化学工程安全新闻

滴滴涕在严重事故中的概率

写道 Fauske团队 | 01.05.16.

通过:惠迪洛克,高级咨询工程师,Faoske& Associates, LLC

1.介绍
在核严重事故期间具有严重损害的氢气爆炸不是假设的事件。氢爆炸风险是真实的。在概率安全评估(PSA)的世界中,自1979年3月在遏制三英里岛屿单元2(TMI-2)爆炸以来,氢气爆炸风险的测定是一个主要的兴趣领域[5] [5]。最新的证据是福岛达奇·反应器的单元1和单元3的反应堆建筑中的爆炸[6]。有趣的是,单位3反应器建筑中的氢气爆炸与单元1中的爆炸非常不同。单元1中的爆炸从反应器建筑物的顶层水平引导。建筑屋顶和侧面被爆炸吹走,但混凝土支柱仍然完好无损,损坏很小。单元3中的爆炸是完全不同和高度充满活力的。似乎(从录像)至少有两个爆炸。第一个是较小的精力充沛,水平指向(类似于单位1)。第二个是垂直引导,几乎完美的球形火球出现在建筑物上方,射入非常高的天空。大量的材料似乎与火球一起进行高。与单元1相反,从图片中看到的建筑物顶层上的混凝土柱受到严重损坏。

在本文中,提出了一种新的方法,以定量计算在严重事故中以DDT(爆燃至爆炸转变)形式的氢爆炸的可能性[1]。迄今为止,迄今为止,确定了滴滴涕在迄今为止的滴滴涕的概率。谢尔曼和贝尔曼[2]的方法,它赋予滴滴涕概率,需要定性工程判断,这可能是非常主观的。没有提出的定量方法来计算提交人的知识的最佳概率。所提出的方法使我们能够通过严重的事故分析代码来量化DDT的概率,这些序列可以通过严重的事故分析代码模拟。不同的事故序列将具有不同的包层氧化,氢气产率和氢释放速率的特征,因此,将具有不同的DDT概率。所提出的DDT概率的定义是基于燃烧的物理学,并且假设随机点火总是在TMI-2和Fukusima Daiichi事故中经历的任何时间存在。 MAAP分析用于模拟事故序列并计算7λ标准。 Maap分析的目的是确定易燃或可扰动条件是否存在于事故过程中的容器大气条件。易燃气体的浓度主要取决于在各个事故情景中产生和可燃气体消耗之间的平衡。 7 ^标准是由经合组织/ NEA委托的专家组提出的最新方法,该专家组将目前的DDT评估标准设定为[3]。可以在每个容纳节点中的事故模拟的每次步骤中计算DDT条件。这里的DDT条件是指具有符合火焰加速度(FA)标准的组合物的气体混合物和允许DDT在隔室的特征长度内显影的爆轰电池尺寸。当在事故模拟中检测到DDT条件时,它意味着存在所有必要的DDT条件。

2.拟议的DDT概率定义
所提出的DDT概率定义基于燃烧的物理,可以在严重的事故代码中建模,并且随机点火总是随时存在的假设。如果仅存在可变条件,则DDT发生的概率仅被分配为1,即存在足够长的DDT时间窗口,使得毫无疑问是否存在随机点火。如图1所示,如果向下易燃的非DDT条件之前在DDT窗口之前,则DDT概率简单地被定义为DDT时间窗口与DDT窗口组合时间和向下易燃的非DDT窗口的比率(图2)。在DDT窗口之前的向下易燃的非DDT条件具有可能在此时消耗可燃气体,并防止DDT之后发生。因此,前面的易燃非DDT条件降低了DDT窗口期间DDT的概率。

图1. DDT概率的提出定义

当DDT发生时,应假定遏制将失败灾难性。因此,DDT概率也是DDT遏制失败的概率。也就是说,根据我们提出的定义,由“i”表示的任何构建节点中的DDT概率

              tDDT,I. 

PDDT,I. =    —————

                   tDDT,I.  +tDF,I.

 

在哪里             tDDT,I. =节点I的DDT时间窗口,在此期间存在连续的可扰动条件
                          tDF,I. =节点I的换流时间窗口在下降下 易燃条件                                         节点我存在于DDT窗口的开始之前

基于可溶性混合条件的时间比计算DDT概率。没有关于点火源的知识,可以点燃这些混合物。然而,简单地假设用于表达概率的易燃或可扰动时段的随机点火的等同可能性。由于DDT条件可以全局或本地发生,因此上述定义可以应用于全局或局部遏制的条件。然而,由于局部释放和氢的积累,更有可能在局部发生局部地发生。

3.氢气产生的严重事故代码模拟, 分配和消费
该DDT概率的所提出的方法需要在严重事故期间的局部和全球气态组合物,压力和反应器遏制的压力和温度的信息。可以通过模拟对严重事故代码的严重事故情景的模拟来提供此信息,例如 maap [4.]。信息将用于确定向下易燃的时间窗口和DDT时间窗口。

严重事故分析的目的是确定遏制大气条件,以及在事故过程中是否存在易燃或可偏离的条件。易燃气体的浓度主要取决于在各个事故方案期间产生,消耗和可燃气体的消耗和运输之间的平衡。 MAAP代码模拟核心熔体过程,并为遏制产生氢源术语。遏制中氢的分布将取决于细节和如何将容器分配到输入中的子隔室中。对于消耗可燃气体的机制,模拟应尽可能逼真。可以在[1]中找到对反映事故模拟中燃烧现象的物理学的模型和假设的详细说明。

图2:可燃性限制[7]和诱导的点火限制[8]

4. DDT评估方法
已经提出了两种用于DDT评估的方法。谢尔曼和伯曼的旧方法在五个类别中分配DDT的概率,即DDT很可能(P = 0.99),DDT可能(P = 0.9),可能发生DDT(P = 0.5), DDT是可能的,但不太可能(p = 0.1)和DDT不太可能不可能(P = 0.01)。该方法基于爆轰细胞宽度将可燃气体混合物分成五种混合物类别。该方法还将包含可燃混合物的隔室分类为五个几何类别,根据其内部的几何形状和促进火焰加速度的程度。扩大的未燃烧气体的路径中的大而狭窄的几何形状被认为是最有利的火焰加速度。如果将横向排气添加到上述路径中,则认为它被认为是阻碍火焰加速度的特征。如果从路径中移除障碍物,则几何形状被认为是中性到DDT。大量的任何障碍物都几乎没有任何障碍物和大量通风,横向于火焰路径被归类为不利于火焰加速度。最后但并非最不重要的是,大规模的完全无限的几何形状被归类为不利的火焰加速。基于哪个混合类以及将哪个几何类分配给感兴趣的条件,分配了五个DDT概率类别中的一个。这种方法的问题和难度在于确定需要过多的定性工程判断的几何类别。实际的植物几何形状可能非常复杂,使得不同人的主观判断可以导致不同的答案。

由经合组织/ NEA委托的专家组提出的最新方法。本集团在核安全中发布了所谓的“最先进的报告(SOAR),并在核安全的燃烧到爆炸过渡”,该核安全的转型将目前的DDT评估标准[3]。 SOAR方法基于对火焰加速度(FA)和爆燃的理论考虑和实验数据,并在1999年的爆炸转变(DDT)以及1999年至1999年进行的大多数实验。重要的是意识到爆炸细胞宽度方法基于文学到20世纪80年代与SAR方法不同。 SOAR方法使用Σ - 标准进行火焰加速度和DDT的7λ标准作为必要的条件。 Σ标准是促进火焰加速度的混合反应性的量度。 σ是指被定义为不燃烧的混合密度比的膨胀比。膨胀比必须大于火焰加速度的临界膨胀比(ΣCritical)(这是DDT的先决条件)。虽然膨胀比表示混合物的反应性,但临界膨胀比被认为是慢火焰和快速加速火焰之间的边界。临界扩展比是一个函数  温度。临界膨胀比随着温度的增加而降低。爆轰细胞宽度(λ)是用于表征混合物对爆轰引发的敏感性的基本参数。 7λ标准是衡量标度对爆炸发作的影响。在20世纪90年代进行广泛执行的实验数据以支持SOAR报告普遍表现出与各种鳞片和混合组合物的7λ标准良好。两个标准都是DDT发作的必要条件。会议或超过这些标准并不一定会导致DDT。标准只是必要条件。标准对DDT的条件不充分条件。使用该方法来定量DDT可能性的方法与假设这些标准是DDT发作的足够条件。

5.例子
作为示例,所提出的定义适用于典型1000mWE PWR的严重事故,其具有大的干粘附。第一个示例假设在热关断期间核心冷却失效,导致核心熔体,血管衰竭和MCCI。产生大量的氢气,但通过蒸汽惰性气氛惰性。在发生事故中,长期后,血管发生故障,假设容纳喷雾致动通过蒸汽冷凝减少容纳压力,并且腔体最终被喷水淹没。图3显示了蒸汽,H 2,Co和O 2的气态体积分数,作为喷射水淹没的情况的时间的函数。图4显示了当腔流动路径不允许喷水的腔流量填充时的另一个壳体的气态体积分数。在两个图中还示出了每个案例计算和监测超过3天的DDT概率。对于淹没的腔外壳,当H2体积分数增加到14%时,DDT概率从零变为非零值,而蒸汽体积分数(最初)降低至15%。 DDT概率在3天后将值增加到0.75,作为从玄武岩混凝土中的MCCI产生的大量可燃气体(大多是氢)的最终结果。

然而,对于腔假设不被喷水淹没并且在MCCI条件下保持干燥时,熔融碎片池在腔内仍然非常热。 MCCI驱动的熔融碎片池可以通过气体鼓泡和熔喷过程产生热的“飞粒子”[9]。假设这些热颗粒点燃形成在腔中的易燃气体混合物。这个过程可能会继续 直到足够量的氧被消耗到容纳宽的氧饥饿条件的点。结果,DDT概率通过整个事故序列保持零(图4)。该实施例表明,通过MCCI工艺本身的高温性质将可燃气体的浓度(由MCCI工艺产生)被控制为低水平,条件是腔流量路径不太局限于允许氧气被带到氧气来自剩下的容器的腔。在MCCI熔融碎片上燃烧模式存在不确定性。本研究中假设的燃烧模式是多个热表面诱导的脱晶。然而,作为熔融碎片上的扩散火焰燃烧也是可能的。在任一模式下,氢气将被消耗,趋势是相同的。

图3:示例PWR中严重事故序列的DDT概率

由于延迟遏制喷雾驱动导致泛滥腔

图4:在示例PWR中的严重事故序列的DDT概率

晚期遏制喷雾 致动但腔仍然干燥

 

图5:实施例PWR的严重事故序列的DDT可能性

 

作为另一个例子,所提出的定义应用于具有大的干壳的较大PWW的同时大的LOCA和SBO事故。该事故导致芯片中的核心熔体,血管衰竭和MCCI,腔内具有石灰岩混凝土。在这种情况下,产生大量的CO和更小的H 2。计算和监测DDT概率3天。 DDT概率峰值为0.866,作为从MCCI产生的大量可燃气体的最终结果(图5)。达到0.886的峰值的时间对应于爆轰电池宽度超过2μm的时间,在任何实验中从未观察到DDT的尺寸[3]。它在本研究中使用作为爆轰电池宽度截止标准。在DDT概率从Z峰值从峰值升高到峰值时,爆震单元宽度减小并增加了在峰值的时间内形成U形。爆轰电池宽度的降低是由于可燃气体浓度的增加,而增加是由于在时间段期间增加约0.8巴至5.5巴的总压力的容纳压力增加而导致的增加。

然而,当植物被认为配备有合理数量的与严重事故考虑(例如来自MCCI的〜50kg-mole / HR),计算的DDT概率变为零(图6)。在该实施例中,CO未通过氧化成氧化成CO 2。如果模拟共同氧化,CO浓度将小于图6中所示的CO浓度,并且H 2浓度将更高。

众所周知,在核心熔体过程中,对解析的氢重组率太慢,以应对极其快速的锆合金 - 蒸汽反应速率(例如,〜0.3kg / s或更多)。该第二示例演示了,PARs具有可控制从MCCI过程产生的可燃气体到无法进行DDT的水平。来自MCCI工艺的可燃气体的产生速率不是太快,可以通过分析的重组率治疗。

图6:实例PWR的严重事故序列的DDT概率,无需PARS

6.摘要
  • 该方法是定量和目标,并且完全基于使用严重事故代码的事故情景的模拟,使用7λ方法可以理性地计算事故条件,以定量计算DDT限制。
  • 该方法消除了过去练习中所需的主观和定性判断。
  • 计算的概率是事故时间的函数,并且是事故序列的独特签名。
  • 不同事故情景的DDT风险可以很容易地排名。

有关更多信息或讨论,请联系 Wison Luangdilok, luangkil[email protected] 630-887-8245. www.yqlife.cn. 

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