱功率：起初稍有降低,4秒左右開始驟降,

18、核功率低于熱功率DNBR隨時間的變化：前5秒稍有降低,5秒開始快速升高與默認比照：停堆脫扣時間提前,系統(tǒng)壓力提前下降,功率提前下降,DBR提前升高,出口溫度提前下降.7.三臺泵惰轉(zhuǎn),主泵半時間30s,停堆延遲時間3s醒DiId*皿戔：？9&6如"COUSIBWrtW：型92I45CQ.甌2»«190«:必找1.畸3?MK8!M區(qū)必WO停堆時間：4秒汽輪機脫扣時間：4秒主給水泵脫扣：4秒流量變化：流量1、2、3迅速降低,未出現(xiàn)逆流進出口溫度：出口溫度先升高后降低：進口溫度先升高后降低,最后進出口溫度都趨于穩(wěn)定如下列圖進出口溫度系統(tǒng)壓力：先逐漸增加,9秒左右開始降低核功率與熱功率：起初稍有降低,9秒左右.開始驟降,核功率低于熱功率DNBR隨時間的變化：前10秒稍有降低,10秒開始快速升高與默認比照：停堆脫扣時間滯后,系統(tǒng)壓力滯后下降,功率滯后下降,DXBR滯后升高,出口溫度滯后下降.8-臺泵卡軸,主泵半時間10s,停堆延遲時間Is停堆時間：3秒汽輪機脫扣時間：3秒主給水泵脫扣：3秒流量變化：流量1迅速降低,5秒出現(xiàn)逆流；流量2、3稍有升高后趨向穩(wěn)定進出口溫度：出口溫度先升高后降低；進口溫度逐漸升高,最后進出口溫度都趨于穩(wěn)定如下列圖進出口溫度系統(tǒng)壓力：先逐漸增加,6秒左右,開始