最近的帖子

使用MAAP代码对严重事故中的乏燃料池进行建模

张贴者 The 福斯克Team 于03.26.15

作者:核工程师Matthew Kennedy

乏燃料池是一种工厂系统,可对全部或部分辐照的燃料棒进行冷却。 10 CFR第72部分要求在储存过程中保护乏燃料包壳,防止其降解导致严重破裂。已经证明,核燃料包壳在高温下会降解和破裂。因此,组件被存储在一个很大的水池中,直到组件的衰变热量低到足以包装和运输到最终存储库或临时干燥存储为止。图1提供了一个具有棋盘格加载模式的代表性乏燃料池。棋盘格加载模式用于通过将冷却器(蓝色和黄色)组件或空的(白色)机架位置放置在它们之间来提供相对的热和反应组件(红色)的间距。

代表性乏燃料池的棋盘格模式的俯视图

最近的行业事件表明,在超出设计基准的事故中,乏燃料池中的燃料有可能变热,发生故障并将放射性物质释放到环境中。在美国,关于最终燃料储存库的当前状态,许多公用事业公司都在寻求乏燃料的临时存储解决方案。这些临时选择包括干式存储,扩大当前的库存清单,或将燃料运输到其他反应堆场所以进行临时存储。

干燃料存储很昂贵(建设,分析和许可成本),并且仅在通过放射性衰变显着降低了衰变热时才能使用。因此,该选项通常用作临时存储乏核燃料的最后选择。一种更有效,成本更低的乏核燃料存储方法是扩大现有乏燃料库的容量。为了扩大当前的库存清单,许多公用事业公司利用中子和热工水力模型和计算的进步来完善早期分析。这导致了高密度乏燃料池架的发展。高密度的燃料架允许将燃料更紧密地存储,从而增加了可存储在池中的组件的数量,而不会违反系统的关键性或温度限制。

由于最近的行业事件,一些公用事业公司采取了主动行动,以了解存储在乏燃料池中的燃料在超出设计基准的事故下将如何表现。乏燃料池中的事故与反应堆事故不同,这是因为乏燃料池中的水具有很大的热惯性,而燃料组件中的初始衰减热量较低。另外,由于所存储的核燃料中存在多种燃料设计,功率水平和辐照时间,因此对乏燃料池的瞬态分析变得复杂。模块化事故分析程序(MAAP),由电力研究所(EPRI)拥有,由福斯克开发和维护&Associates LLC是一个程序,能够对乏燃料池中严重事故场景下的瞬态响应进行建模。该模型包括因失去冷却而产生的初始燃料升温,氧化锆/空气/蒸汽氧化现象,燃料融化,熔融核心混凝土相互作用(MCCI)和裂变产物释放。乏燃料池模型最初包含在MAAP5版本5.01中,并且在以后的版本中得到了不断改进。

图2和公式1提供了MAAP模拟中考虑的简化计算模型。图2和等式1显示,池热量Qpool由来自燃料棒上未覆盖部分的辐射热传递(Qrad),对流热传递(Qconv,蒸汽)确定。&Qconv,H2O)以及蒸汽部分和水部分,以及由于池沸腾(Qboil)和乏燃料池冷却系统(Qcooling)引起的热损失项。该图和方程式简化了对乏燃料池中严重事故期间发生的整体现象的分析。

从单个废燃料池杆传热的详细视图

行动计划乏燃料池模型具有对瞬态和事故工况进行建模的能力,这些条件可能发生在核反应堆场所的乏燃料池中。该模型还具有指定紧急冷却操作的能力。这些紧急操作既可以设计为保障功能,也可以根据现场紧急情况或FLEX策略进行调整。许多公用事业公司对事故缓解系统的时机感兴趣,以防止裂变产物释放。

以下讨论提供了一个假设的反应堆场址在延长时间内乏燃料池冷却系统损失的样本分析。该样本是对乏燃料池的代表性分析,该燃料池具有15个先前的PWR批次(每批次70-80个组件)以及全部堆芯卸载(约200个组件)。该讨论提供了一些关键指标,可以在严重事故中进行评估。图3显示了整个过渡期间乏燃料池水的减少。该图显示了由于蒸煮而导致的水位下降,直到水位大约为零(大约150小时)为止,这表明整个库存已经煮沸。图4显示了相同顺序下瞬态的最高燃油温度。该图显示燃油温度保持恒定,直到
水位大大降低。然后由于缺乏冷却,燃料的温度迅速升高。这表示乏燃料组件已被发现,冷却组件的能力已被删除。然后,该图显示最大乏燃料温度迅速下降,这与最热燃料的熔化和重新定位相对应。乏燃料池的地板上形成了一个皮质池,并且开始了一种称为“熔芯混凝土相互作用”(MCCI)的现象。然后,最高燃料温度会升高,因为较早的,衰减功率较低的燃料(没有像最近的较高衰减功率的燃料一样快)没有冷却。然后,这部分乏燃料熔化并添加到地板上的皮质池中,从燃料温度的第二次大幅下降中可以看出。然后,最高温度达到一个恒定值,略高于零,序列的其余部分表示整个池库存已熔化并移至乏燃料池的地板上。一旦所有燃料都已从核心区域重新定位,则非零值对应于代码中的默认燃料温度。这两个数字只是潜力分析潜力的样本,可以使用MAAP5乏燃料池模型进行评估。

假设燃料池水位过高会造成假设的燃料池冷却损失

 

For further information, questions, or to inquire as to how 福斯克&Associates,LLC可以帮助您分析乏燃料或乏燃料池系统,请通过以下方式与我们联系 [email protected].

 

下载为PDF

 

订阅FAI的"核技术公报"

订阅FAI季刊"Process Safety News"

cta-bg.jpg

我的灰尘可燃吗?

帮助您决定的流程图
现在下载