化学工程安全新闻

控制杆驱动器外壳模型在模块化事故分析程序中

写道 Fauske团队 | 06.08.16.

通过:jaehyok lim,ph。D.,核工程师,Basar ozar,ph。D.,核工程师和唱金李,博士。
高级咨询工程师Faoske& Associates, LLC

Maap的当前CRD住房模型

模块化事故分析程序(MAAP) 是一种电力研究院(EPRI)拥有和许可的计算机程序,模拟了在严重事故发生时对电流和先进的轻型水反应器(ALWR)设计的轻水和重水中核电站的响应。 Maap代表严重事故条件的整体行为,包括过热芯材,蒸汽环境中的高温核心材料氧化,从核心区域迁移到下层压力区中的熔融材料,随后的反应器压力容器( RPV)和核心材料中的积聚,以及熔融的核心混凝土相互作用,随后的搬迁将伴随。

目前,MAAP代码的沸水反应器(BWR)版本认为控制杆驱动器(CRD)管在反应器容器内部的响应,但没有明确地模拟反应器容器下方的CRD管的截面。相反,代码计算并将有效的传热系数施加为反应器容器下头的外表面上的边界条件。有效的传热系数表示下头反射绝缘中的热辐射和泄漏。

通常,通过下部头部的热量损失小,并且仅占反应器容器中产生的总热量的约10%。然而,在严重事故期间大部分核心重新定位到下层核心之后,需要在下部头部进行更准确的传热计算。明确地建模反应堆容器下方的CRD外壳可以解决这种需求。而且,可以在碎片床中熔化在较低增压室中以溢出到故障的CRD壳体中。在冻结之前,熔体将在反应器容器下方行进一些距离,堵塞管中的环形间隙。芯塞中的衰变热必须通过管壁散发。如果管壁变热,则通过蠕变破裂可以失效,导致血管发生故障。

评估这种现象需要在芯塞中建模下头,CRD管,基座气体和基座壁之间的传热,包括芯螺旋距离和腐烂热量。
用于明确建模反应器容器下方的CRD管的另一个动机是确定由于血管缺失后由于叉叉而熔化的CRD管质量。熔化的CRD管的量会影响容器故障后壳体底板中碎片床的质量和组成。

Maap的新CRD住房模型

目前,下压力罩中的CRD管在高达100个径向通道中被开心,与核心径向寡划线和100个轴向节点一致,与下部头轴向开瘤化一致。通常,六个径向通道和二十五个轴向节点用于模拟CRD管。在新的CRD管模型中,轴向脱氮化在反应器容器下方延伸到CRD支撑杆水平。允许最多20个轴向节点将支撑杆和底部内的容器之间的延伸造型。通常使用10个轴向节点。

考虑从下部头到CRD管的导通和热辐射热传递。保守假设,不考虑CRD管中的内筒的热容量。考虑沿CRD管壁的传导传热。考虑CRD管和基座气体之间的对流热传递。考虑相邻CRD管和带基座壁的热辐射。

面向基座气体的下头的传热面积减小了CRD管占据的面积。下头上的有效热系数保持相同。

在反应器容器内部的CRD管塌陷之后,考虑从反应器容器下方的来自腓骨壳的热辐射。当较低增压室的碎片重新熔化时,熔体溢出到CRD管的环形间隙中。确定管壁内熔融碎屑的渗透距离。插入CRD管中的衰变热量被添加到管壁中。跟踪单个CRD管壁的蠕变损伤分数。在反应器容器下方的CRD管中进行详细的传热计算直至血管发生故障。

在血管发生故障之后,考虑了由于反应器容器下方的退出臂射流引起的CRD管熔化。 Maap考虑了几种故障机制,包括核心仪器(ICI)管或穿过核心探针(提示)的故障,用于ICI穿透或CRD管的闭合焊缝的蠕变失效,以及反应器容器下部的蠕变破裂。这些故障条件中的每一个都具有初始故障位置和大小。在初始故障之后,通过故障开口流动熔接队伍将导致开口的大量消融。根据Maap结果,失败的半径迅速增长至10至30厘米。

通过破坏开口排出的熔融芯将获得足够的速度,并且在芯血管流动的路径下熔化CRD管和支撑结构足够的过热并在血管流动的路径下进行熔化的CRD管和支撑结构[Epstein等人。 (1976),和Pilch和Tarbell(1985)]。 Chu等人的分析。 (1992)还表明,受熔融冠状射流影响的表面在初始接触的15-30秒内加热到熔融温度并开始熔化。因此,例外,例载物CRD管熔化模型假设在熔融冠军射流的直接路径中完全熔化CRD管。

可以使用几何关系估计受熔融臂射流影响的CRD管的部分。假设由仪表管的故障引发的熔融叉齿被假设位于CRD管之间,如图1所示。熔融冠状射流在进入CRD管的外表面上,并继续生长,可能覆盖四个CRD管。假设CRD管的均匀质量组成,总熔体质量与烧蚀区域有关。

结果如图2所示,当CRD管之间的距离为0.305μm时,具有不同半径的熔炼冠状射流,并且CRD管的外径为0.152μm。熔融冠状射流和CRD管之间没有重叠,直到熔融冠状喷射半径增长至0.14μm。然后,当熔融冠状射流半径达到0.292μm时,重叠区域长直到四个CRD管被消融。

在第二种情况下,熔融冠状射流通过CRD管闭合焊缝的故障引发,如图3所示。熔融叉子和相邻CRD管之间的重叠区域如图4所示。之间没有重叠熔融冠状射流和CRD管,直至熔融冠状射流半径增长至0.23μm。然后,重叠的区域生长,直到八个相邻的CRD管被烧蚀。

结果 - 例船CRD管热转印

BWR-MAR​​K I仿真结果与不带外血管CRD管传热模型进行检查以评估模型的影响。如表1所示,当控制标志IEQ1HT被设置为一两个时,调用ex-asscr crd管传热模型。当IEQ1HT设置为两个时,考虑CRD管中芯塞的衰变热量。

表1控制标志以调用前血管CRD管传热和熔化模型

当IEQ1HT = 0时,考虑导管CRD管和基座气体之间的对流热传递。在CRD管塌陷在容器内部之后,沿CRD管沿轴向传导抑制。

通常,例船CRD管传热模型对CRD管塌陷和血管发生故障的时间几乎没有影响。在隔离冷凝器(IC)停止工作后,核心变得约为10,500秒。容器内的CRD管在约38,000秒左右折叠,船只在47,600秒内失效。请注意,在该模拟中,在血管发生故障之前,核心熔体溢出到CRD管中。

图5至图7显示了通道6中的CRD管壁温度(最外部通道)。注意,轴向节点16与下头(绿色曲线)接触。因此,轴向节点17是容器内的最低CRD轴向节点(红色曲线)。当容器内部的CRD管塌陷时,其温度设定为钢熔点1,700 k。注意,在船只下方,节点16和15下面只有几个节点受到较低头温度的影响;节点14及以下遵循基座气体温度。 IEQ1HT = 1(图6)和IEQ1HT = 2(图7)的结果是相同的,因为在该模拟中没有发生尸体进入CRD环形间隙。

表2显示了在血管发生故障时下压力损失中的碎片床中的热平衡。当船舶在约47600秒约为47,600秒时,通过热辐射将碎片床中的碎片床中的传热速率为3,935 kW,通过下部头部绝缘73kW到基座气体,通过CRD管38kW基座气体和161 kW通过CRD管到基座壁。如果没有前血管CRD管模型(IEQ1HT = 0),碎片床中的传热速率通过热辐射和78kW到基座气体通过下部头绝缘的78 kW为3,961kW。因此,尽管明确建模的例子CRD管显着增加了向下的传热速率,但是碎片床中产生的大部分热量向上辐射到RPV内部,通过CRD管的额外向下传热速率不影响血管失效。此外,当容器失效时,下压力线的碎片仍然升温,如腐烂热量与碎片床中的总传热速率(5,857 kW与4,207kW)之间的大差异所示。因此,在通过下部头部和CRD管的向下传热速率确定血管失效时,碎片床的热量和水中的水量更重要。

对延迟血管衰竭进行敏感性运行,从而可以观察到血管熔体溢出到CRD管中。当当地尸体熔融约56,000秒时,约335千克流入通道6 CRD管。熔融芯穿过约0.4米的CRD管,堵塞CRD。将插入芯的衰变热加入CRD管壁。下压力芯的衰变热量减少了相同的量。由于CRD管中的导管芯片引起的血管失效。热辐射到相邻的CRD管和基座壁,管壁中的轴向传导足以去除衰减热量。

结果 - 离船CRD管熔化

对延迟血管衰竭进行敏感性运行,从而可以观察到由于血管射流之后由于血管射流而熔化的血管CRD管。

由于下部头轴向节点7处的仪器管穿透失败,轴向轴向轴向通道6,轴向节点17,轴向轴向轴17,该船只发生在约57,000秒。 。大约60,000秒,695公斤的例船CRD管熔化,包括125千克铬,514千克铁和56千克镍。基座地板上的碎屑中的金属总质量为153千克铬,4,850kg铁和74千克镍。

结论


反应器容器下方的CRD管在MAAP中明确建模,以改善容纳地板上的血管衰竭和碎屑组合物的预测。 BWR-MAR​​K I仿真结果表明,明确建模的前血管CRD管对血管失效时间感到轻微影响。当芯熔体溢出到塌陷的CRD管中时,预测了0.4μm的穿透距离。尽管如此,尸体塞没有引起CRD管壁的蠕变破裂,这可能导致血管失效。由于坐射流,小于1000千克CRD的血管发生故障熔化,含有约14%的碎屑床上的钢质量。

表2 - 在血管发生故障时下压力碎片温度和热平衡

参考
楚,C.C.C.,Sienicki,J. J.和Spencer,B.W.W.W.,​​1992。低于血管结构和水对前船舶的影响
     熔化到达抵达条件我遏制。盐湖城Nureth5的诉讼程序。
电力研究所(EPRI),2016A。模块化事故分析程序(MAAP5)螺栓水反应器
     (BWR)和加压水反应器(PWR)降低压力通风模型改进:日本财政
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电力研究所(EPRI),2016B。模块化事故分析程序(MAAP5)遏制模型
     改进:日本财政年度(JFY)2015项目。产品ID 3002007467。
Epstein,M.,Grolmes,M.A.,Henry和R. E.,Fauske,H. K.,1976年。暂时冷冻了一个流动的陶瓷燃料
     钢通道。核科学与工程61,310-323。
PILCH,M.,Tarbell,W.M。,1985年。从反应器中高压喷射熔体 压力容器,放电阶段,
     修订7. Nureg / CR-4383-Rev.7(Sand-85-0012-Rev.7)。

图1 - 由于CRD管之间的血管衰竭引起的熔炼冠状射流和磁管CRD管的相互作用


图2 - 例船CRD管烧蚀区域和熔融枪口区域
由仪器管失败发起
由于熔炼枪口

图3 - 由于CRD管位置的容器故障导致熔融臂射流和磁管CRD管的相互作用


图4 - ex-asslel crd管烧蚀区域和发起的熔融枪口区域
CRD管闭合焊缝由于熔炼队射流而焊接故障


图5 - 无血管CRD管热传递模型的CRD管壁温

 

图6 - 用例船CRD管传热模型的CRD管壁温的相互作用

图7 - 考虑腐烂热量的前血管CRD管传热模型CRD管壁温度

有关更多信息,请联系: Sung Jin Lee, 高级咨询工程师(630)887-5205, [email protected]